JPH07335963A - 半導体レーザ内部共振型ｓｈｇ光源 - Google Patents
半導体レーザ内部共振型ｓｈｇ光源Info
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- JPH07335963A JPH07335963A JP12727394A JP12727394A JPH07335963A JP H07335963 A JPH07335963 A JP H07335963A JP 12727394 A JP12727394 A JP 12727394A JP 12727394 A JP12727394 A JP 12727394A JP H07335963 A JPH07335963 A JP H07335963A
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- semiconductor laser
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- reflectance
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Abstract
(57)【要約】
【目的】赤外の半導体レーザ光を可視光に変換する擬位
相整合型第二高調波素子において、第二高調波変換効率
を高め発振波長を安定化するとともに、第二高調波の相
対雑音強度を低減する。 【構成】非線形光学基板１上に光導波路２を形成し、光
導波路２内に分極反転格子と分布ブラッグ反射器となる
回折格子を隣接して設置する。半導体レーザ５の分極反
転格子に近接する側の端部は低反射率、反対側の端部は
高反射率とし、高反射率端と分布ブラッグ反射器でレー
ザ発振の共振器とする。共振器の内部に波長変換素子で
ある分極反転格子を配置し、大きな基本波１４の出力の
もとで第二高調波１５を高効率に発生させる。
相整合型第二高調波素子において、第二高調波変換効率
を高め発振波長を安定化するとともに、第二高調波の相
対雑音強度を低減する。 【構成】非線形光学基板１上に光導波路２を形成し、光
導波路２内に分極反転格子と分布ブラッグ反射器となる
回折格子を隣接して設置する。半導体レーザ５の分極反
転格子に近接する側の端部は低反射率、反対側の端部は
高反射率とし、高反射率端と分布ブラッグ反射器でレー
ザ発振の共振器とする。共振器の内部に波長変換素子で
ある分極反転格子を配置し、大きな基本波１４の出力の
もとで第二高調波１５を高効率に発生させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コヒーレント光を用い
る光ディスク装置やレーザビームプリンタの光情報処理
分野，光応用計測制御分野あるいはその他の光応用装置
に使用するレーザ光源に係り、特に、短波長のコヒーレ
ント光が望まれる光情報処理分野に好適なレーザ光源に
関する。
る光ディスク装置やレーザビームプリンタの光情報処理
分野，光応用計測制御分野あるいはその他の光応用装置
に使用するレーザ光源に係り、特に、短波長のコヒーレ
ント光が望まれる光情報処理分野に好適なレーザ光源に
関する。
【０００２】
【従来の技術】長波長帯の半導体レーザ光源は、ＧａＡ
ｓ，ＩｎＰ等のIII−Ｖ 族半導体が使用され、６００〜
１６００ｎｍの波長で発光させることができている。し
かし、光記録装置の記録密度を向上し、またレーザビー
ムプリンタを高精細化するためには、５００ｎｍ以下の
波長でコヒーレント光を発光する光源が強く望まれてい
る。このためより短波長で発光する半導体レーザとし
て、III−Ｖ 族の新規の半導体材料やII−VI族の半導体
材料を用いたレーザが精力的に研究されているが、室温
連続発振がようやく確認された段階であり、上記の装置
に使用可能なレベルのレーザは実現されていない。この
ため現状では、例えば、波長８００ｎｍ帯の半導体レー
ザ光を波長４００ｎｍ帯の第二高調波に変換する方法が
注目されている。波長８００ｎｍ帯では長寿命で信頼性
の高い高出力半導体レーザを得ることは比較的容易で、
これを高効率で第二高調波に変換すれば、上記装置に使
用可能な出力レベルの波長４００ｎｍ帯のコヒーレント
光が得られる。例えば、アドバンスト ソリッドステー
ト レーザーズ アンド コンパクト ブルーグリーン
レーザーズ テクニカルダイジェスト、１９９３、第２
巻、４８０−４８２頁（Advanced Solid-State Lasers
and Compact Blue-Green Lasers TechnicalDigest,199
3,Vol2,pp.480-482)には、２２０％／Ｗの変換効率が得
られていることが報告されている。
ｓ，ＩｎＰ等のIII−Ｖ 族半導体が使用され、６００〜
１６００ｎｍの波長で発光させることができている。し
かし、光記録装置の記録密度を向上し、またレーザビー
ムプリンタを高精細化するためには、５００ｎｍ以下の
波長でコヒーレント光を発光する光源が強く望まれてい
る。このためより短波長で発光する半導体レーザとし
て、III−Ｖ 族の新規の半導体材料やII−VI族の半導体
材料を用いたレーザが精力的に研究されているが、室温
連続発振がようやく確認された段階であり、上記の装置
に使用可能なレベルのレーザは実現されていない。この
ため現状では、例えば、波長８００ｎｍ帯の半導体レー
ザ光を波長４００ｎｍ帯の第二高調波に変換する方法が
注目されている。波長８００ｎｍ帯では長寿命で信頼性
の高い高出力半導体レーザを得ることは比較的容易で、
これを高効率で第二高調波に変換すれば、上記装置に使
用可能な出力レベルの波長４００ｎｍ帯のコヒーレント
光が得られる。例えば、アドバンスト ソリッドステー
ト レーザーズ アンド コンパクト ブルーグリーン
レーザーズ テクニカルダイジェスト、１９９３、第２
巻、４８０−４８２頁（Advanced Solid-State Lasers
and Compact Blue-Green Lasers TechnicalDigest,199
3,Vol2,pp.480-482)には、２２０％／Ｗの変換効率が得
られていることが報告されている。
【０００３】しかし、このような基本波を第二高調波へ
変換する波長変換素子を光ディスク装置やレーザビーム
プリンタに使用する場合、高効率であると共に、出力の
安定化，相対雑音強度があるレベル以下に抑えられてい
ることが必要である。しかし、擬位相整合方式の波長変
換素子に対してこの雑音の問題が系統的に調べられた例
はまだない。従って、上記波長変換素子が光情報処理分
野の装置に使用できる完全な見通しがまだ得られていな
いのが実状である。
変換する波長変換素子を光ディスク装置やレーザビーム
プリンタに使用する場合、高効率であると共に、出力の
安定化，相対雑音強度があるレベル以下に抑えられてい
ることが必要である。しかし、擬位相整合方式の波長変
換素子に対してこの雑音の問題が系統的に調べられた例
はまだない。従って、上記波長変換素子が光情報処理分
野の装置に使用できる完全な見通しがまだ得られていな
いのが実状である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、第二高
調波発生（ＳＨＧ）による波長４００ｎｍ帯のコヒーレ
ント光源を光ディスク装置等に搭載する現在最大の課題
は、安定出力，雑音特性の解明と上記装置に必要とされ
るその特性を達成することである。例えば、光ディスク
装置で要求されている相対雑音強度（ＲＩＮ）は１ＭＨ
ｚで−１２０ｄＢ／Ｈｚ以下、望ましくは−１３０ｄＢ
／Ｈｚ以下であるといわれている。
調波発生（ＳＨＧ）による波長４００ｎｍ帯のコヒーレ
ント光源を光ディスク装置等に搭載する現在最大の課題
は、安定出力，雑音特性の解明と上記装置に必要とされ
るその特性を達成することである。例えば、光ディスク
装置で要求されている相対雑音強度（ＲＩＮ）は１ＭＨ
ｚで−１２０ｄＢ／Ｈｚ以下、望ましくは−１３０ｄＢ
／Ｈｚ以下であるといわれている。
【０００５】本発明の目的は、このような残された課題
を解決し、高効率で低雑音安定出力の短波長コヒーレン
ト光源を提供することにある。
を解決し、高効率で低雑音安定出力の短波長コヒーレン
ト光源を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体レーザ内部共振ＳＨＧ光源は、
（１）自発分極を有する非線形光学基板内に自発分極の
向きを周期的に反転した分極反転格子を備えた光導波路
を形成し、この光導波路に半導体レーザ光を入射して第
二高調波へ変換するＳＨＧ光源で、分極反転格子の第二
高調波出力側の光導波路に、または分極反転格子を挟む
配置で光学基板外に半導体レーザ光を半導体レーザに反
射して戻す波長選択性の反射手段を設け、（２）光学基
板の半導体レーザ光を入射させる端面または光学基板と
半導体レーザとの間に、半導体レーザ光（基本波）のみ
を透過し半導体レーザ光の第二高調波を反射する手段を
設け、光学基板の他の端面は半導体レーザ光（基本波）
を反射し第二高調波を透過する手段を設け、（３）半導
体レーザの一方の端面は高反射率であると共に光学基板
と近接・対抗する側の端面は低反射率であり、（４）波
長選択性の反射手段から半導体レーザへの光帰還率が半
導体レーザの低反射端面の反射率に対応した特定の値以
上であると共に、波長選択性反射手段の波長選択性が特
定の特性を有することを特徴としている。
め、本発明の半導体レーザ内部共振ＳＨＧ光源は、
（１）自発分極を有する非線形光学基板内に自発分極の
向きを周期的に反転した分極反転格子を備えた光導波路
を形成し、この光導波路に半導体レーザ光を入射して第
二高調波へ変換するＳＨＧ光源で、分極反転格子の第二
高調波出力側の光導波路に、または分極反転格子を挟む
配置で光学基板外に半導体レーザ光を半導体レーザに反
射して戻す波長選択性の反射手段を設け、（２）光学基
板の半導体レーザ光を入射させる端面または光学基板と
半導体レーザとの間に、半導体レーザ光（基本波）のみ
を透過し半導体レーザ光の第二高調波を反射する手段を
設け、光学基板の他の端面は半導体レーザ光（基本波）
を反射し第二高調波を透過する手段を設け、（３）半導
体レーザの一方の端面は高反射率であると共に光学基板
と近接・対抗する側の端面は低反射率であり、（４）波
長選択性の反射手段から半導体レーザへの光帰還率が半
導体レーザの低反射端面の反射率に対応した特定の値以
上であると共に、波長選択性反射手段の波長選択性が特
定の特性を有することを特徴としている。
【０００７】課題の解決のために上記の手段を取り入れ
た本発明の半導体レーザ内部共振ＳＨＧ光源の構成を図
１に示す。図１において、３はＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａ
Ｏ3等の非線形光学基板の光導波路内に形成された分極
反転格子であり、この部分で第二高調波が発生される。
この基板の端面には上記（２）のように基本波と第二高
調波に対し無反射もしくは全反射となるように光学コー
トが施されている。５の半導体レーザは上記（３）のよ
うな端面反射率を持ち、４は上記（４）の波長選択性の
反射手段である分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）である。
た本発明の半導体レーザ内部共振ＳＨＧ光源の構成を図
１に示す。図１において、３はＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａ
Ｏ3等の非線形光学基板の光導波路内に形成された分極
反転格子であり、この部分で第二高調波が発生される。
この基板の端面には上記（２）のように基本波と第二高
調波に対し無反射もしくは全反射となるように光学コー
トが施されている。５の半導体レーザは上記（３）のよ
うな端面反射率を持ち、４は上記（４）の波長選択性の
反射手段である分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）である。
【０００８】
【作用】図２は本発明の作用を定量的に説明するため、
本発明の特性解析に用いたモデルである。本発明の構成
では、各端面の反射率に対応して複数の共振モードが存
在するが、特に半導体レーザでの共振と分布ブラッグ反
射器を反射面とする共振が問題となるため、図２に示し
た複合共振モードを採用する。
本発明の特性解析に用いたモデルである。本発明の構成
では、各端面の反射率に対応して複数の共振モードが存
在するが、特に半導体レーザでの共振と分布ブラッグ反
射器を反射面とする共振が問題となるため、図２に示し
た複合共振モードを採用する。
【０００９】半導体レーザのモード競合雑音について、
ＩＥＥＥジャーナルオブカンタムエレクトロニクス、Ｑ
Ｅ−２２巻、ナンバー７、１０５２−１０５９頁、１９
８６年７月（IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS,VO
L.QE-22,NO.7,PP1052-1059,JULY 1986)に記載されてい
るが、本発明の特性を定量的に説明するため、これを発
展させて数１，数２に示すレート方程式を出発点として
本発明の特性を解析し、この結果を用いて作用を説明す
る。
ＩＥＥＥジャーナルオブカンタムエレクトロニクス、Ｑ
Ｅ−２２巻、ナンバー７、１０５２−１０５９頁、１９
８６年７月（IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS,VO
L.QE-22,NO.7,PP1052-1059,JULY 1986)に記載されてい
るが、本発明の特性を定量的に説明するため、これを発
展させて数１，数２に示すレート方程式を出発点として
本発明の特性を解析し、この結果を用いて作用を説明す
る。
【００１０】
【数１】 ∂Ｓp／∂ｔ＝(Ａp−ＢＳp−Σq≠pＤＳq−Ｇth(p))・Ｓp＋ＣＮＶ／τs ＋ＦpＶ−Ｔp …（数１）
【００１１】
【数２】 ∂Ｎ／∂ｔ＝−１／Ｖ・ΣpＡpＳp−Ｎ／τs＋Ｉ／(ｅＶ)＋Ｆe …（数２） ここで Ｓp：ｐモードの光子数 Ｎ ：注入電子密度 Ａp：ｐモードの線形利得係数 Ｂ ：対象モード、すなわちｐモードに作用する三次の
飽和利得係数 Ｄ ：対象モード以外、すなわちｐモード以外に作用す
る三次の飽和利得係数 Ｇth(p)：しきい値利得レベル Ｃ ：自然放出係数 Ｖ ：半導体レーザ活性層の体積 τs：注入電子の寿命 Ｆp：光子の揺らぎ Ｉ ：注入電流 ｅ ：電子の電荷 Ｆe：注入電子の揺らぎ Ｔp：第二高調波の発生により単位時間に失われる光子
数 である。本発明では半導体レーザの共振器内部に第二高
調波発生素子を配置しているので、レート方程式中に第
二高調波の発生により単位時間に失われる光子数Ｔp の
項が含まれる。次に、以下の数３乃至数８のように各量
を時間的に変化しないＤＣ成分と時間的に変動する微小
な揺らぎ成分との和で表す。ＤＣ成分は添字Ｄで、揺ら
ぎ成分は添字ｔで表す。
飽和利得係数 Ｄ ：対象モード以外、すなわちｐモード以外に作用す
る三次の飽和利得係数 Ｇth(p)：しきい値利得レベル Ｃ ：自然放出係数 Ｖ ：半導体レーザ活性層の体積 τs：注入電子の寿命 Ｆp：光子の揺らぎ Ｉ ：注入電流 ｅ ：電子の電荷 Ｆe：注入電子の揺らぎ Ｔp：第二高調波の発生により単位時間に失われる光子
数 である。本発明では半導体レーザの共振器内部に第二高
調波発生素子を配置しているので、レート方程式中に第
二高調波の発生により単位時間に失われる光子数Ｔp の
項が含まれる。次に、以下の数３乃至数８のように各量
を時間的に変化しないＤＣ成分と時間的に変動する微小
な揺らぎ成分との和で表す。ＤＣ成分は添字Ｄで、揺ら
ぎ成分は添字ｔで表す。
【００１２】
【数３】 Ｓp＝ＳpD＋Ｓpt＝ＳpD＋∫ＳpΩ・exp(ｉΩｔ)ｄΩ …（数３）
【００１３】
【数４】 Ｎ＝ＮD＋Ｎt＝ＮD＋∫ＮΩ・exp(ｉΩｔ)ｄΩ …（数４）
【００１４】
【数５】 Ｆp＝∫ＦpΩ・exp(ｉΩｔ)ｄΩ …（数５）
【００１５】
【数６】 Ｆe＝∫ＦeΩ・exp(ｉΩｔ)ｄΩ …（数６）
【００１６】
【数７】 Ａp＝ＡpD＋Ａpt＝ＡpD＋∫ＡpΩ・exp(ｉΩｔ)ｄΩ ＝ξａp{Ｎp−Ｎgp−ｂ(λp−λ0)2} …（数７）
【００１７】
【数８】 Ｔp＝ＴpD＋Ｔpt＝ＴpD＋∫ＴpΩ・exp(ｉΩｔ)ｄΩ …（数８） ここで ξ ：半導体レーザ活性層への電磁界閉じ込め係数 Ｎg：線形利得が正になる注入電子密度を決めるパラメ
ータ である。また半導体レーザが多モードで発振している場
合には、これを基本波とする高調波成分は、単に各モー
ドの第二高調波のみだけでなく各モード間の和周波も含
まれる。従って、Ｔp は基本波の光子数Ｓにより次のよ
うに表される。
ータ である。また半導体レーザが多モードで発振している場
合には、これを基本波とする高調波成分は、単に各モー
ドの第二高調波のみだけでなく各モード間の和周波も含
まれる。従って、Ｔp は基本波の光子数Ｓにより次のよ
うに表される。
【００１８】
【数９】 Ｔp＝Σrｈνκ・(Ｓp／τp(p))・(Ｓp+r／τp(p+r)) …（数９） ここで ｈ ：プランクの定数 ν ：光の振動数 κ ：基本波から高調波への変換性能の良さを示す性能
指数 τp：光子の寿命（＝１／Ｇth） である。
指数 τp：光子の寿命（＝１／Ｇth） である。
【００１９】数３，数４，数６，数７，数８を数１に代
入し、ＤＣ成分と揺らぎ成分を整理すると数１０，数１
１となる。
入し、ＤＣ成分と揺らぎ成分を整理すると数１０，数１
１となる。
【００２０】
【数１０】 (ＡpD−ＢＳpD−ΣqＤＳqD−Ｇth(p))・ＳpD＋ＣＮDＶ／τs−ＴpD＝０ …（数１０）
【００２１】
【数１１】 {ｉΩ＋ＣＮDＶ／(τsＳpD)＋ＢＳpD−ＴpD／ＳpD}・Ｓpt ＋ＤＳpDΣqＤＳqt＋Ｔpt＝ξａＳpDＮt＋ＶＦpt …（数１１） 同様に、関連式を数２に代入すると数１２，数１３が得
られる。
られる。
【００２２】
【数１２】 ΣpＡpDＳpD＝Ｉ／ｅ−ＮDＶ／τs …（数１２）
【００２３】
【数１３】 (ｉΩ＋１／τs＋ξａ／Ｖ・ΣpＳpD)・Ｎt＋１／Ｖ・ΣpＳpt＝Ｆet …（数１３） ＤＣ出力（ＤＣ成分全光子数）は数１０，数１２より計
算できる。ＤＣ成分全光子数の計算では三次の利得は無
視できるので、数１０より、数１４となる。
算できる。ＤＣ成分全光子数の計算では三次の利得は無
視できるので、数１０より、数１４となる。
【００２４】
【数１４】 Σp〔［ξａp{ＮD−Ｎgp−ｂ(λp−λ0)2}−Ｇth(p)］・ＳpD−ＴpD〕 ＋ＭＣＮDＶ／τs＝０ …（数１４） ここでＭは全モードの数である。また、モード間隔が小
さくてＩth，Ｉg，Ｎgの分散が無視できる場合には数１
５とできるから数１６となる。
さくてＩth，Ｉg，Ｎgの分散が無視できる場合には数１
５とできるから数１６となる。
【００２５】
【数１５】 ξａp＝Ｇth(p)ｅＶ／{(Ｉth−Ｉg)τs} …（数１５） Ｉg＝ｅＶＮg／τs
【００２６】
【数１６】 Σp［Ｇth(p)ｅＶ・{ＮD−Ｎgp−ｂ(λp−λ0)2}／τs−Ｇth(p)(Ｉth−Ｉg)］ ・ＳpD＋ＭＣＮDＶ(Ｉth−Ｉg)／τs−(Ｉth−Ｉg)・ΣpＴpD＝０ …（数１６） これに数１２を連立させると数１７が得られる。
【００２７】
【数１７】 ｅ2(ΣpＧth(p)ＳpD)2−ｅ{Ｉ−Ｉth＋ＭＣＩg−ｅΣpＴpD}・ΣpＧth(p)ＳpD −(Ｉth−Ｉg)(ＭＣＩ−ｅΣpＴpD)＝０ …（数１７） ここで、ΣpＴpDは数１８で得られるから、これを代入
すると、数１９となる。
すると、数１９となる。
【００２８】
【数１８】 ΣpＴpD＝ΣpΣrｈνκ(ＳpD／τp(p))(Ｓp+r,D／τp(p+r)) ＝ΣpΣrｈνκ(Ｇth(p)ＳpD)(Ｇth(p+r)Ｓp+r,D) …（数１８）
【００２９】
【数１９】 ｈνκｅ2(ΣpＧth(p)ＳpD)3＋{ｅ＋ｈνκ(Ｉth−Ｉg)}・(ΣpＧth(p)ＳpD)2 −ｅ(Ｉ−Ｉth＋ＭＣＩg)・(ΣpＧth(p)ＳpD)−ＭＣＩ(Ｉth−Ｉg)＝０ …（数１９） 自然放出光を無視（Ｃ＝０）し、数２０として平均値Ｇ
thを定義すれば数２１が得られる。
thを定義すれば数２１が得られる。
【００３０】
【数２０】 Ｇth＝ΣpＧth(p)ＳpD／ΣpＳpD …（数２０）
【００３１】
【数２１】 ΣpＳpD＝〔−{ｅ／(ｈνκ)＋Ｉth−Ｉg}±√[{ｅ／(ｈνκ)＋Ｉth−Ｉg}2 ＋４(Ｉ−Ｉth)・ｅ／(ｈνκ)］〕／(２ｅＧth) …（数２１） これが注入電流と基本波出力の関係を示す基本式である
が、注入電流の大小により次のように近似できる。
が、注入電流の大小により次のように近似できる。
【００３２】(１) ４(Ｉ−Ｉth)・ｅ／(ｈνκ)≪{ｅ／
(ｈνκ)＋Ｉth−Ｉg}の場合
(ｈνκ)＋Ｉth−Ｉg}の場合
【００３３】
【数２２】
【００３４】(２) ４(Ｉ−Ｉth)・ｅ／(ｈνκ)≫{ｅ／
(ｈνκ)＋Ｉth−Ｉg}の場合
(ｈνκ)＋Ｉth−Ｉg}の場合
【００３５】
【数２３】
【００３６】次に、この結果をもとに、本発明に係るノ
イズについて述べる。第二高調波のノイズは、基本波が
多モードの場合その各モードの第二高調波と各モード間
の和周波が発生するため、基本波の各モードの出力が揺
らぐと和周波を含む広義の高調波の出力は複雑に揺ら
ぐ。しかし基本波が二モードの場合について各モードの
第二高調波とモード間の和周波の揺らぎが分かれば、一
般の多モードの場合についてもこの現象は理解可能であ
る。そこで、ここでは基本波がｐ，ｑ二モードの場合の
モード競合雑音についてその特性を述べる。
イズについて述べる。第二高調波のノイズは、基本波が
多モードの場合その各モードの第二高調波と各モード間
の和周波が発生するため、基本波の各モードの出力が揺
らぐと和周波を含む広義の高調波の出力は複雑に揺ら
ぐ。しかし基本波が二モードの場合について各モードの
第二高調波とモード間の和周波の揺らぎが分かれば、一
般の多モードの場合についてもこの現象は理解可能であ
る。そこで、ここでは基本波がｐ，ｑ二モードの場合の
モード競合雑音についてその特性を述べる。
【００３７】ＤＣ成分について数２４，数２５が成立す
るから、(数２２)／ＳpD−(数２３)／ＳqDに対し、数２
６，数２７を代入すると、数２８が得られる。
るから、(数２２)／ＳpD−(数２３)／ＳqDに対し、数２
６，数２７を代入すると、数２８が得られる。
【００３８】
【数２４】 (ＡpD−ＢＳpD−ＤＳqD−Ｇth(p))・ＳpD＋ＣＮDＶ／τs−ＴpD＝０ …（数２４）
【００３９】
【数２５】 (ＡqD−ＢＳqD−ＤＳpD−Ｇth(q))・ＳqD＋ＣＮDＶ／τs−ＴqD＝０ …（数２５）
【００４０】
【数２６】 ＴpD＝ｈνκp(ＳpD／τp(p))2＋２ｈνκp,q(ＳpD／τp(p))・(ＳqD／τq(p)) ＝κppＳpD 2＋２κpqＳpDＳqD …（数２６）
【００４１】
【数２７】 κpp＝ｈνκp／τp(p) 2 ； κpq＝ｈνκp,q／(τp(p)τq(p)) …（数２７）
【００４２】
【数２８】 ξａ{ＮD−Ｎg−ｂ(λp−λ0)2}−ξａ{ＮD−Ｎg−ｂ(λq−λ0)2} ＋(Ｄ−Ｂ)(ＳpD−ＳqD)−(Ｇth(p)−Ｇth(q))＋ＣＮDＶ／τs ・(１／ＳpD−１／ＳqD)−(κppＳpD＋２κpqＳqD−κqqＳqD −２κpqＳpD)＝０ …（数２８） ここで、ｒ＝ＳpD／ＳqDと定義する。
【００４３】(１) ４(Ｉ−Ｉth)・ｅ／(ｈνκ)≪{ｅ／
(ｈνκ)＋Ｉth−Ｉg}の場合 ΣpＳpDの近似式（数２２）を用いて数２８を変形する
と数２９，数３０，数３１となる。
(ｈνκ)＋Ｉth−Ｉg}の場合 ΣpＳpDの近似式（数２２）を用いて数２８を変形する
と数２９，数３０，数３１となる。
【００４４】
【数２９】
【００４５】
【数３０】
【００４６】
【数３１】 γ＝１＋(Ｉth−Ｉg)・ｈνκ／ｅ …（数３１） (２) ４(Ｉ−Ｉth)・ｅ／(ｈνκ)≫{ｅ／(ｈνκ)＋Ｉ
th−Ｉg}の場合 ΣpＳpD の近似式（数２３）を用いて数２８を変形する
と数３２，数３３となる。
th−Ｉg}の場合 ΣpＳpD の近似式（数２３）を用いて数２８を変形する
と数３２，数３３となる。
【００４７】
【数３２】
【００４８】
【数３３】
【００４９】ここで定義したｒ＝ＳpD／ＳqDはｐ，ｑモ
ードのパワー比を表すから、上記の関係式はモードパワ
ー比ｒと両モードのしきい値利得の差Δthとの関係を示
すものである。また、モードパワー比の注入電流に対す
る依存性も上記に示した関係式で明らかになった。
ードのパワー比を表すから、上記の関係式はモードパワ
ー比ｒと両モードのしきい値利得の差Δthとの関係を示
すものである。また、モードパワー比の注入電流に対す
る依存性も上記に示した関係式で明らかになった。
【００５０】次に、揺らぎ成分について数１２，数１４
より数３４，数３５が得られる。
より数３４，数３５が得られる。
【００５１】
【数３４】 {ｉΩ＋ＣＮDＶ／(τsＳpD)＋ＢＳpD−ＴpD(ω)／ＳpD}・Ｓpt ＋ＤＳpDＳqt＋Ｔpt(ω)＝ξａＳpDＮt＋ＶＦpt …（数３４）
【００５２】
【数３５】 {ｉΩ＋１／τs＋ξａ／Ｖ・(ＳpD＋ＳqD)}・Ｎt ＋(ＡpDＳpt＋ＡqDＳqt)／Ｖ＝Ｆet …（数３５） ここで、数３６ないし数４０の関係があり、これらを代
入すると、数３４，数３５より、数４１が得られる。
入すると、数３４，数３５より、数４１が得られる。
【００５３】
【数３６】 Ｔp(ω)＝ｈνp{κp(Ｓp／τp(p))2＋２κp,q(Ｓp／τp(p))(Ｓq／τp(q))} ≒κppＳpD 2＋２κpqＳpDＳqD ＋２(κppＳpD＋κpqＳqD)Ｓpt＋２κpqＳpDＳqt …（数３６） (Ｓpt，Ｓqtに関する二次の項は無視)
【００５４】
【数３７】 ＴpD(ω)＝κppＳpD 2＋２κpqＳpDＳqD …（数３７）
【００５５】
【数３８】 Ｔpt(ω)＝２(κppＳpD＋κpqＳqD)Ｓpt＋２κpqＳpDＳqt …（数３８） 同様に
【００５６】
【数３９】 Ｔq(ω)≒κqqＳqD 2＋２κpqＳqDＳpD ＋２(κqqＳqD＋κpqＳpD)ＳqΩ＋２κpqＳqDＳpΩ …（数３９）
【００５７】
【数４０】 ＴqD(ω)＝κqqＳqD 2＋２κpqＳqDＳpD Ｔqt(ω)＝２(κqqＳqD＋κpqＳpD)Ｓqt＋２κpqＳqDＳpt …（数４０）
【００５８】
【数４１】 Ｓpt＋Ｓqt＝Ｖ(ＹξＹq′Ｆpt＋ＹξＹp′Ｆqt＋ξａ／Ｖ・ＹeＦet)／Ｙ …（数４１） また、数４２の関係があり、前記文献によれば、数４３
ないし数４５であるから、数４６のような基本波に対す
る相対雑音強度（ＲＩＮ）の式が求まる。
ないし数４５であるから、数４６のような基本波に対す
る相対雑音強度（ＲＩＮ）の式が求まる。
【００５９】
【数４２】 〈(Ｓpt＋Ｓqt)2〉＝〈Ｖ2/Ｙ2・(Ｆpt 2Ｕp 2＋Ｆqt 2Ｕq 2＋Ｆet 2Ｕe 2 ＋２ＦptＦqtＵpＵq＋２ＦqtＦetＵqＵe＋２ＦetＦptＵeＵp)〉 …（数４２）
【００６０】
【数４３】 〈ＦpΩＦqΩ〉＝∫ＦpΩ(ｔ)ＦqΩ(ｔ＋τ)exp(ｉωτ)ｄτ ＝２(ＳpD＋１)ＣＮD／(τsＶ)δp,q …（数４３）
【００６１】
【数４４】 〈ＦeΩ 2〉＝２(１＋ＣΣpＳpD)ＮD／(τsＶ) …（数４４）
【００６２】
【数４５】 〈ＦeΩＦpΩ〉＝ＳpDＧth(p)／Ｖ2−２(ＳpD＋１)ＣＮD／(τsＶ) …（数４５）
【００６３】
【数４６】
【００６４】ここで、数４６において各項は数４７ない
し数５６である。
し数５６である。
【００６５】
【数４７】
【００６６】
【数４８】 Ｕp＝Ｙξ・Ｙq′ …（数４８）
【００６７】
【数４９】 Ｕq＝Ｙξ・Ｙp′ …（数４９）
【００６８】
【数５０】 Ｕe＝ξａ／Ｖ・Ｙe …（数５０）
【００６９】
【数５１】 Ｙp′＝Ｙp−(Ｄ＋２κpq)ＳpD …（数５１）
【００７０】
【数５２】 Ｙq′＝Ｙq−(Ｄ＋２κpq)ＳqD …（数５２）
【００７１】
【数５３】 Ｙe＝ＳpDＹq′＋ＳqDＹp′ …（数５３）
【００７２】
【数５４】
【００７３】
【数５５】
【００７４】
【数５６】
【００７５】次にＳＨ波の相対雑音強度を求める。Ｔ
pD(ω)，Ｔpt(ω)はＳＨＧにより失われる基本波のフォ
トン数であるが、発生するＳＨ波と和周波のフォトン数
Ｔp(2ω)，Ｔq(2ω)，Ｔpq(2ω) それぞれのＤＣ成分及
び揺らぎ成分は、数５７ないし数６２となるから広義の
高調波の相対雑音強度（ＲＩＮ）は数６３と表わせる。
pD(ω)，Ｔpt(ω)はＳＨＧにより失われる基本波のフォ
トン数であるが、発生するＳＨ波と和周波のフォトン数
Ｔp(2ω)，Ｔq(2ω)，Ｔpq(2ω) それぞれのＤＣ成分及
び揺らぎ成分は、数５７ないし数６２となるから広義の
高調波の相対雑音強度（ＲＩＮ）は数６３と表わせる。
【００７６】
【数５７】 ＴpD(2ω)＝１／２・κppＳpD 2 …（数５７）
【００７７】
【数５８】
【００７８】
【数５９】 ＴqD(2ω)＝１／２・κqqＳqD 2 …（数５９）
【００７９】
【数６０】
【００８０】
【数６１】 ＴpqD(2ω)＝２κpqＳpDＳqD …（数６１）
【００８１】
【数６２】
【００８２】
【数６３】
【００８３】ここで、数６３において、各項は数６４な
いし数７４である。
いし数７４である。
【００８４】
【数６４】 Ｗp＝−(κppＳpD＋２κpqＳqD)・γpp＋(κqqＳqD＋２κpqＳpD)・γqp …（数６４）
【００８５】
【数６５】 Ｗq＝(κppＳpD＋２κpqＳqD)・γpq−(κqqＳqD＋２κpqＳpD)・γqq …（数６５）
【００８６】
【数６６】 Ｗe＝(κppＳpD＋２κpqＳqD)・γpe−(κqqＳqD＋２κpqＳpD)・γqe …（数６６）
【００８７】
【数６７】
【００８８】
【数６８】
【００８９】
【数６９】
【００９０】
【数７０】
【００９１】
【数７１】
【００９２】
【数７２】
【００９３】
【数７３】
【００９４】
【数７４】
【００９５】以上で相対雑音強度に関する式が得られた
ので、これを用いた計算結果を示し作用を説明する。
ので、これを用いた計算結果を示し作用を説明する。
【００９６】図３と図４は、１ＭＨｚにおける相対雑音
強度の計算結果を横軸に基本波二モードのパワー比ｒを
とって示したものであるが、先ずこれら計算の条件を述
べる。計算に使用した半導体レーザの定数は、発振波長
が８００ｎｍ帯にあるAlGaAsの一般的な値を用いてい
る。具体的には、Ｂ＝１.３９×１０4／ｓ ，Ｃ＝３.５
×１０-5，Ｄ＝１.８５３×１０4／ｓ，α＝３０００／
ｍとした。また、発振しきい値電流Ｉthで規格化した注
入電流Ｉ／Ｉth＝３である。本発明に係る他のパラメー
タは、共振器の反射率が半導体レーザ側で９０％，波長
変換素子を挟んで対向する側が８７.５％ である。共振
器長は図３，図４(ａ)の場合が９０cm、図４(ｂ)の場合
が９cmである。
強度の計算結果を横軸に基本波二モードのパワー比ｒを
とって示したものであるが、先ずこれら計算の条件を述
べる。計算に使用した半導体レーザの定数は、発振波長
が８００ｎｍ帯にあるAlGaAsの一般的な値を用いてい
る。具体的には、Ｂ＝１.３９×１０4／ｓ ，Ｃ＝３.５
×１０-5，Ｄ＝１.８５３×１０4／ｓ，α＝３０００／
ｍとした。また、発振しきい値電流Ｉthで規格化した注
入電流Ｉ／Ｉth＝３である。本発明に係る他のパラメー
タは、共振器の反射率が半導体レーザ側で９０％，波長
変換素子を挟んで対向する側が８７.５％ である。共振
器長は図３，図４(ａ)の場合が９０cm、図４(ｂ)の場合
が９cmである。
【００９７】図３(ａ)，図４では第二高調波への変換効
率の良さを表すパラメータκをκpp＝κqq＝０.１ とし
ているが、図３(ｂ)ではκpp＝κqq＝１として図３(ａ)
と(ｂ)でκの影響を比較している。また図４(ａ)と(ｂ)
で共振器長ｌ＋Ｌの影響を比較している。各図におい
て、相対雑音強度が極めて大きくなる特異なピークが二
つあるが、これはいわゆるモードホッピングによるノイ
ズである。
率の良さを表すパラメータκをκpp＝κqq＝０.１ とし
ているが、図３(ｂ)ではκpp＝κqq＝１として図３(ａ)
と(ｂ)でκの影響を比較している。また図４(ａ)と(ｂ)
で共振器長ｌ＋Ｌの影響を比較している。各図におい
て、相対雑音強度が極めて大きくなる特異なピークが二
つあるが、これはいわゆるモードホッピングによるノイ
ズである。
【００９８】各図において基本波とＳＨ波の相対雑音強
度を示しているが、この結果より分かることはまず基本
波に対してＳＨ波の相対雑音強度が数ｄＢ高いことであ
る。また、相対雑音強度が低くなるのはモードパワー比
ｒが２５ｄＢ以上（同じことであるが−２５ｄＢ以下）
の領域か、またはｒ＝０ｄＢ近傍のマルチモード領域で
ある。ｒ＝０ｄＢ近傍のマルチモード領域では、相対雑
音強度特性は共振器長ｌ＋Ｌにより大きく変化し、図４
(ａ)と(ｂ)を比較すると分かるように、共振器長が短く
なると相対雑音強度が低い領域は非常に狭くなる。
度を示しているが、この結果より分かることはまず基本
波に対してＳＨ波の相対雑音強度が数ｄＢ高いことであ
る。また、相対雑音強度が低くなるのはモードパワー比
ｒが２５ｄＢ以上（同じことであるが−２５ｄＢ以下）
の領域か、またはｒ＝０ｄＢ近傍のマルチモード領域で
ある。ｒ＝０ｄＢ近傍のマルチモード領域では、相対雑
音強度特性は共振器長ｌ＋Ｌにより大きく変化し、図４
(ａ)と(ｂ)を比較すると分かるように、共振器長が短く
なると相対雑音強度が低い領域は非常に狭くなる。
【００９９】また、マルチモード領域で低雑音であるた
めにはマルチモードが安定でなければならず、この安定
条件はまだ明らかでないから、広義の高調波の相対雑音
強度を低いレベルに維持する条件は基本波がシングルモ
ードであることである。このことを、即ち基本波がシン
グルモードであれば広義の高調波の相対雑音強度を低い
レベルに維持できることを、本発明で初めて定量的に明
らかにした。
めにはマルチモードが安定でなければならず、この安定
条件はまだ明らかでないから、広義の高調波の相対雑音
強度を低いレベルに維持する条件は基本波がシングルモ
ードであることである。このことを、即ち基本波がシン
グルモードであれば広義の高調波の相対雑音強度を低い
レベルに維持できることを、本発明で初めて定量的に明
らかにした。
【０１００】光ディスク装置の光源としての応用を考え
ると、相対雑音強度は−１２０ｄＢ以下、望ましくは−
１３０ｄＢ以下であるから、本発明はモードパワー比ｒ
が２５ｄＢ以上（−２５ｄＢ以下）のシングルモード領
域で動作することを条件としており、この点を特徴とし
ている。基本波をシングルモードにすることで高調波の
雑音を低くできるのは、基本波から高調波を発生させる
ということで理解できる。即ち、基本波がシングルモー
ドであれば、基本波の出力が多少揺らいでもその高調波
の揺らぎが大幅に増加することはない。
ると、相対雑音強度は−１２０ｄＢ以下、望ましくは−
１３０ｄＢ以下であるから、本発明はモードパワー比ｒ
が２５ｄＢ以上（−２５ｄＢ以下）のシングルモード領
域で動作することを条件としており、この点を特徴とし
ている。基本波をシングルモードにすることで高調波の
雑音を低くできるのは、基本波から高調波を発生させる
ということで理解できる。即ち、基本波がシングルモー
ドであれば、基本波の出力が多少揺らいでもその高調波
の揺らぎが大幅に増加することはない。
【０１０１】これに対し、基本波がマルチモードであれ
ばその各モードの第二高調波とそれぞれの和周波が発生
するから、たとえ基本波の一つのモードの出力だけが揺
らいだとしても、その第二高調波とその基本波が関わる
複数の和周波の出力が揺らぐため、（広義の）高調波の
相対雑音強度は大きく増加する。また基本波がマルチモ
ードであれば、一つのモードの出力が増大すれば他のモ
ードの出力が減少するから、即ち、基本波の一つのモー
ドの出力だけが揺らぐということは一般的にはないか
ら、基本波がマルチモードであると高調波の相対雑音強
度は増加する。
ばその各モードの第二高調波とそれぞれの和周波が発生
するから、たとえ基本波の一つのモードの出力だけが揺
らいだとしても、その第二高調波とその基本波が関わる
複数の和周波の出力が揺らぐため、（広義の）高調波の
相対雑音強度は大きく増加する。また基本波がマルチモ
ードであれば、一つのモードの出力が増大すれば他のモ
ードの出力が減少するから、即ち、基本波の一つのモー
ドの出力だけが揺らぐということは一般的にはないか
ら、基本波がマルチモードであると高調波の相対雑音強
度は増加する。
【０１０２】また本発明には次のような雑音特性の特徴
がある。即ち、図３(ａ)と(ｂ)により比較して示したよ
うに、波長変換素子の効率が高ければ高いほど相対雑音
強度が低くなることである。これは、レート方程式から
も分かるように、効率が高い（κが大）と高調波の発生
が基本波の揺らぎを抑制するように作用するからであ
る。
がある。即ち、図３(ａ)と(ｂ)により比較して示したよ
うに、波長変換素子の効率が高ければ高いほど相対雑音
強度が低くなることである。これは、レート方程式から
も分かるように、効率が高い（κが大）と高調波の発生
が基本波の揺らぎを抑制するように作用するからであ
る。
【０１０３】
【実施例】上記のように、基本波をシングルモードにす
ることで低雑音で動作するコヒーレント光源が得られる
ことを述べたが、ここで基本波をシングルモードにする
本発明の一実施例を説明する。
ることで低雑音で動作するコヒーレント光源が得られる
ことを述べたが、ここで基本波をシングルモードにする
本発明の一実施例を説明する。
【０１０４】本発明の構成は図１に示したが、半導体レ
ーザの波長変換素子側の端部の反射率を完全に０にする
ことは困難であるから、本発明では半導体レーザの両端
部をミラーとする共振器と、半導体レーザの高反射率側
の端部と波長変換素子を挟んで対向するミラーで構成す
る共振器との複合共振器ができる。以下半導体レーザの
高反射率側の端部を後方，波長変換素子側の端部を前
方，波長変換素子を挟んでＬＤと対向するミラーをＬＤ
外部ミラー（または単に外部ミラー）と呼ぶことにす
る。前方反射率が高いと半導体レーザの両端を共振器と
するモードで基本波が発振することがある。これをＬＤ
モードと呼ぶことにし、ＬＤの後方ミラーとＬＤ外部ミ
ラーの共振器で発振するモードを外部モードと呼ぶこと
にする。
ーザの波長変換素子側の端部の反射率を完全に０にする
ことは困難であるから、本発明では半導体レーザの両端
部をミラーとする共振器と、半導体レーザの高反射率側
の端部と波長変換素子を挟んで対向するミラーで構成す
る共振器との複合共振器ができる。以下半導体レーザの
高反射率側の端部を後方，波長変換素子側の端部を前
方，波長変換素子を挟んでＬＤと対向するミラーをＬＤ
外部ミラー（または単に外部ミラー）と呼ぶことにす
る。前方反射率が高いと半導体レーザの両端を共振器と
するモードで基本波が発振することがある。これをＬＤ
モードと呼ぶことにし、ＬＤの後方ミラーとＬＤ外部ミ
ラーの共振器で発振するモードを外部モードと呼ぶこと
にする。
【０１０５】本発明の前述の説明ではこのＬＤモードの
発振はないものとしたが、上記したように実際には発振
の可能性があるので、基本波をシングルモードで発振さ
せるにはまずこのＬＤモードの発振を抑圧する必要があ
る。このため、本実施例では以下のようにＬＤモードの
発振を抑圧した。
発振はないものとしたが、上記したように実際には発振
の可能性があるので、基本波をシングルモードで発振さ
せるにはまずこのＬＤモードの発振を抑圧する必要があ
る。このため、本実施例では以下のようにＬＤモードの
発振を抑圧した。
【０１０６】ＬＤモードの発振を抑圧するには、ＬＤの
前方反射率を低くして単一共振器となるようにすればよ
い。ＬＤモードの発振抑圧度の具体的な値は数２９〜数
３１、または数３２，数３３においてｐ，ｑモードをＬ
Ｄモードと外部モードに置き換え、これに対応した共振
器損失よりしきい値利得Ｇth(LD)，Ｇth(G) を計算すれ
ば上式より求まる。ここでＧth(LD)，Ｇth(G) はそれぞ
れＬＤモード及び外部モードのしきい値利得である。
前方反射率を低くして単一共振器となるようにすればよ
い。ＬＤモードの発振抑圧度の具体的な値は数２９〜数
３１、または数３２，数３３においてｐ，ｑモードをＬ
Ｄモードと外部モードに置き換え、これに対応した共振
器損失よりしきい値利得Ｇth(LD)，Ｇth(G) を計算すれ
ば上式より求まる。ここでＧth(LD)，Ｇth(G) はそれぞ
れＬＤモード及び外部モードのしきい値利得である。
【０１０７】図５はこの結果を示したものであり、横軸
はＬＤ外部ミラーから反射されてきた基本波が再びＬＤ
（半導体レーザ）に帰還する割合，帰還率をとり、縦軸
はＬＤモードに対する外部モードの比をｄＢ単位で表示
した。ここでの帰還率にはＬＤと波長変換素子の光結合
効率を含めている。図５において、ＬＤの前方反射率を
パラメータにとり、前方反射率が２％，５％，１０％の
場合それぞれについて、規格化注入電流Ｉ／Ｉthが２と
３の場合のＬＤモードに対する外部モードの比を示し
た。
はＬＤ外部ミラーから反射されてきた基本波が再びＬＤ
（半導体レーザ）に帰還する割合，帰還率をとり、縦軸
はＬＤモードに対する外部モードの比をｄＢ単位で表示
した。ここでの帰還率にはＬＤと波長変換素子の光結合
効率を含めている。図５において、ＬＤの前方反射率を
パラメータにとり、前方反射率が２％，５％，１０％の
場合それぞれについて、規格化注入電流Ｉ／Ｉthが２と
３の場合のＬＤモードに対する外部モードの比を示し
た。
【０１０８】これから分かるように、前方反射率が大き
いと帰還率を大きくしなければ外部モード単一で発振さ
せることは困難である。しかし前方反射率が２％であれ
ば、帰還率を５％以上にすればＬＤモードに対し外部モ
ードを３０ｄＢ以上の大きさにできる、逆に言えばＬＤ
モードを−３０ｄＢ以下に抑圧できることも分かる。反
射率を２％以下にする反射防止コートは、公知の無反射
コート技術で達成可能である。これより本実施例ではＬ
Ｄの前方反射率を２％とし、ＬＤへの光帰還率は、光導
波路の損失を２ｄＢとして、２６.５％ に設計した。こ
の場合、外部ミラーの反射率は８７.５％ とした。
いと帰還率を大きくしなければ外部モード単一で発振さ
せることは困難である。しかし前方反射率が２％であれ
ば、帰還率を５％以上にすればＬＤモードに対し外部モ
ードを３０ｄＢ以上の大きさにできる、逆に言えばＬＤ
モードを−３０ｄＢ以下に抑圧できることも分かる。反
射率を２％以下にする反射防止コートは、公知の無反射
コート技術で達成可能である。これより本実施例ではＬ
Ｄの前方反射率を２％とし、ＬＤへの光帰還率は、光導
波路の損失を２ｄＢとして、２６.５％ に設計した。こ
の場合、外部ミラーの反射率は８７.５％ とした。
【０１０９】次に、外部モードが縦単一モードで発振す
る条件を説明する。外部共振器はその内部に波長変換素
子を含むため、共振器長が長くなり縦モード間隔が狭く
なる。このため外部ミラーには鋭い波長選択性が要求さ
れる。
る条件を説明する。外部共振器はその内部に波長変換素
子を含むため、共振器長が長くなり縦モード間隔が狭く
なる。このため外部ミラーには鋭い波長選択性が要求さ
れる。
【０１１０】図６は外部ミラーのｐ，ｑモードに対する
反射率Ｒf(p)，Ｒf(q)の差をＲf(p)で規格化し、この規
格化反射率差に対するモードパワー比ｒの計算結果を示
したものである。図６(ａ)は規格化注入電流を、(ｂ)は
ＬＤの前方反射率をパラメータにとっているが、図６
(ａ)の場合、ＬＤの前方反射率は０.１％であり、(ｂ)
の場合規格化注入電流は３である。
反射率Ｒf(p)，Ｒf(q)の差をＲf(p)で規格化し、この規
格化反射率差に対するモードパワー比ｒの計算結果を示
したものである。図６(ａ)は規格化注入電流を、(ｂ)は
ＬＤの前方反射率をパラメータにとっているが、図６
(ａ)の場合、ＬＤの前方反射率は０.１％であり、(ｂ)
の場合規格化注入電流は３である。
【０１１１】図６において、他のモードを２５ｄＢ以上
抑圧してシングルモードとするには、Ｉ／Ｉth＝１.６
以上、ＬＤの前方反射率は２％以下の条件のもとで、規
格化反射率差を０.０５以上（同じことであるが−０.０
５以下）にすればよいことが分かる。規格化注入電流Ｉ
／Ｉthが１.１ の場合は、このような低電流でＬＤを動
作させることは光ディスク装置等の応用においてはまず
ないから、これを除外した。
抑圧してシングルモードとするには、Ｉ／Ｉth＝１.６
以上、ＬＤの前方反射率は２％以下の条件のもとで、規
格化反射率差を０.０５以上（同じことであるが−０.０
５以下）にすればよいことが分かる。規格化注入電流Ｉ
／Ｉthが１.１ の場合は、このような低電流でＬＤを動
作させることは光ディスク装置等の応用においてはまず
ないから、これを除外した。
【０１１２】以上により、低雑音で動作する半導体レー
ザ内部共振ＳＨＧ素子の実施は、規格化反射率差を０.
０５以上（−０.０５以下）にする外部ミラーの実施に
帰着することを説明した。そこで最後に規格化反射率差
を０.０５以上(−０.０５以下)にする本実施例の外部ミ
ラーについて述べる。波長選択性を有する外部ミラーと
しては回折格子であってもよいし、波長変換素子の導波
路と同一の導波路の延長上にモノリシックに集積された
分布ブラッグ反射器（いわゆるＤＢＲ）であってもよ
い。しかし小形化やＬＤへの光帰還率の点で望ましいの
は明らかにモノリシックに集積された分布ブラッグ反射
器であるから、ここでは分布ブラッグ反射器（以下ＤＢ
Ｒとする）について述べる。ＤＢＲの波長選択性は次の
数７５に示す複素反射率Ｒを与える式により示される。
ザ内部共振ＳＨＧ素子の実施は、規格化反射率差を０.
０５以上（−０.０５以下）にする外部ミラーの実施に
帰着することを説明した。そこで最後に規格化反射率差
を０.０５以上(−０.０５以下)にする本実施例の外部ミ
ラーについて述べる。波長選択性を有する外部ミラーと
しては回折格子であってもよいし、波長変換素子の導波
路と同一の導波路の延長上にモノリシックに集積された
分布ブラッグ反射器（いわゆるＤＢＲ）であってもよ
い。しかし小形化やＬＤへの光帰還率の点で望ましいの
は明らかにモノリシックに集積された分布ブラッグ反射
器であるから、ここでは分布ブラッグ反射器（以下ＤＢ
Ｒとする）について述べる。ＤＢＲの波長選択性は次の
数７５に示す複素反射率Ｒを与える式により示される。
【０１１３】
【数７５】 Ｒ＝｛−ｊｋtanh(γＬB)｝／｛γ＋(αl／２＋ｉδ)tanh(γＬB)｝ γ2＝｛(αl／２＋ｉδ)2｝＋ｋ2 …（数７５） ただし、 ｋ：結合係数 αl：光導波路の光損失係数 ＬB：ＤＢＲの長さ δ：ブラッグ波数からのずれ 前記の外部ミラーの反射率Ｒf とはＲf＝｜Ｒ｜2の関係
にある。ブラッグ条件を満足するδ＝０の場合には、次
の数７６に示す最大値Ｒ0をとる。
にある。ブラッグ条件を満足するδ＝０の場合には、次
の数７６に示す最大値Ｒ0をとる。
【０１１４】
【数７６】
【０１１５】図７はブラッグ波長、即ちδ＝０の場合の
波長を８５０ｎｍとしたときの波長と複素反射率Ｒの関
係、即ちＤＢＲの波長選択性を示した図であり、本実施
例におけるＬB＝２.６mm，αl＝０.８ｄＢ／cmの場合の
ＤＢＲの波長選択性を示したものである。ＤＢＲの設計
法は公知であるので詳述しないが、本実施例では共振器
長ｌ＋Ｌは２０mm、ｋは７.１×１０-4(１／μｍ)に設
計した。
波長を８５０ｎｍとしたときの波長と複素反射率Ｒの関
係、即ちＤＢＲの波長選択性を示した図であり、本実施
例におけるＬB＝２.６mm，αl＝０.８ｄＢ／cmの場合の
ＤＢＲの波長選択性を示したものである。ＤＢＲの設計
法は公知であるので詳述しないが、本実施例では共振器
長ｌ＋Ｌは２０mm、ｋは７.１×１０-4(１／μｍ)に設
計した。
【０１１６】このときδ＝０の場合の反射率は８７.５
％であり、反射率が８３.１３％以下となって規格化反
射率差が−０.０５以下になるΔλはおよそ±０.０１ｎ
ｍ以上である。即ち、共振器の縦モード間隔が０.０１
ｎｍ以上であればこの範囲で規格化反射率差が−０.０
５以下になるので、基本波はシングルモード発振する。
本実施例の場合共振器長ｌ＋Ｌは２０mmなので、縦モー
ド間隔が０.０１ｎｍ 以上となり設計通り基本波はシン
グルモードで発振した。このとき、ＳＨ波の相対雑音強
度（ＲＩＮ）は−１３２ｄＢ／Ｈｚ以下であった。光導
波路の損失αl ＝０.８ｄＢ／cmという値は、ＬｉＮｂ
Ｏ3にプロトン交換法で光導波路を作製して実現した値
であるが、これは更に低減可能である。またこの値はＬ
ｉＴａＯ3，ＫＴＰにおいてプロトン交換法，イオン交
換法等の他の公知の光導波路作製法でも容易に実現でき
る値である。
％であり、反射率が８３.１３％以下となって規格化反
射率差が−０.０５以下になるΔλはおよそ±０.０１ｎ
ｍ以上である。即ち、共振器の縦モード間隔が０.０１
ｎｍ以上であればこの範囲で規格化反射率差が−０.０
５以下になるので、基本波はシングルモード発振する。
本実施例の場合共振器長ｌ＋Ｌは２０mmなので、縦モー
ド間隔が０.０１ｎｍ 以上となり設計通り基本波はシン
グルモードで発振した。このとき、ＳＨ波の相対雑音強
度（ＲＩＮ）は−１３２ｄＢ／Ｈｚ以下であった。光導
波路の損失αl ＝０.８ｄＢ／cmという値は、ＬｉＮｂ
Ｏ3にプロトン交換法で光導波路を作製して実現した値
であるが、これは更に低減可能である。またこの値はＬ
ｉＴａＯ3，ＫＴＰにおいてプロトン交換法，イオン交
換法等の他の公知の光導波路作製法でも容易に実現でき
る値である。
【０１１７】
【発明の効果】本発明で高調波の雑音を低減するには基
本波をシングルモードにすればよいことを初めて明らか
にし、シングルモードの一般的実現方法を述べ、具体例
を実施例で示した。この結果、光ディスク装置で要求さ
れる雑音レベル以下にこれを抑えることが実現でき、Ｓ
ＨＧ光源を光ディスク装置やその他の低雑音が要求され
る装置への搭載が可能になった。また本発明は共振器内
部に波長変換素子があり、特に説明はしなかったが、共
振器内部の強い基本波パワーを利用する構成をとってい
るので、高調波への変換効率を上げる効果もある。
本波をシングルモードにすればよいことを初めて明らか
にし、シングルモードの一般的実現方法を述べ、具体例
を実施例で示した。この結果、光ディスク装置で要求さ
れる雑音レベル以下にこれを抑えることが実現でき、Ｓ
ＨＧ光源を光ディスク装置やその他の低雑音が要求され
る装置への搭載が可能になった。また本発明は共振器内
部に波長変換素子があり、特に説明はしなかったが、共
振器内部の強い基本波パワーを利用する構成をとってい
るので、高調波への変換効率を上げる効果もある。
【図１】本発明の一実施例を示すＬＤ内部共振器型ＳＨ
Ｇ光源の断面図。
Ｇ光源の断面図。
【図２】本発明の実施例における特性解析モデルの説明
図。
図。
【図３】本発明におけるモードパワー比と相対雑音強度
の関係を示す特性図。
の関係を示す特性図。
【図４】本発明におけるモードパワー比と相対雑音強度
の関係を示す特性図。
の関係を示す特性図。
【図５】本発明において、ＬＤへの光帰還率に対するＬ
Ｄモードと外部モードのパワー比の関係を示す特性図。
Ｄモードと外部モードのパワー比の関係を示す特性図。
【図６】本発明で、外部モードが縦二モードで発振する
モデルにおいて、外部ミラーの規格化した各モードの反
射率差とモードパワー比の関係を示す特性図。
モデルにおいて、外部ミラーの規格化した各モードの反
射率差とモードパワー比の関係を示す特性図。
【図７】外部ミラーにおけるブラッグ回折からの波数の
ずれと反射率の関係を示す特性図。
ずれと反射率の関係を示す特性図。
１…基板、２…光導波路、３…波長変換素子、４…外部
ミラー、５…半導体レーザ、６…コリメートレンズ系、
７…集光レンズ系、８…１／２波長板、９…コーティン
グ膜、１０…コーティング膜、１１…高反射コーティン
グ膜、１２…無（低）反射コーティング膜、１３…コリ
メートレンズ、１４…基本波、１５…第二高調波。
ミラー、５…半導体レーザ、６…コリメートレンズ系、
７…集光レンズ系、８…１／２波長板、９…コーティン
グ膜、１０…コーティング膜、１１…高反射コーティン
グ膜、１２…無（低）反射コーティング膜、１３…コリ
メートレンズ、１４…基本波、１５…第二高調波。
Claims (6)
- 【請求項１】半導体レーザを基本波光源とする第二高調
波発生装置であって、一方の端面を高反射端とし他方の
端面を低反射端とした半導体レーザチップと、前記半導
体レーザチップに対しレーザ発振を起こすための光共振
器を前記半導体レーザチップの高反射端とで構成する光
学手段と、前記光共振器を構成する光学手段と前記半導
体レーザチップの間の前記光共振器の内部に、前記半導
体レーザチップの低反射端側に近接・対向して設けられ
た第二高調波発生素子とからなるＳＨＧ光源であり、基
本波が他の発振モードを−２５ｄＢ以下に抑圧した縦単
一モードであることを特徴とする半導体レーザ内部共振
型ＳＨＧ光源。 - 【請求項２】請求項１において、前記第二高調波発生素
子が光導波路に周期的に自発分極の向きを反転させた分
極反転格子を形成してこれにより位相整合を行う擬位相
整合型の第二高調波発生素子である半導体レーザ内部共
振型ＳＨＧ光源。 - 【請求項３】請求項１または２において、前記半導体レ
ーザチップの低反射端面の反射率が５％以下であり、か
つ、前記光学手段で反射された基本波が再び前記半導体
レーザチップ内に帰還する帰還率が、前記半導体レーザ
チップの低反射端面の反射率をＲ2％としたとき、３Ｒ2
％以上である半導体レーザ内部共振型ＳＨＧ光源。 - 【請求項４】請求項１，２または３において、前記光学
手段は前記光共振器内に存在し得る縦モードのうち反射
率最大のモードに対する反射率が他の全てのモードの反
射率の１.０５ 倍以上となる波長選択性反射率を有する
光学手段である半導体レーザ内部共振型ＳＨＧ光源。 - 【請求項５】請求項１または２において、前記光学手段
が回折格子である半導体レーザ内部共振型ＳＨＧ光源。 - 【請求項６】請求項１または２において、前記光学手段
が前記擬位相整合型の第二高調波発生素子と同一基板上
に集積された分布ブラッグ反射器である半導体レーザ内
部共振型ＳＨＧ光源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12727394A JPH07335963A (ja) | 1994-06-09 | 1994-06-09 | 半導体レーザ内部共振型ｓｈｇ光源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12727394A JPH07335963A (ja) | 1994-06-09 | 1994-06-09 | 半導体レーザ内部共振型ｓｈｇ光源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07335963A true JPH07335963A (ja) | 1995-12-22 |
Family
ID=14955917
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12727394A Pending JPH07335963A (ja) | 1994-06-09 | 1994-06-09 | 半導体レーザ内部共振型ｓｈｇ光源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07335963A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006066818A (ja) * | 2004-08-30 | 2006-03-09 | Sony Corp | １次元照明装置及び画像生成装置 |
| JP2008042178A (ja) * | 2006-07-06 | 2008-02-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ファイバ装置、波長変換装置及び画像表示装置 |
| US7839908B2 (en) | 2005-03-30 | 2010-11-23 | Mitsubishi Electric Corporation | Mode control waveguide laser device |
-
1994
- 1994-06-09 JP JP12727394A patent/JPH07335963A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006066818A (ja) * | 2004-08-30 | 2006-03-09 | Sony Corp | １次元照明装置及び画像生成装置 |
| JP4618487B2 (ja) * | 2004-08-30 | 2011-01-26 | ソニー株式会社 | １次元照明装置及び画像生成装置 |
| US7839908B2 (en) | 2005-03-30 | 2010-11-23 | Mitsubishi Electric Corporation | Mode control waveguide laser device |
| JP2008042178A (ja) * | 2006-07-06 | 2008-02-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ファイバ装置、波長変換装置及び画像表示装置 |
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