JPH08220576A - 短波長光発生装置 - Google Patents
短波長光発生装置Info
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- JPH08220576A JPH08220576A JP2656195A JP2656195A JPH08220576A JP H08220576 A JPH08220576 A JP H08220576A JP 2656195 A JP2656195 A JP 2656195A JP 2656195 A JP2656195 A JP 2656195A JP H08220576 A JPH08220576 A JP H08220576A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 励起光源１から発振されたレーザ光は、波長
特性を備える共振器３で共振されると共に、幅及び／又
は深さが光波の伝搬方向に沿って変化された光導波路、
又は周期が光波の伝搬方向に沿って変化された周期構造
を有している第２高調波発生素子２に入射されて、第２
高調波レーザ光が発生されて出射される。 【効果】 励起光源から発振されるレーザ光の波長範囲
と第２高調波発生素子で発生される第２高調波レーザ光
の波長範囲とを、特別の制御を行うこと無く、容易に合
わせることができ、安定した第２高調波レーザ光を得る
ことができる。
特性を備える共振器３で共振されると共に、幅及び／又
は深さが光波の伝搬方向に沿って変化された光導波路、
又は周期が光波の伝搬方向に沿って変化された周期構造
を有している第２高調波発生素子２に入射されて、第２
高調波レーザ光が発生されて出射される。 【効果】 励起光源から発振されるレーザ光の波長範囲
と第２高調波発生素子で発生される第２高調波レーザ光
の波長範囲とを、特別の制御を行うこと無く、容易に合
わせることができ、安定した第２高調波レーザ光を得る
ことができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高次高調波発生素子を
用いて短波長のレーザ光を出射する短波長光発生装置に
関する。
用いて短波長のレーザ光を出射する短波長光発生装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば、励起光源である半導体レ
ーザ素子と、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）を用い
てプロトン交換法で作製された光導波路型の第２高調波
発生素子であって疑似位相整合の第２高調波発生（ＱＰ
Ｍ−ＳＨＧ）素子との組合せによる青色レーザ光源にお
いては、ＱＰＭ−ＳＨＧ素子の位相整合が可能な波長範
囲は１０-10ｍ オーダ程度であり、このＱＰＭ−ＳＨＧ
素子の位相整合が可能な波長範囲に半導体レーザ素子か
らのレーザ光の波長を合わせるようにする。
ーザ素子と、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）を用い
てプロトン交換法で作製された光導波路型の第２高調波
発生素子であって疑似位相整合の第２高調波発生（ＱＰ
Ｍ−ＳＨＧ）素子との組合せによる青色レーザ光源にお
いては、ＱＰＭ−ＳＨＧ素子の位相整合が可能な波長範
囲は１０-10ｍ オーダ程度であり、このＱＰＭ−ＳＨＧ
素子の位相整合が可能な波長範囲に半導体レーザ素子か
らのレーザ光の波長を合わせるようにする。
【０００３】このように、ＳＨＧ素子の位相整合が可能
な波長範囲に半導体レーザ素子からのレーザ光の波長を
合わせる方法としては、ＳＨＧ素子と半導体レーザ素子
とを、厳密な、例えば０．１°Ｃ以下の単位の温度管理
を行い、波長の管理を行う方法、半導体レーザ素子に流
す電流を制御する方法、及び半導体レーザ素子にＱＰＭ
−ＳＨＧ素子の位相整合が可能な波長範囲の光を戻すこ
とによって半導体レーザ素子がその波長で発振するよう
に制御する方法が行われている。
な波長範囲に半導体レーザ素子からのレーザ光の波長を
合わせる方法としては、ＳＨＧ素子と半導体レーザ素子
とを、厳密な、例えば０．１°Ｃ以下の単位の温度管理
を行い、波長の管理を行う方法、半導体レーザ素子に流
す電流を制御する方法、及び半導体レーザ素子にＱＰＭ
−ＳＨＧ素子の位相整合が可能な波長範囲の光を戻すこ
とによって半導体レーザ素子がその波長で発振するよう
に制御する方法が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、温度管理に
よって半導体レーザ光の波長を合わせる方法において
は、厳密な温度制御を行うことは大変に困難である。
よって半導体レーザ光の波長を合わせる方法において
は、厳密な温度制御を行うことは大変に困難である。
【０００５】また、半導体レーザ素子の発振波長やＳＨ
Ｇ素子の位相整合波長は、経時変化してしまう問題があ
る。上述した全ての方法において、この問題を回避する
ためには、ＳＨＧ素子の位相整合が可能な波長に半導体
レーザ素子の発振波長を合わせるための大規模なフィー
ドバック機構が必要になり、構成が大規模で、複雑にな
ってしまう。
Ｇ素子の位相整合波長は、経時変化してしまう問題があ
る。上述した全ての方法において、この問題を回避する
ためには、ＳＨＧ素子の位相整合が可能な波長に半導体
レーザ素子の発振波長を合わせるための大規模なフィー
ドバック機構が必要になり、構成が大規模で、複雑にな
ってしまう。
【０００６】また、半導体レーザ素子の発振波長に近い
位相整合波長を持つ第２高調波発生素子を選別しなけれ
ばならない問題も生じる。
位相整合波長を持つ第２高調波発生素子を選別しなけれ
ばならない問題も生じる。
【０００７】さらに、従来の青色レーザ光源において
は、半導体レーザ素子が光波の伝搬方向に電場成分を持
たないＴＥ（Transverse Electric）モードであるのに
対して、プロトン交換法により導波路から成るＳＨＧ素
子は光波の伝搬方向に磁場成分を持たないＴＭ（Transv
erse Magnetic）モードであるので、半導体レーザ素子
の発光端面の光電場分布とＳＨＧ素子の光導波路端面の
光電場分布との重なり具合が悪く、光の結合効率も悪く
なっている。このため、半導体レーザ素子からのレーザ
光のパワーが効率良くＳＨＧ素子に導かれず、青色光の
出力が低かった。
は、半導体レーザ素子が光波の伝搬方向に電場成分を持
たないＴＥ（Transverse Electric）モードであるのに
対して、プロトン交換法により導波路から成るＳＨＧ素
子は光波の伝搬方向に磁場成分を持たないＴＭ（Transv
erse Magnetic）モードであるので、半導体レーザ素子
の発光端面の光電場分布とＳＨＧ素子の光導波路端面の
光電場分布との重なり具合が悪く、光の結合効率も悪く
なっている。このため、半導体レーザ素子からのレーザ
光のパワーが効率良くＳＨＧ素子に導かれず、青色光の
出力が低かった。
【０００８】そこで、本発明は上述の実情に鑑み、半導
体レーザ素子の発振波長とＳＨＧ素子の位相整合波長と
を、厳密な温度制御を行うことなく、簡易な構成で容易
に合わせることができ、半導体レーザ素子から出射され
るレーザ光のパワーを効率良くＳＨＧ素子に導くことが
できる短波長光発生装置を提供するものである。
体レーザ素子の発振波長とＳＨＧ素子の位相整合波長と
を、厳密な温度制御を行うことなく、簡易な構成で容易
に合わせることができ、半導体レーザ素子から出射され
るレーザ光のパワーを効率良くＳＨＧ素子に導くことが
できる短波長光発生装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る短波長光発
生装置は、レーザ光を発振する励起光源と、波長特性を
備え、上記励起光源からのレーザ光を共振動作させる１
対の共振手段と、上記共振手段の内部に置かれ、上記励
起光源からのレーザ光を入射して、上記共振手段の共振
可能な波長範囲よりも広い波長範囲で高調波を発生する
高次高調波発生素子とを備えて成ることにより上述した
課題を解決する。
生装置は、レーザ光を発振する励起光源と、波長特性を
備え、上記励起光源からのレーザ光を共振動作させる１
対の共振手段と、上記共振手段の内部に置かれ、上記励
起光源からのレーザ光を入射して、上記共振手段の共振
可能な波長範囲よりも広い波長範囲で高調波を発生する
高次高調波発生素子とを備えて成ることにより上述した
課題を解決する。
【００１０】また、上記高次高調波発生素子はＴＥモー
ドの光導波路型であることを特徴とする。
ドの光導波路型であることを特徴とする。
【００１１】さらに、上記光導波路は、周期分極反転構
造が形成されたＺカットのＬｉＮｂxＴａ(1-x)Ｏ3 （０
≦ｘ≦１）の基板のＸ面又はＹ面に形成されることを特
徴とする。
造が形成されたＺカットのＬｉＮｂxＴａ(1-x)Ｏ3 （０
≦ｘ≦１）の基板のＸ面又はＹ面に形成されることを特
徴とする。
【００１２】ここで、上記高次高調波発生素子は第２高
調波発生素子であり、幅及び／又は深さが光波の伝搬方
向に沿って変化された光導波路を備えることを特徴とす
る。
調波発生素子であり、幅及び／又は深さが光波の伝搬方
向に沿って変化された光導波路を備えることを特徴とす
る。
【００１３】また、上記高次高調波発生素子は第２高調
波発生素子であり、周期が光波の伝搬方向に沿って変化
された周期構造を有することを特徴とする。
波発生素子であり、周期が光波の伝搬方向に沿って変化
された周期構造を有することを特徴とする。
【００１４】尚、上記励起光源は光増幅器又は半導体レ
ーザ素子であることを特徴とする。
ーザ素子であることを特徴とする。
【００１５】また、上記励起光源の発光端面と上記高次
高調波発生素子の端面とは近接することを特徴とする。
高調波発生素子の端面とは近接することを特徴とする。
【００１６】
【作用】本発明においては、励起光源から発振されたレ
ーザ光を入射して、共振手段の共振可能な波長範囲より
も広い波長範囲で高調波を発生する高次高調波発生素子
を備えることにより、励起光源及び高次高調波発生素子
の温度制御や、励起光源及び高次高調波発生素子の経時
変化のための装置の設置等の特別の制御を行わずに、第
２高調波レーザ光を得ることができる。
ーザ光を入射して、共振手段の共振可能な波長範囲より
も広い波長範囲で高調波を発生する高次高調波発生素子
を備えることにより、励起光源及び高次高調波発生素子
の温度制御や、励起光源及び高次高調波発生素子の経時
変化のための装置の設置等の特別の制御を行わずに、第
２高調波レーザ光を得ることができる。
【００１７】また、上記高次高調波発生素子はＴＥモー
ドの光導波路型であることにより、励起光源の光波の伝
搬モードであるＴＥモードと同じ伝搬モードとなり、励
起光源の発光端面の光電場分布と高次高調波発生素子の
光導波路端面の光電場分布との重なりが良くなる。
ドの光導波路型であることにより、励起光源の光波の伝
搬モードであるＴＥモードと同じ伝搬モードとなり、励
起光源の発光端面の光電場分布と高次高調波発生素子の
光導波路端面の光電場分布との重なりが良くなる。
【００１８】ここで、上記光導波路は、周期分極反転構
造が形成されたＺカットのＬｉＮｂx Ｔａ(1-x) Ｏ
3 （０≦ｘ≦１）の基板のＸ面又はＹ面に形成されるこ
とにより、光導波路がＴＥモードである高次高調波発生
素子を容易に作製することができる。
造が形成されたＺカットのＬｉＮｂx Ｔａ(1-x) Ｏ
3 （０≦ｘ≦１）の基板のＸ面又はＹ面に形成されるこ
とにより、光導波路がＴＥモードである高次高調波発生
素子を容易に作製することができる。
【００１９】また、上記高次高調波発生素子は第２高調
波発生素子であり、幅及び／又は深さが光波の伝搬方向
に沿って変化された光導波路又は周期が光波の伝搬方向
に沿って変化された周期構造を有することにより、上記
共振手段の共振可能な波長の範囲よりも第２高調波発生
素子の発生可能な波長の範囲を広くすることができる。
波発生素子であり、幅及び／又は深さが光波の伝搬方向
に沿って変化された光導波路又は周期が光波の伝搬方向
に沿って変化された周期構造を有することにより、上記
共振手段の共振可能な波長の範囲よりも第２高調波発生
素子の発生可能な波長の範囲を広くすることができる。
【００２０】また、上記励起光源の発光端面と上記高次
高調波発生素子の光導波路の端面とは近接することによ
り、励起光源から発振されるレーザ光を効率良く高次高
調波発生素子に導くことができる。
高調波発生素子の光導波路の端面とは近接することによ
り、励起光源から発振されるレーザ光を効率良く高次高
調波発生素子に導くことができる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例について、図
面を参照しながら説明する。図１には、本発明に係る短
波長光発生装置の一実施例の概略的な構成を示す。
面を参照しながら説明する。図１には、本発明に係る短
波長光発生装置の一実施例の概略的な構成を示す。
【００２２】この図１に示す短波長光発生装置は、励起
光源としてレーザ光を出射する光増幅器１と、この光増
幅器１に近接して置かれ、光増幅器１から発振されるレ
ーザ光を入射して高調波を発生させる高次高調波発生素
子として、上記レーザ光の第２高調波を発生する第２高
調波発生、即ちＳＨＧ素子２と、反射率の高い一対のミ
ラー２０、２１から成る共振手段である共振器３とから
構成される。ここで、上記ＳＨＧ素子２は共振器３を構
成するミラー２０とミラー２１との間に挿入されてお
り、内部共振器型となっている。
光源としてレーザ光を出射する光増幅器１と、この光増
幅器１に近接して置かれ、光増幅器１から発振されるレ
ーザ光を入射して高調波を発生させる高次高調波発生素
子として、上記レーザ光の第２高調波を発生する第２高
調波発生、即ちＳＨＧ素子２と、反射率の高い一対のミ
ラー２０、２１から成る共振手段である共振器３とから
構成される。ここで、上記ＳＨＧ素子２は共振器３を構
成するミラー２０とミラー２１との間に挿入されてお
り、内部共振器型となっている。
【００２３】光増幅器１内には励起光源素子として半導
体レーザ素子を備えており、この光増幅器１から発振さ
れるレーザ光はＳＨＧ素子２に入射される。このＳＨＧ
素子２はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）等の非線形
光学結晶から成り、上記レーザ光が入射されることによ
って第２高調波発生が行われ、上記レーザ光の第２高調
波レーザ光が出射される。
体レーザ素子を備えており、この光増幅器１から発振さ
れるレーザ光はＳＨＧ素子２に入射される。このＳＨＧ
素子２はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）等の非線形
光学結晶から成り、上記レーザ光が入射されることによ
って第２高調波発生が行われ、上記レーザ光の第２高調
波レーザ光が出射される。
【００２４】尚、上記光増幅器１の代わりとして、半導
体レーザ素子が置かれたものであってもよい。
体レーザ素子が置かれたものであってもよい。
【００２５】ここで、上記光増幅器１から発振されるレ
ーザ光の発振波長は、共振器３を構成するミラー２０、
２１と共振器３の長さである共振器長とによって決定さ
れるが、上記光増幅器１からのレーザ光の発振可能な波
長範囲、即ち波長幅は、ミラー２０、２１の反射率に波
長特性、即ち波長選択性を設けることによって制御する
ことができる。即ち、ミラー２０、２１は、所定の波長
範囲として上記光増幅器１からのレーザ光の発振可能な
範囲の波長を反射し、これ以外の波長を透過するような
波長選択性をもつものである。これにより、光増幅器１
から発振されるレーザ光がＳＨＧ素子２を通ってミラー
２１で反射され、再びＳＨＧ素子２及び光増幅器１を通
ってミラー２０で反射される動作、即ちレーザ光がミラ
ー２０とミラー２１との間を往復する共振動作が行われ
る。
ーザ光の発振波長は、共振器３を構成するミラー２０、
２１と共振器３の長さである共振器長とによって決定さ
れるが、上記光増幅器１からのレーザ光の発振可能な波
長範囲、即ち波長幅は、ミラー２０、２１の反射率に波
長特性、即ち波長選択性を設けることによって制御する
ことができる。即ち、ミラー２０、２１は、所定の波長
範囲として上記光増幅器１からのレーザ光の発振可能な
範囲の波長を反射し、これ以外の波長を透過するような
波長選択性をもつものである。これにより、光増幅器１
から発振されるレーザ光がＳＨＧ素子２を通ってミラー
２１で反射され、再びＳＨＧ素子２及び光増幅器１を通
ってミラー２０で反射される動作、即ちレーザ光がミラ
ー２０とミラー２１との間を往復する共振動作が行われ
る。
【００２６】具体的には、波長選択性をもつミラーを形
成する方法としては、波長特性を持たないガラス等の基
板に誘電体多層膜を作製する方法や、分布ブラッグ反射
（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflection）形半導体レ
ーザ装置とする方法を用いることができる。これらの方
法により形成されるミラーは屈折率の異なる層が重なっ
た構造となっており、各層の屈折率や周期、及び層数に
よって入射するレーザ光の反射率及び波長幅等を設定す
ることができる。また、これらの方法により形成される
ミラーを、共振器３を構成するミラー２０、２１の少な
くともどちらか一方に利用することで、共振器３の共振
可能な波長を設定することができる。
成する方法としては、波長特性を持たないガラス等の基
板に誘電体多層膜を作製する方法や、分布ブラッグ反射
（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflection）形半導体レ
ーザ装置とする方法を用いることができる。これらの方
法により形成されるミラーは屈折率の異なる層が重なっ
た構造となっており、各層の屈折率や周期、及び層数に
よって入射するレーザ光の反射率及び波長幅等を設定す
ることができる。また、これらの方法により形成される
ミラーを、共振器３を構成するミラー２０、２１の少な
くともどちらか一方に利用することで、共振器３の共振
可能な波長を設定することができる。
【００２７】ここで、分布ブラッグ反射形半導体レーザ
装置の概略的な構成を図２に示す。
装置の概略的な構成を図２に示す。
【００２８】図２の分布ブラッグ反射形半導体レーザ装
置は、半導体レーザ素子７及びＳＨＧ素子２から成り、
上記半導体レーザ素子７とＳＨＧ素子２とは接してい
る。
置は、半導体レーザ素子７及びＳＨＧ素子２から成り、
上記半導体レーザ素子７とＳＨＧ素子２とは接してい
る。
【００２９】上記半導体レーザ素子７は、近赤外線領域
の波長のレーザ光を発振するものである。また、ＳＨＧ
素子２は、基板１７上に光導波路１８が形成され、クラ
ッド層６に周期分極反転構造部４として複数のレリーフ
５を形成することによって構成されている。具体的に
は、屈折率の高い酸化タンタル（Ｖ）（Ｔａ2 Ｏ5 ）を
スパッタリング法で堆積し、これにレジストを塗布した
後、２光束干渉リソグラフィ及びエッチング技術によっ
て複数のレリーフ５を形成する。この後、二酸化ケイ素
（ＳｉＯ2 ）をスパッタリング法で堆積してクラッド層
６を形成する。尚、上記周期分極反転構造部４は、第２
高調波レーザ光に対してはほとんど透過である。
の波長のレーザ光を発振するものである。また、ＳＨＧ
素子２は、基板１７上に光導波路１８が形成され、クラ
ッド層６に周期分極反転構造部４として複数のレリーフ
５を形成することによって構成されている。具体的に
は、屈折率の高い酸化タンタル（Ｖ）（Ｔａ2 Ｏ5 ）を
スパッタリング法で堆積し、これにレジストを塗布した
後、２光束干渉リソグラフィ及びエッチング技術によっ
て複数のレリーフ５を形成する。この後、二酸化ケイ素
（ＳｉＯ2 ）をスパッタリング法で堆積してクラッド層
６を形成する。尚、上記周期分極反転構造部４は、第２
高調波レーザ光に対してはほとんど透過である。
【００３０】このように、ＳＨＧ素子２の半導体レーザ
素子７と対向する側に、図１の共振器３を構成するミラ
ー２０、２１の一方のミラーの作用と同様な作用を備え
る周期分極反転構造部４を構成する。
素子７と対向する側に、図１の共振器３を構成するミラ
ー２０、２１の一方のミラーの作用と同様な作用を備え
る周期分極反転構造部４を構成する。
【００３１】また、共振器を構成する他方のミラーは、
半導体レーザ素子７のＳＨＧ素子２と接しない発光端面
８に形成されており、通常の誘電体多層ミラーである。
半導体レーザ素子７のＳＨＧ素子２と接しない発光端面
８に形成されており、通常の誘電体多層ミラーである。
【００３２】尚、半導体レーザ素子７のＳＨＧ素子２と
接する発光端面９、及びＳＨＧ素子２の両端面１０、１
１には、無反射膜（ＡＲ）をコートすることが望まし
い。
接する発光端面９、及びＳＨＧ素子２の両端面１０、１
１には、無反射膜（ＡＲ）をコートすることが望まし
い。
【００３３】また、上述のようなＳＨＧ素子２を用いた
ときの半導体レーザ素子７からの近赤外線レーザ光に対
するレリーフ５の周期は約０．３５μｍである。
ときの半導体レーザ素子７からの近赤外線レーザ光に対
するレリーフ５の周期は約０．３５μｍである。
【００３４】次に、図１のＳＨＧ素子２について詳細に
説明する。
説明する。
【００３５】上記ＳＨＧ素子２は、設けられた光導波路
の幅及び／又は深さが光波の伝搬方向に沿って変化して
いたり、又は、周期構造の周期が光波の伝搬方向に沿っ
て変化していたりする。これによって、ＳＨＧ素子２か
ら発生される第２高調波レーザ光の発生可能な波長幅が
拡大され、上記光増幅器１から出射される基本波レーザ
光の発振可能な波長幅よりも広く設定することができる
ので、光増幅器１からどのような波長のレーザ光が発振
されても、ＳＨＧ素子２では上記レーザ光の第２高調波
を必ず発生させることができ、光増幅器１から出射され
る半導体レーザ光の発振波長とＳＨＧ素子２の位相整合
波長とを合わせることが容易になる。
の幅及び／又は深さが光波の伝搬方向に沿って変化して
いたり、又は、周期構造の周期が光波の伝搬方向に沿っ
て変化していたりする。これによって、ＳＨＧ素子２か
ら発生される第２高調波レーザ光の発生可能な波長幅が
拡大され、上記光増幅器１から出射される基本波レーザ
光の発振可能な波長幅よりも広く設定することができる
ので、光増幅器１からどのような波長のレーザ光が発振
されても、ＳＨＧ素子２では上記レーザ光の第２高調波
を必ず発生させることができ、光増幅器１から出射され
る半導体レーザ光の発振波長とＳＨＧ素子２の位相整合
波長とを合わせることが容易になる。
【００３６】このとき、ＳＨＧ素子２の第２高調波の発
生可能な波長幅の設定は、温度変化や経時変化を考慮し
て行うことが望ましい。これにより、半導体レーザ素子
の発振波長及びＳＨＧ素子の位相整合波長が経時変化し
た場合にも、半導体レーザ素子からの発振波長とＳＨＧ
素子の位相整合波長とを容易に合わせることができる。
生可能な波長幅の設定は、温度変化や経時変化を考慮し
て行うことが望ましい。これにより、半導体レーザ素子
の発振波長及びＳＨＧ素子の位相整合波長が経時変化し
た場合にも、半導体レーザ素子からの発振波長とＳＨＧ
素子の位相整合波長とを容易に合わせることができる。
【００３７】ここで、ＱＰＭ−ＳＨＧ素子の光導波路の
幅に変化を加える方法及び周期ドメイン構造の周期に変
化を加える方法について、具体的に以下に説明する。
幅に変化を加える方法及び周期ドメイン構造の周期に変
化を加える方法について、具体的に以下に説明する。
【００３８】先ず、光導波路の幅に変調を加える方法で
は、例えばニオブ酸リチウム基板に周期電極を作製し、
この周期電極に電圧を印加することにより、２．９μｍ
周期の周期ドメイン構造を作製する。このニオブ酸リチ
ウム基板上にＴａ膜をスパッタリング法で作製し、２０
０°Ｃの熱リン酸に１８分浸した後に、所望の部分に光
導波路を作製する。この後、Ｔａ膜を除去し、３５０°
Ｃで２時間、空気中でアニールを行う。このとき、例え
ば、光導波路の幅を、光波の伝搬に沿って、２．５〜
３．５μｍまで緩やかに段々と広くなるように変化させ
る。これによって、ＱＰＭ−ＳＨＧ素子の位相整合波長
の幅を７ｎｍに広げることができる。
は、例えばニオブ酸リチウム基板に周期電極を作製し、
この周期電極に電圧を印加することにより、２．９μｍ
周期の周期ドメイン構造を作製する。このニオブ酸リチ
ウム基板上にＴａ膜をスパッタリング法で作製し、２０
０°Ｃの熱リン酸に１８分浸した後に、所望の部分に光
導波路を作製する。この後、Ｔａ膜を除去し、３５０°
Ｃで２時間、空気中でアニールを行う。このとき、例え
ば、光導波路の幅を、光波の伝搬に沿って、２．５〜
３．５μｍまで緩やかに段々と広くなるように変化させ
る。これによって、ＱＰＭ−ＳＨＧ素子の位相整合波長
の幅を７ｎｍに広げることができる。
【００３９】尚、光導波路の幅を光波の伝搬に沿って緩
やかに変化させるのは、レーザ光のもれや反射を防止す
るためである。
やかに変化させるのは、レーザ光のもれや反射を防止す
るためである。
【００４０】また、上記ＳＨＧ素子２の光導波路の幅
は、緩やかに変化させてあればよいので、光導波路のレ
ーザ光の入射側と出射側とはどちらが広くなっていても
よく、また、光導波路の途中が広くなっているものでも
よい。
は、緩やかに変化させてあればよいので、光導波路のレ
ーザ光の入射側と出射側とはどちらが広くなっていても
よく、また、光導波路の途中が広くなっているものでも
よい。
【００４１】また、上述のように光導波路の幅を広げる
際には、光導波路の深さについても、従来の光導波路よ
りは多少深く形成される。
際には、光導波路の深さについても、従来の光導波路よ
りは多少深く形成される。
【００４２】また、周期ドメイン構造の周期に変化を加
える方法では、例えば直接外部電界印加法によって周期
ドメイン構造を作製する。具体的には、図３に示すよう
に、Ｚカットのニオブ酸リチウム基板３０の＋Ｚ面３１
上に所望の周期電極３２を作製し、−Ｚ面の全面に平面
電極３３を形成する。尚、上記周期電極の周期は、例え
ば半導体レーザ素子からの近赤外線レーザ光から青色レ
ーザ光を得る場合には、約３μｍであり、この値はコヒ
ーレンス長の倍である。このとき、周期Λを、Ｘ軸に沿
って緩やかに２．７〜２．８μｍまで変化させることに
より、ＱＰＭ−ＳＨＧ素子の位相整合波長の幅を５ｎｍ
に広げることができる。
える方法では、例えば直接外部電界印加法によって周期
ドメイン構造を作製する。具体的には、図３に示すよう
に、Ｚカットのニオブ酸リチウム基板３０の＋Ｚ面３１
上に所望の周期電極３２を作製し、−Ｚ面の全面に平面
電極３３を形成する。尚、上記周期電極の周期は、例え
ば半導体レーザ素子からの近赤外線レーザ光から青色レ
ーザ光を得る場合には、約３μｍであり、この値はコヒ
ーレンス長の倍である。このとき、周期Λを、Ｘ軸に沿
って緩やかに２．７〜２．８μｍまで変化させることに
より、ＱＰＭ−ＳＨＧ素子の位相整合波長の幅を５ｎｍ
に広げることができる。
【００４３】このように、ＳＨＧ素子の光導波路の幅に
変化を加えたり、又は周期ドメイン構造の周期に変化を
加えたりすることにより、所望の位相整合可能な波長幅
を設定することができる。
変化を加えたり、又は周期ドメイン構造の周期に変化を
加えたりすることにより、所望の位相整合可能な波長幅
を設定することができる。
【００４４】尚、ＱＰＭ−ＳＨＧ素子の位相整合波長の
幅を広げるための光導波路に変化を加える方法として、
光導波路の幅に光波の伝搬方向に沿って変化を加える方
法について具体的に説明したが、光導波路に変化を加え
る方法としては、光導波路の幅のみ、深さのみ、又は幅
及び深さを光波の伝搬方向に沿って変化させることが考
えられる。
幅を広げるための光導波路に変化を加える方法として、
光導波路の幅に光波の伝搬方向に沿って変化を加える方
法について具体的に説明したが、光導波路に変化を加え
る方法としては、光導波路の幅のみ、深さのみ、又は幅
及び深さを光波の伝搬方向に沿って変化させることが考
えられる。
【００４５】ここで、一般的に、ＳＨＧ素子からの第２
高調波レーザ光の発生可能な波長幅の拡大は、一方で波
長変換効率の低下を招くという欠点が生じる。
高調波レーザ光の発生可能な波長幅の拡大は、一方で波
長変換効率の低下を招くという欠点が生じる。
【００４６】この欠点を補い、所望の短波長光のパワー
を得るためには、ＳＨＧ素子２に導入される光エネルギ
密度を高めればよく、共振器３の内部にＳＨＧ素子２を
備える内部共振型はこの光エネルギ密度を高めるのに適
している。
を得るためには、ＳＨＧ素子２に導入される光エネルギ
密度を高めればよく、共振器３の内部にＳＨＧ素子２を
備える内部共振型はこの光エネルギ密度を高めるのに適
している。
【００４７】また、光エネルギ密度は、ミラー２０、２
１の反射率と共振器３内部の伝搬損失とによって設定す
ることができるので、ミラー２０、２１の反射率を大き
くし、共振器３内部の伝搬損失を抑えることによって、
大きな光エネルギ密度を実現することができる。
１の反射率と共振器３内部の伝搬損失とによって設定す
ることができるので、ミラー２０、２１の反射率を大き
くし、共振器３内部の伝搬損失を抑えることによって、
大きな光エネルギ密度を実現することができる。
【００４８】さらに、励起光源である半導体レーザ素子
と光導波路型のＳＨＧ素子との結合において、半導体レ
ーザ素子がＴＥモードであるので、共振器３内部の伝搬
損失を抑えるためには光導波路型のＳＨＧ素子もＴＥモ
ードにするほうが光の結合効率が良く、半導体レーザ素
子のパワーが効率良くＳＨＧ素子に導かれるので、波長
変換効率の低下を抑えることができる。
と光導波路型のＳＨＧ素子との結合において、半導体レ
ーザ素子がＴＥモードであるので、共振器３内部の伝搬
損失を抑えるためには光導波路型のＳＨＧ素子もＴＥモ
ードにするほうが光の結合効率が良く、半導体レーザ素
子のパワーが効率良くＳＨＧ素子に導かれるので、波長
変換効率の低下を抑えることができる。
【００４９】実際に、光導波路型のＳＨＧ素子がＴＭモ
ードであるならば、その結合効率は約５０％であるのに
対して、ＴＥモードにすると、その結合効率は約９０％
に達する。これにより、共振器内部の光エネルギ密度を
２倍程度大きくすることができ、第２高調波レーザ光の
エネルギも約４倍に高めることができる。
ードであるならば、その結合効率は約５０％であるのに
対して、ＴＥモードにすると、その結合効率は約９０％
に達する。これにより、共振器内部の光エネルギ密度を
２倍程度大きくすることができ、第２高調波レーザ光の
エネルギも約４倍に高めることができる。
【００５０】ここで、従来は、Ｘカットのニオブ酸リチ
ウム単結晶のＸ面にプロトン交換法によって光導波路を
形成する方法により、ＳＨＧ素子にＴＥモードの光導波
路を形成することが可能であるが、Ｘカットのニオブ酸
リチウムに周期ドメイン構造を作製することは難しく、
ＴＥモードの光導波路を実現することは困難であった。
ウム単結晶のＸ面にプロトン交換法によって光導波路を
形成する方法により、ＳＨＧ素子にＴＥモードの光導波
路を形成することが可能であるが、Ｘカットのニオブ酸
リチウムに周期ドメイン構造を作製することは難しく、
ＴＥモードの光導波路を実現することは困難であった。
【００５１】そこで、この短波長光発生装置に用いられ
る光導波路型のＱＰＭ−ＳＨＧ素子においては、周期分
極反転構造が形成されたＺカットのニオブ酸リチウム単
結晶及びタンタル酸リチウム単結晶あるいはこれらの混
合結晶ＬｉＮｂx Ｔａ(1-x)Ｏ3 （０≦ｘ≦１）の基板
のＸ面又はＹ面に光導波路を形成することによって、Ｔ
Ｅモードの光導波路を実現する。
る光導波路型のＱＰＭ−ＳＨＧ素子においては、周期分
極反転構造が形成されたＺカットのニオブ酸リチウム単
結晶及びタンタル酸リチウム単結晶あるいはこれらの混
合結晶ＬｉＮｂx Ｔａ(1-x)Ｏ3 （０≦ｘ≦１）の基板
のＸ面又はＹ面に光導波路を形成することによって、Ｔ
Ｅモードの光導波路を実現する。
【００５２】具体的には、Ｚカットのニオブ酸リチウム
に、電子線照射法又は電界印加法によって深い周期ドメ
イン構造を作製するときに、周期に沿った方向がＹ軸方
向になり、周期に沿った方向に垂直な方向はＸ軸方向に
なるように方向を決定するものである。
に、電子線照射法又は電界印加法によって深い周期ドメ
イン構造を作製するときに、周期に沿った方向がＹ軸方
向になり、周期に沿った方向に垂直な方向はＸ軸方向に
なるように方向を決定するものである。
【００５３】先ず、ニオブ酸リチウム基板の厚さは約２
００μｍとし、このニオブ酸リチウム基板を周期構造に
垂直な方向に長さ１ｍｍ、周期構造に沿った方向に長さ
１０ｍｍで切り出す。また、図４に示すように、これら
切り出した複数の基板１２を、厚さ１ｍｍのニオブ酸リ
チウムの基板１５上に置き、厚さ１ｍｍのニオブ酸リチ
ウムの基板１３、１４によって挟持し、固定する。この
とき、ポリイミド系の樹脂やスピンオングラス等を接着
剤として使用し、３５０°Ｃで２時間、アニールを行っ
て固定する。これら複数の基板１２が固定されたなら
ば、これら複数の基板１２のＸ面を周囲の基板１３、１
４と共に鏡面研磨する。尚、これら複数の基板１２上の
矢印は、自発分極の方向を示している。
００μｍとし、このニオブ酸リチウム基板を周期構造に
垂直な方向に長さ１ｍｍ、周期構造に沿った方向に長さ
１０ｍｍで切り出す。また、図４に示すように、これら
切り出した複数の基板１２を、厚さ１ｍｍのニオブ酸リ
チウムの基板１５上に置き、厚さ１ｍｍのニオブ酸リチ
ウムの基板１３、１４によって挟持し、固定する。この
とき、ポリイミド系の樹脂やスピンオングラス等を接着
剤として使用し、３５０°Ｃで２時間、アニールを行っ
て固定する。これら複数の基板１２が固定されたなら
ば、これら複数の基板１２のＸ面を周囲の基板１３、１
４と共に鏡面研磨する。尚、これら複数の基板１２上の
矢印は、自発分極の方向を示している。
【００５４】この後、鏡面研磨したＸ面上に、通常のス
パッタリング法によってＴａ膜を堆積する。そして、図
５に示すように、所望の部分が光導波路となるように通
常のリソグラフィ技術によってＴａ膜１６をパターニン
グすることにより、光導波路１８が形成される。この光
導波路１８の方向は、周期に沿った方向である。また、
この光導波路１８には、プロトン交換後に、非線形光学
効果を回復するためのアニールを行う。
パッタリング法によってＴａ膜を堆積する。そして、図
５に示すように、所望の部分が光導波路となるように通
常のリソグラフィ技術によってＴａ膜１６をパターニン
グすることにより、光導波路１８が形成される。この光
導波路１８の方向は、周期に沿った方向である。また、
この光導波路１８には、プロトン交換後に、非線形光学
効果を回復するためのアニールを行う。
【００５５】以上のような方法によって、ＱＰＭ−ＳＨ
Ｇ素子にＴＥモードの光導波路を作製することができ
る。
Ｇ素子にＴＥモードの光導波路を作製することができ
る。
【００５６】このように、ＱＰＭ−ＳＨＧ素子は、電子
線照射法又は電界印加法により周期分極反転構造が形成
されたｚカットのニオブ酸リチウム単結晶及びタンタル
酸リチウム単結晶あるいはこれらの混合結晶ＬｉＮｂx
Ｔａ(1-x) Ｏ3 （０≦ｘ≦１）の基板のＸ又はＹ面に光
導波路が形成されたものとすることにより、ＱＰＭ−Ｓ
ＨＧ素子の波長変換効率の低下を抑えることができる。
線照射法又は電界印加法により周期分極反転構造が形成
されたｚカットのニオブ酸リチウム単結晶及びタンタル
酸リチウム単結晶あるいはこれらの混合結晶ＬｉＮｂx
Ｔａ(1-x) Ｏ3 （０≦ｘ≦１）の基板のＸ又はＹ面に光
導波路が形成されたものとすることにより、ＱＰＭ−Ｓ
ＨＧ素子の波長変換効率の低下を抑えることができる。
【００５７】上述の構成により、厳密な温度制御や複雑
で大規模なフィードバック機構を必要とせず、また、簡
便で大きな変換効率を有する短波長光発生装置を実現す
ることができる。
で大規模なフィードバック機構を必要とせず、また、簡
便で大きな変換効率を有する短波長光発生装置を実現す
ることができる。
【００５８】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係る短波長光発生装置は、レーザ光を発振する励起
光源と、波長特性を備え、上記励起光源からのレーザ光
を共振動作させる１対の共振手段と、上記共振手段の内
部に置かれ、上記励起光源からのレーザ光を入射して、
上記共振手段の共振可能な波長範囲よりも広い波長範囲
で高調波を発生する高次高調波発生素子とを備えて成る
ことにより、励起光源及び高次高調波発生素子に対する
厳密な温度制御や、励起光源及び高次高調波発生素子の
経時変化のための大規模なフィードバック機構の設置等
の特別の制御を行わずに、安定した第２高調波を得るこ
とができる。
明に係る短波長光発生装置は、レーザ光を発振する励起
光源と、波長特性を備え、上記励起光源からのレーザ光
を共振動作させる１対の共振手段と、上記共振手段の内
部に置かれ、上記励起光源からのレーザ光を入射して、
上記共振手段の共振可能な波長範囲よりも広い波長範囲
で高調波を発生する高次高調波発生素子とを備えて成る
ことにより、励起光源及び高次高調波発生素子に対する
厳密な温度制御や、励起光源及び高次高調波発生素子の
経時変化のための大規模なフィードバック機構の設置等
の特別の制御を行わずに、安定した第２高調波を得るこ
とができる。
【００５９】また、上記高次高調波発生素子はＴＥモー
ドの光導波路型であることにより、上記励起光源の光波
の伝搬モードであるＴＥモードと同じ伝搬モードとな
り、励起光源の発光端面の光電場分布と高次高調波発生
素子の導波路端面の光電場分布との重なりが良くなるの
で、励起光源から発振されるレーザ光パワーが効率良く
高次高調波発生素子に導くことができる。
ドの光導波路型であることにより、上記励起光源の光波
の伝搬モードであるＴＥモードと同じ伝搬モードとな
り、励起光源の発光端面の光電場分布と高次高調波発生
素子の導波路端面の光電場分布との重なりが良くなるの
で、励起光源から発振されるレーザ光パワーが効率良く
高次高調波発生素子に導くことができる。
【００６０】さらに、上記光導波路は、周期分極反転構
造が形成されたＺカットのＬｉＮｂxＴａ(1-x)Ｏ3 （０
≦ｘ≦１）の基板のＸ面又はＹ面に形成されることによ
り、光導波路がＴＥモードである高次高調波発生素子を
容易に作製することができる。
造が形成されたＺカットのＬｉＮｂxＴａ(1-x)Ｏ3 （０
≦ｘ≦１）の基板のＸ面又はＹ面に形成されることによ
り、光導波路がＴＥモードである高次高調波発生素子を
容易に作製することができる。
【００６１】ここで、上記高次高調波発生素子は第２高
調波発生素子であり、幅及び／又は深さが光波の伝搬方
向に沿って変化された光導波路を備えることにより、上
記共振手段の共振可能な波長の範囲よりも第２高調波発
生素子の発生可能な波長の範囲を広くすることができる
ので、励起光源からのレーザ光の発振波長と第２高調波
発生素子の位相整合波長とを容易に合わせることができ
る。
調波発生素子であり、幅及び／又は深さが光波の伝搬方
向に沿って変化された光導波路を備えることにより、上
記共振手段の共振可能な波長の範囲よりも第２高調波発
生素子の発生可能な波長の範囲を広くすることができる
ので、励起光源からのレーザ光の発振波長と第２高調波
発生素子の位相整合波長とを容易に合わせることができ
る。
【００６２】また、上記高次高調波発生素子は第２高調
波発生素子であり、周期が光波の伝搬方向に沿って変化
された周期構造を有することにより、上記共振手段の共
振可能な波長の範囲よりも第２高調波発生素子の発生可
能な波長の範囲を広くすることができるので、励起光源
からのレーザ光の発振波長と第２高調波発生素子の位相
整合波長とを容易に合わせることができる。
波発生素子であり、周期が光波の伝搬方向に沿って変化
された周期構造を有することにより、上記共振手段の共
振可能な波長の範囲よりも第２高調波発生素子の発生可
能な波長の範囲を広くすることができるので、励起光源
からのレーザ光の発振波長と第２高調波発生素子の位相
整合波長とを容易に合わせることができる。
【００６３】また、上記励起光源の発光端面と上記高次
高調波発生素子の端面とは近接することにより、励起光
源から発振されるレーザ光を効率良く高次高調波発生素
子に導くことができる。
高調波発生素子の端面とは近接することにより、励起光
源から発振されるレーザ光を効率良く高次高調波発生素
子に導くことができる。
【図１】本発明に係る短波長光発生装置の一実施例の概
略的な構成図である。
略的な構成図である。
【図２】ＤＢＲ形レーザ装置の具体的な構成図である。
【図３】周期ドメイン構造の周期の変調を説明するため
の図である。
の図である。
【図４】ＴＥモードのＱＰＭ−ＳＨＧ素子基板の固定を
説明するための図である。
説明するための図である。
【図５】ＴＥモードのＱＰＭ−ＳＨＧ素子の作製された
光導波路を説明するための図である。
光導波路を説明するための図である。
１ 光増幅器 ２ ＳＨＧ素子 ３ 共振器 ４ 周期分極反転構造部 ５ レリーフ ６ クラッド層 ７ 半導体レーザ素子 ８、９ 発光端面 １０、１１ 端面 １３、１４、１５ 基板 １６ Ｔａ膜 １７ 基板 １８ 光導波路 ２０、２１ ミラー ３０ ニオブ酸リチウム基板 ３２ 周期電極 ３３ 平面電極
Claims (7)
- 【請求項１】 レーザ光を発振する励起光源と、 波長特性を備え、上記励起光源からのレーザ光を共振動
作させる１対の共振手段と、 上記共振手段の内部に置かれ、上記励起光源からのレー
ザ光を入射して、上記共振手段の共振可能な波長範囲よ
りも広い波長範囲で高調波を発生する高次高調波発生素
子とを備えて成ることを特徴とする短波長光発生装置。 - 【請求項２】 上記高次高調波発生素子はＴＥモードの
光導波路型であることを特徴とする請求項１記載の短波
長光発生装置。 - 【請求項３】 上記光導波路は、周期分極反転構造が形
成されたＺカットのＬｉＮｂxＴａ(1-x)Ｏ3 （０≦ｘ≦
１）の基板のＸ面又はＹ面に形成されることを特徴とす
る請求項２記載の短波長光発生装置。 - 【請求項４】 上記高次高調波発生素子は第２高調波発
生素子であり、幅及び／又は深さが光波の伝搬方向に沿
って変化された光導波路を備えることを特徴とする請求
項１記載の短波長光発生装置。 - 【請求項５】 上記高次高調波発生素子は第２高調波発
生素子であり、周期が光波の伝搬方向に沿って変化され
た周期構造を有することを特徴とする請求項１記載の短
波長光発生装置。 - 【請求項６】 上記励起光源は光増幅器又は半導体レー
ザ素子であることを特徴とする請求項１記載の短波長光
発生装置。 - 【請求項７】 上記励起光源の発光端面と上記高次高調
波発生素子の端面とは近接することを特徴とする請求項
１記載の短波長光発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2656195A JPH08220576A (ja) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | 短波長光発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2656195A JPH08220576A (ja) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | 短波長光発生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08220576A true JPH08220576A (ja) | 1996-08-30 |
Family
ID=12196955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2656195A Withdrawn JPH08220576A (ja) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | 短波長光発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08220576A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002525648A (ja) * | 1998-09-14 | 2002-08-13 | イギリス国 | 光導波路の製造 |
-
1995
- 1995-02-15 JP JP2656195A patent/JPH08220576A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002525648A (ja) * | 1998-09-14 | 2002-08-13 | イギリス国 | 光導波路の製造 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020507 |