JPH09197356A - 電気光学変調器及びレーザ光発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気光学結晶に高周波電圧を印加することに
よって駆動される電気光学変調器において、高周波電圧
を印加したときに生じる電気光学結晶の発熱による悪影
響を軽減し、レーザ光の光軸の変移や電気光学結晶の破
壊等の問題を解消する。また、このような電気光学変調
器を用いたレーザ光発生装置を提供する。 【解決手段】 電気光学変調器の電気光学結晶２に放熱
部材５を取り付ける。この電気光学変調器では、高周波
電圧を印加したときに電気光学結晶２の生じる熱は、放
熱部材５によって放散されるので、電気光学結晶２内の
温度分布は常に均一に保たれる。したがって、電気光学
結晶２の発熱による悪影響は軽減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気光学結晶を用
いて入射光を変調させる電気光学変調器、及びこのよう
な電気光学変調器を用いたレーザ光発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気光学変調器は、電気光学結晶を用い
た変調器であり、変調帯域が比較的に広く、数１００Ｍ
Ｈｚ以上のＲＦ（Radio Frequency ）帯域やマイクロ波
周波数帯域にわたっての変調が可能である。そして、こ
のような電気光学変調器を用いたレーザ光の高周波変調
は、広い分野への応用が期待されている。

【０００３】電気光学変調器は、例えば、図７に示すよ
うに、直方体状の電気光学結晶１０１に一対の電極１０
２，１０３が取り付けられて構成される。ここで、一方
の電極１０２は、電気光学結晶１０１の上面に取り付け
られており、他方の電極１０３は、電気光学結晶１０１
を保持する基板を兼ねており、電気光学結晶１０１の下
面に取り付けられている。そして、この電気光学変調器
を駆動する際は、電極１０２と電極１０３との間に高周
波の電圧を印加して、電気光学結晶１０１内に電界を発
生させた上で、電気光学結晶１０１にレーザ光Ｌａを入
射する。このとき、電気光学結晶１０１に入射したレー
ザ光Ｌａは、電気光学結晶１０１内で電気光学変調を受
け、その結果、電気光学変調が施されたレーザ光Ｌｂが
出力される。

【０００４】このような電気光学変調器は、上述したよ
うに広い分野への応用が期待されており、例えば、電気
光学変調器を用いてレーザ光の強度を高速で変調させる
電気光学強度変調は、高密度光記録技術への応用が検討
されている。

【０００５】また、電気光学変調器を用いて、レーザ光
に対して高周波で電気光学位相変調を行うことにより、
レーザ光のスペクトル幅を効率良く拡幅し、レーザ光を
擬似的にマルチモード化することもできる。これによ
り、レーザ光の可干渉性を低下させることが可能とな
り、半導体装置の製造に使用される露光装置や、レーザ
ディスプレイ等のように、レーザ光を光源とする照明装
置において、スペックルノイズを低減することができ
る。

【０００６】さらに、電気光学変調器を用いたレーザ光
の電気光学位相変調は、ＦＭサイドバンド法によるレー
ザ光の波長変換技術にも応用される。この波長変換技術
は、電気光学変調器によって位相変調されたレーザ光
を、共振周波数の制御された光共振器内で共振させると
ともに、この光共振器内に配された波長変換素子によっ
て効率良く波長変換する技術である。このとき、電気光
学変調器による位相変調の振幅を大きくすることによ
り、レーザ光スペクトルのメインキャリアを消失させる
ことができるので、これにより、光共振器内レーザ光強
度を変化させて、波長変換されたレーザ光の強度変調を
実現することが可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な電気光学変調の応用例では、いずれの場合も、数１０
ＭＨｚ以上の高周波にて振幅の大きな電圧を、電気光学
変調器の電気光学結晶に印加する必要がある。

【０００８】すなわち、例えば、電気光学強度変調で
は、位相遅延量が半波長になるまで電気光学結晶に電圧
を印加する必要があるため、最低でも数１０Ｖ以上の電
圧振幅が要求される。また、レーザ光のスペクトル幅を
拡幅してマルチモード化する場合も、十分な効果を得る
ためには、電圧振幅を十分に大きくして位相変調を行う
必要がある。さらには、上述のように、波長変換時に波
長変換された光の強度を変調する場合にも、メインキャ
リアを消失させるために、電圧振幅を十分に大きくする
必要がある。

【０００９】ところが、このように振幅の大きな高周波
の電圧を電気光学結晶に印加すると、電気光学結晶が発
熱して、電気光学結晶内の温度分布が不均一となり、そ
の結果、電気光学結晶内の屈折率分布が不均一となって
しまう。そして、このように電気光学結晶内の屈折率分
布が不均一になると、電気光学結晶を通過して出力され
るレーザ光の光軸が変移してしまう。

【００１０】すなわち、例えば、図７に示した構造の電
気光学変調器では、基板となっている電極１０３の熱伝
導性が高いため、電気光学結晶１０１に生じた熱は、こ
の電極１０３の側に主に放熱され、その結果、電気光学
結晶１０１は、基板となっている電極１０３に接着され
た下側が低温となり、上側が高温となる。そして、電気
光学結晶１０１の屈折率は温度に依存するため、このよ
うに電気光学結晶１０１内の温度分布が不均一なものに
なると、電気光学結晶１０１内の屈折率分布が不均一と
なってしまう。そして、この不均一な屈折率分布の影響
により、図７に示すように、電気光学結晶を通過して出
力されるレーザ光Ｌｂが、もともとの光軸Ｌ０から変移
してしまう。なお、このようなレーザ光Ｌｂの光軸の変
移方向は、電気光学結晶１０１の屈折率の温度変化率が
正であるが負であるかによって異なり、図７に示したよ
うに下側に変移するとは限らず、上側に変移する場合も
ある。

【００１１】そして、このような光軸の変移は、収差や
けられ等の原因となる。したがって、このような光軸の
変移が生じたときには、光軸の変移による収差やけられ
等を最低限に抑えるために、電気光学変調器以降の光学
系を構成する光学エレメントの再調整が必要となる。

【００１２】また、例えば、波長変換時に波長変換され
た光の強度を変調する場合のように、電気光学結晶に印
加される電圧が時間的に変調されるときには、電気光学
結晶の温度分布も時間的に変動するため、電気光学結晶
から出力するレーザ光の光軸も時間的に変動してしま
う。したがって、このようなときには、光学エレメント
の再調整ができないため、光軸の変移が光学系の許容範
囲内にない場合には、電気光学変調が不可能となってし
まう。

【００１３】さらには、電気光学結晶中の発熱量が極め
て大きい場合には、温度分布の不均一によって電気光学
結晶中に熱応力が誘起され、これにより、電気光学結晶
が破壊されてしまうこともある。

【００１４】以上のように、従来の電気光学変調器で
は、電気光学結晶が発熱してしまうため、レーザ光の光
軸の変移や電気光学結晶の破壊等の問題が生じており、
その適用範囲が制限されていた。

【００１５】そこで本発明は、このような従来の実情に
鑑みて提案されたものであり、電気光学結晶の発熱によ
る悪影響を軽減し、レーザ光の光軸の変移や電気光学結
晶の破壊等の問題を解消した電気光学変調器、及びこの
ような電気光学変調器を用いたレーザ光発生装置を提供
することを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに完成された本発明に係る電気光学変調器は、一対の
電極が取り付けられた電気光学結晶を備えた電気光学変
調器であって、上記電気光学結晶に生じた熱を放散する
放熱手段を備えていることを特徴とするものである。

【００１７】上記電気光学変調器では、例えば、電気光
学結晶の対向する一対の主面のうち、一方の主面を基板
に取り付けて、他方の主面に放熱手段を取り付ける。こ
のとき、基板が電極を兼ねるようにしてもよいし、ま
た、放熱手段が電極を兼ねるようにしてもよい。

【００１８】なお、上記電気光学変調器において、放熱
手段は複数の放熱用部材からなるものであってもよい。

【００１９】このような本発明に係る電気光学変調器で
は、電気光学結晶に生じた熱を放散する放熱手段を備え
ているので、電気光学変調器の駆動時に電気光学結晶が
発熱しても、電気光学結晶内の温度分布が不均一になる
ようなことはなく、したがって、電気光学結晶内の屈折
率分布は常に均一となる。したがって、本発明に係る電
気光学変調器では、電気光学変調が施されて出力される
光の光軸は常に一定となり、光軸が変移してしまうよう
なことがない。また、本発明に係る電気光学変調器で
は、電気光学結晶内の温度分布が不均一になるようなこ
とがないため、電気光学結晶が発熱しても、電気光学結
晶中に熱応力が誘起されるようなことはなく、電気光学
結晶が破壊されてしまうようなことがない。

【００２０】一方、本発明に係るレーザ光発生装置は、
レーザ光源からのレーザ光を位相変調する電気光学変調
器と、電気光学変調器によって位相変調されたレーザ光
を共振させる光共振器と、光共振器内に配された波長変
換素子とを備え、レーザ光源からのレーザ光を波長変換
して出力するレーザ光発生装置であって、上記電気光学
変調器が、レーザ光を変調する電気光学結晶と、電気光
学結晶に生じた熱を放散する放熱手段とを備えているこ
とを特徴とするものである。

【００２１】このような本発明に係るレーザ光発生装置
では、電気光学結晶に生じた熱を放散する放熱手段を備
えた電気光学変調器を使用しているので、電気光学変調
が施されて電気光学変調器から出力される光の光軸は常
に一定となり、光軸が変移してしまうようなことがな
い。したがって、このレーザ光発生装置では、高周波で
振幅の大きな電圧によって電気光学変調器を駆動しても
光軸は一定に保たれるため、安定な出力を得ることがで
きる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的な
実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明す
る。なお、本発明は以下の例に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、形状や材質等を
任意に変更することが可能であることは言うまでもな
い。

【００２３】まず、本発明を適用した電気光学変調器の
一例について説明する。

【００２４】この電気光学変調器は、図１に示すよう
に、良導体材料からなる断面略Ｌ字状の基板１と、基板
１上に取り付けられた電気光学結晶２と、電気光学結晶
２に取り付けられた一対の電極３，４と、電気光学結晶
２の上部に取り付けられた放熱用部材５とを備えてい
る。

【００２５】上記電気光学結晶２は、ａ軸方向の最大長
ｔ１が２ｍｍ、ｂ軸方向の長さｔ２が３５ｍｍ、ｃ軸方
向の最大長ｔ３が２ｍｍのＫＴｉＯＰＯ₄ （ＫＴＰ）か
らなり、ｂ面の断面が略Ｌ字状となるように形成されて
いる。そして、この電気光学結晶２の相対向するｃ面の
うち、断面略Ｌ字状に形成されることによって面間隔が
短くされた部分に、互いに対向する一対の電極３，４が
形成されている。ここで、電気光学結晶２は、面間隔が
短くされた相対向するｃ面間の距離ｔ４が０．６ｍｍと
なるように形成されており、したがって、この電気光学
変調器において、電極間距離は０．６ｍｍとなってい
る。

【００２６】このように本実施の形態に係る電気光学変
調器では、電気光学結晶２の形状を断面略Ｌ字状とする
ことにより、電気光学結晶２の機械的強度を強く保ちつ
つ、電極３と電極４との距離を狭めている。したがっ
て、この電気光学変調器では、電極３と電極４との間に
電圧を印加したときに、電気光学結晶２に印加される電
界強度が大きくなり、低い電圧で大きな電気光学変調を
実現することが可能となっている。

【００２７】なお、本発明において電気光学結晶２は、
ＫＴｉＯＰＯ₄ に限られるものではなく、一般に電気光
学結晶として使用されるものが広く使用可能であり、例
えば、ＭＴｉＯＸＯ₄ （Ｍ＝Ｋ，Ｒｂ，Ｔｌ，ＮＨ₄ ，
Ｃｓ、Ｘ＝Ｐ，Ａｓ）や、β−ＢａＢ₂ Ｏ₄ （β−ＢＢ
Ｏ）、ＬｉＮｂＯ₃ 、ＬｉＴａＯ₃ 、ＫＨ₂ ＰＯ₄（Ｋ
Ｄ^* Ｐ）又はＮＨ₄ Ｈ₂ ＰＯ₄ （ＡＤ^* Ｐ）等を使用し
てもよい。

【００２８】そして、上述したように電気光学結晶２に
取り付けられる一対の電極３，４は、例えば、電気光学
結晶２に金属膜を蒸着することによって形成されてい
る。ここで、一対の電極３，４のうち、一方の電極３か
ら導出された配線６は、基板１に接続されており、この
基板１を介して接地されている。そして、他方の電極４
から導出された配線（図示せず）は、基板１に対して電
気的に絶縁された上で基板１に取り付けられたコネクタ
７に接続されている。そして、この電気光学変調器を駆
動する際は、このコネクタ７を介して外部回路からの電
圧が印加される。

【００２９】一方、上記放熱用部材５は、電気光学結晶
２に生じた熱を放散する放熱手段であり、電気光学結晶
２の上部に取り付けられている。すなわち、この電気光
学変調器では、電気光学結晶２の対向する一対の主面の
うち、一方の主面が基板１に取り付けられており、他方
の主面に放熱用部材５が取り付けられている。

【００３０】ここで、放熱用部材５は、略直方体状のサ
ファイアからなり、その大きさは、電気光学結晶２の上
面全体にわたって放熱用部材５が電気光学結晶２に接す
るように、電気光学結晶２と同程度の大きさ、すなわち
２ｍｍ×２ｍｍ×３５ｍｍとされている。

【００３１】なお、放熱用部材５の材料としては、電気
伝導性が十分に小さく、且つ熱伝導性が十分に大きい材
料が望ましく、サファイア以外としては、例えば、窒化
アルミ又はアルミナ等のような無機材料が挙げられる。

【００３２】この放熱用部材５は、例えば、接着剤によ
って電気光学結晶２に取り付けられている。このように
接着剤を用いて放熱用部材５を取り付ける場合、この接
着剤も、放熱用部材５と同様に、電気伝導性が十分に小
さく、且つ熱伝導性が十分に大きいものが望ましい。具
体的には、例えば、アルミナ又はシリカ等を分散質とす
る無機水系の接着剤が好適である。

【００３３】なお、放熱用部材５は、電気光学結晶２に
接するように配されていればよく、必ずしも接着剤で接
着されている必要はない。すなわち、例えば、物理的に
放熱用部材５を電気光学結晶２に押しつけるように保持
する保持部材を用いて、放熱用部材５を固定するように
してもよい。

【００３４】そして、この電気光学変調器を駆動する際
は、電極３と電極４との間に高周波の電圧を印加して、
電気光学結晶２内に電界を発生させた上で、電気光学結
晶２の一方のｂ面からレーザ光Ｌ１を入射する。このと
き、電気光学結晶２に入射したレーザ光Ｌ１は、電気光
学結晶２内で電気光学変調を受け、その結果、位相変調
が施されたレーザ光Ｌ２が電気光学結晶２の他方のｂ面
から出力される。

【００３５】以上のような本実施の形態に係る電気光学
変調器では、電気光学結晶２の上部に放熱用部材５を取
り付けているので、電気光学結晶２の温度分布が常に均
一に保たれる。したがって、高周波にて大きな振幅の電
圧を電気光学結晶２に印加しても、電気光学結晶２内の
温度分布は常に均一に保たれ、電気光学結晶２から出力
されるレーザ光Ｌ２の光軸は常に一定となる。

【００３６】したがって、本実施の形態に係る電気光学
変調器を用いた場合には、光軸の変移を補正するために
なされる光学エレメントの再調整の必要性がなく、光学
系の調整作業を大幅に簡略化することができる。また、
本実施の形態に係る電気光学変調器では、出力されるレ
ーザ光Ｌ２の光軸が一定なため、光軸の変移に対する光
学系の許容範囲を大きくする必要がない。

【００３７】さらに、本実施の形態に係る電気光学変調
器では、電気光学結晶２内の温度分布が常に均一となる
ため、電気光学結晶２が発熱しても、電気光学結晶２中
に熱応力が誘起されるようなことがない。したがって、
この電気光学変調器は、耐久性に優れており、従来の電
気光学変調器では熱応力によって電気光学結晶が破壊さ
れるような高電力を印加しても、安定して駆動すること
ができる。

【００３８】つぎに、以上のように放熱用部材５を備え
た本実施の形態に係る電気光学変調器と、放熱用部材５
を備えていない従来の電気光学変調器とについて、電気
光学変調を行ったときに出力されるレーザ光Ｌ２の光軸
の変移を測定した結果について説明する。

【００３９】本測定では、出力インピーダンスＺ₀ が約
５０ΩのＲＦ信号発生装置を用いて周波数掃引を行い、
このとき、図２に示すように、電気光学結晶２を通過し
て出力されるレーザ光Ｌ２の光軸の変移角度θを測定し
た。

【００４０】測定結果を図３に示す。この図３におい
て、実線Ａは、放熱用部材５を備えた上記電気光学変調
器の測定結果であり、点線Ｂは、放熱用部材５を備えて
いない従来の電気光学変調器の測定結果である。なお、
図３に示した測定結果では、約８０ＭＨｚ間隔で周期的
な変化が現れているが、これは、電気光学変調器から反
射されるＲＦ信号による定在波の影響によるものであ
る。

【００４１】ところで、電気光学変調器を用いて電気光
学変調を行ったとき、特にカットオフ周波数以上の周波
数帯域においてＲＦ電力損が増大し、その損失がジュー
ル熱となって電気光学結晶２の温度を上昇させる。そし
て、この温度上昇によって電気光学結晶２内の温度分布
が不均一となると、電気光学結晶２内の屈折率分布が不
均一となり、出力されるレーザ光の光軸が変移すること
となる。

【００４２】ここで、電気光学変調のカットオフ周波数
ｆ_c は、電気光学変調器の静電容量をＣとし、電気光学
変調に使用するＲＦ信号発生装置の出力インピーダンス
をＺ₀ としたとき、ｆ_c ＝１／（２πＺ₀ Ｃ）で表され
る。そして、本測定においては、電気光学変調器の静電
容量Ｃが約１２ｐＦであり、ＲＦ信号発生装置の出力イ
ンピーダンスＺ₀ が約５０Ωであったので、電気光学変
調のカットオフ周波数ｆ_c は約２６０ＭＨｚである。し
たがって、特に約２６０ＭＨｚ以上の周波数帯域におい
て、電気光学結晶２の発熱量が増大することとなる。

【００４３】そして、図３の点線Ｂに示すように、放熱
用部材５を備えていない従来の電気光学変調器では、特
に２６０ＭＨｚ以上の周波数帯域において、レーザ光Ｌ
２の光軸の変移角度θが大きくなっている。すなわち、
従来の電気光学変調器では、特にカットオフ周波数以上
の周波数帯域でＲＦ電力損が増大して電気光学結晶が発
熱し、その結果、出力されるレーザ光Ｌ２の光軸が大き
く変移してしまっている。

【００４４】これに対して、図３の実線Ａに示すよう
に、放熱用部材５を備えた本実施の形態に係る電気光学
変調器では、どの周波数帯域においても、レーザ光Ｌ２
の光軸の変移角度θが非常に小さくなっている。具体的
には、放熱用部材５を備えた本実施の形態に係る電気光
学変調器において、レーザ光Ｌ２の光軸の変移角度θ
は、約０．１５ｍｒａｄ以下であり、実用上問題になら
ない程度の小さな値となっている。これは、放熱用部材
５を備えた本実施の形態に係る電気光学変調器では、上
述したように、電気光学結晶２に発生した熱が急速に放
熱用部材５によって放散され、電気光学結晶２内の温度
分布が常に均一に保たれるからである。

【００４５】なお、このように放熱用部材５を設けて
も、電気光学変調効率が低下するようなことはなく、特
に問題が生じるようなことはなかった。

【００４６】以上の説明から明らかなように、従来の電
気光学変調器では、特にカットオフ周波数以上の周波数
帯域において、光軸が大きく変移してしまい、実用的で
なくなっているのに対して、本実施の形態に係る電気光
学変調器では、カットオフ周波数以上の周波数帯域にお
いても、光軸が一定であり、問題なく使用することがで
きる。したがって、本発明を適用することにより、より
高速での電気光学変調を実現することが可能となる。

【００４７】なお、上述の電気光学変調器では、放熱手
段として、略直方体状の１つの放熱用部材５を電気光学
結晶２に取り付けたが、このような放熱用部材５を使用
したときに、電気光学結晶２と放熱用部材５との熱膨張
係数が大きく異なると、接着時又は使用時の条件によっ
て、電気光学結晶２中に応力歪みが蓄積され、電気光学
結晶２が破壊されてしまう場合がある。そこで、図４に
示すように、放熱手段として複数の放熱用部材５ａ，５
ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅを用いて、これらの放熱用部材５
ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅを微細な間隔を開けて電気
光学結晶２に接着するようにしてもよい。このように、
複数の放熱用部材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅを用い
ることにより、電気光学結晶２と放熱用部材５ａ，５
ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅとの熱膨張係数の違いによる応力
歪みの蓄積が緩和されるので、電気光学結晶２に対する
ダメージが防止され、電気光学結晶２の耐久性が高まる
こととなる。

【００４８】また、上述の電気光学変調器では、電気光
学結晶２の両側面に電極３，４を配したが、これらの電
極３，４は、電気光学結晶２の上下面に配するようにし
てもよい。

【００４９】具体的には、例えば、図５に示すように、
電気光学結晶２の上面に金属膜を蒸着等によって形成
し、これを一方の電極１１とするとともに、電気光学結
晶２の下面に取り付けられた基板１をもう一方の電極と
する。すなわち、この電気光学変調器では、基板１が電
極を兼ねることとなる。そして、このように電気光学結
晶２の上面に電極１１を形成するときには、例えば、こ
の電極１１の上に放熱用部材５を接着剤等を用いて取り
付ける。ここで、放熱用部材５及び接着剤は、上述の電
気光学変調器とは異なり、熱伝導性が十分に大きけれ
ば、電気伝導性は大きくても構わない。したがって、放
熱用部材５として、銅等のような電気伝導性の大きな金
属も使用可能であり、同様に、接着剤として、銀ペース
ト等のような電気伝導性の大きなものも使用可能であ
る。

【００５０】なお、図５に示した例では、電気光学結晶
２の上面に金属膜によって電極１１を形成し、その上に
放熱用部材５を接着したが、電気光学結晶２の上面に金
属膜を形成せずに、そのまま放熱用部材５を取り付け、
放熱用部材５が電極を兼ねるようにしてもよい。このと
きは、当然の事ながら、放熱用部材５として、銅等のよ
うな電気伝導性の大きな金属を使用するとともに、接着
剤として、銀ペースト等のような電気伝導性の大きなも
の使用する。

【００５１】なお、以上の説明では、１個の電気光学結
晶２によって構成され、この電気光学結晶２によって位
相変調を行う電気光学変調器を例に挙げたが、当然の事
ながら、本発明は、複数の電気光学結晶２を組み合わせ
て構成される電気光学変調器にも適用可能である。すな
わち、本発明は、例えば、２個の電気光学結晶を組み合
わせて複屈折を相殺し、これらの電気光学結晶によって
強度変調を行う電気光学変調器にも適用可能である。

【００５２】つぎに、以上のような電気光学変調器を用
いた本発明に係るレーザ光発生装置の一例について説明
する。

【００５３】このレーザ光発生装置は、Ｎｄ：ＹＡＧレ
ーザ（ネオジムヤグレーザ）の第２高調波レーザ光を、
ＦＭサイドバンド法を用いて更に波長変換し、波長２６
６ｎｍの第４高調波である紫外線レーザ光として出力す
るものであり、図６に示すように、レーザ光源２０と、
レーザ光源２０からのレーザ光を位相変調する電気光学
変調器２１と、電気光学変調器２１によって位相変調さ
れたレーザ光を共振させる光共振器２２と、光共振器２
２内に配された波長変換素子２３と、電気光学変調器２
１の位相変調深度、及び光共振器２２の共振周波数を制
御する制御回路２４とを備えている。

【００５４】上記レーザ光源２０は、Ｎｄ：ＹＡＧレー
ザを備えており、このＮｄ：ＹＡＧレーザからのレーザ
光を波長変換して、その第２高調波レーザ光である波長
５３２ｎｍのレーザ光を出力する。そして、このレーザ
光は、電気光学変調器２１に入力し、電気光学変調器２
１によって位相変調が施される。これにより、レーザ光
にサイドバンドが生じる。

【００５５】この電気光学変調器２１は、上記実施の形
態において説明したような電気光学変調器であり、電気
光学結晶に生じた熱を放散する放熱手段を備えている。
そして、この電気光学変調器２１は、制御回路２４から
供給されるＲＦ電圧によって駆動される。

【００５６】制御回路２４は、電気光学変調器２１に供
給するＲＦ電圧の振幅を制御することにより、電気光学
変調器２１の位相変調深度の制御を行い、これにより、
電気光学変調器２１による位相変調を制御する。また、
この制御回路２４は、後述するように、光共振器２２の
共振周波数の制御も行う。

【００５７】ここで、位相変調深度とは、正弦的な位相
変調を行うときの位相変調の振幅のことであり、位相変
調深度をβとしたとき、変調されたレーザ光の電場Ｅ_pm
は、下記式（１）で表される。

【００５８】 Ｅ_pm ＝ Ｅ₀ ｅｘｐ ｊ{ωｔ＋βｓｉｎΩｔ} ・・・（１） ここで、Ｅ₀ は入射されたレーザ光の電界振幅、ωは入
射されたレーザ光の周波数、Ωは変調周波数である。

【００５９】また、位相変調深度βの大きさは、電気光
学結晶の電気光学位相変調の性能指数をＱ、電気光学結
晶の長さをｌ、電気光学結晶に設けられた電極間の距離
をｄ、電気光学結晶に印加するＲＦ電圧の振幅をＶ₀ 、
電気光学結晶に入射されるレーザ光の波長をλとする
と、下記式（２）で表される。

【００６０】 β ＝ (πＱＶ₀／λ)(ｌ／ｄ) ・・・（２） したがって、上述したように、ＲＦ電圧の振幅を制御す
ることにより、位相変調深度βが制御され、その結果、
電気光学変調器２１による位相変調の制御がなされるこ
ととなる。

【００６１】そして、このような制御回路２４からのＲ
Ｆ電圧によって駆動される電気光学変調器２１により、
位相変調が施されたレーザ光は、レーザ光源２０の外部
に配された外部共振器である光共振器２２に入射する。

【００６２】この光共振器２２は、ミラー位置決め装置
（図示せず）に取り付けられたミラーＭ１と、位置が固
定された３つのミラーＭ２，Ｍ３，Ｍ４とを備えてい
る。ここで、ミラー位置決め装置に取り付けられたミラ
ーＭ１は、いわゆる入力結合鏡であり、このミラーＭ１
を介して、レーザ光が光共振器２２内に入力される。そ
して、入力結合鏡であるミラーＭ１が取り付けられたミ
ラー位置決め装置は、制御回路２４からの制御信号に基
づいて、ミラーＭ１の位置を移動させる。すなわち、ミ
ラー位置決め装置によってミラーＭ１の位置を移動させ
ることにより、光共振器２２の共振周波数の制御がなさ
れる。

【００６３】ここで、制御回路２４は、光共振器２２か
ら反射されるレーザ光をフォトダイオード等の光検出素
子２５で検出して、レーザ光の周波数と、光共振器２２
の共振周波数との誤差を求め、この誤差を補正するため
の制御信号をミラー位置決め装置に送出する。そして、
この制御信号に基づいて、ミラー位置決め装置によって
ミラーＭ１が移動させられ、光共振器２２の共振周波数
が調整される。すなわち、制御回路２４は、光共振器２
２から反射されるレーザ光に基づいて、ミラー位置決め
装置によるミラーＭ１の移動を制御し、これにより、光
共振器２２の共振周波数の制御を行う。

【００６４】このように、光共振器２２の共振周波数が
制御されることにより、光共振器２２の共振周波数がレ
ーザ光の周波数の変動に追随することとなり、光共振器
２２内においてレーザ光が安定して共振するようにな
る。

【００６５】そして、このように光共振器２２内で共振
して、光密度が十分に高くなったレーザ光は、β−Ｂａ
Ｂ₂ Ｏ₄ （β−ＢＢＯ）のような非線形光学結晶等から
なる波長変換素子２３によって、波長２６６ｎｍのレー
ザ光に効率良く変換された上で、半透鏡であるミラーＭ
２を透過して出力される。

【００６６】このレーザ光発生装置では、制御回路２４
から電気光学変調器２１に供給するＲＦ電力を大きくし
て、位相変調指数を大きくすると、レーザ光スペクトル
のメインキャリアが小さくなり、サイドバンドが大きく
なる。したがって、このレーザ光発生装置では、電気光
学変調器２１に供給するＲＦ電力を制御回路２４によっ
て制御することにより、出力される波長２６６ｎｍの紫
外線レーザ光の強度を制御することができる。

【００６７】ここで、通常、位相変調の周波数は約２０
ＭＨｚ程度なので、この方式によるレーザ光強度変調の
帯域は数ＭＨｚ程度である。すなわち、このレーザ光発
生装置では、比較的遅い時定数で電気光学変調器２１に
印加するＲＦ電圧を変化させることにより、レーザ光強
度変調を行うことが可能であり、これにより、例えば、
自動光量制御（Automatic Power Control ）を実現する
ことができる。

【００６８】ところで、このようにレーザ光強度変調を
行う場合には、電気光学変調器２１に印加されるＲＦ電
圧を変化させるため、電気光学変調器２１の電気光学結
晶の発熱量が時間的に変化する。

【００６９】そのため、従来の電気光学変調器を用いて
上述のようなレーザ光発生装置を構成したときには、レ
ーザ光の光軸が時間的に揺らいでしまい、レーザ光の強
度変調を行うことは困難だった。すなわち、光共振器２
２の共振効率は光軸の変移により大幅に劣化するため、
このようなレーザ光発生装置ではレーザ光の光軸を一定
に保つことが重要であるのだが、従来のレーザ光発生装
置では、強度変調を行おうとするとレーザ光の光軸が揺
らいでしまい、光強度変調を実現することはできなかっ
た。

【００７０】これに対して、本実施の形態に係るレーザ
光発生装置では、電気光学変調器２１に放熱手段を設け
ているので、ＲＦ電力の変化によって電気光学結晶の発
熱量が変化しても、電気光学結晶の温度分布は均一に保
たれ、レーザ光の光軸は一定となる。したがって、本実
施の形態に係るレーザ光発生装置によれば、紫外線レー
ザ光の強度変調を実現することができる。

【００７１】なお、本発明を適用した電気光学変調器
は、レーザ光の可干渉性を低減するために、レーザ光の
スペクトル幅を拡幅するときにも有効である。

【００７２】従来、レーザ光のスペクトル幅を拡幅しよ
うとするとき、高周波での位相変調を行おうとするとレ
ーザ光の光軸の変移が大きくなってしまうため、高周波
での位相変調は不可能であった。そのため、例えば、レ
ーザ光のスペクトル幅を１ＧＨｚまで広げたいときに
は、２００ＭＨｚ程度の低い周波数にて位相変調して、
位相変調指数をｍ＝３程度にまで大きくする必要があっ
た。そのため、従来、レーザ光のスペクトル幅を拡幅し
ようとするときには、高出力のＲＦパワーアンプが必要
となってしまっていた。また、このように低い周波数に
て位相変調を行い、レーザ光のスペクトル幅を拡幅した
ときにも、高出力のＲＦ電力が電気光学変調器に供給さ
れることとなるので、ある程度、出力されるレーザ光の
光軸が変移してしまうことは避けられなかった。

【００７３】これに対して、本発明を適用して放熱手段
を設けた電気光学変調器では、５００ＭＨｚ程度の高周
波においても、問題なく位相変調を行うことができる。
そして、例えば、５００ＭＨｚ程度の高周波で位相変調
すると、ｍ＝１，２程度の位相変調指数にて、レーザ光
のスペクトル幅を１ＧＨｚまで広げることができる。し
たがって、本発明を適用して放熱手段を設けた電気光学
変調器を用いることにより、レーザ光のスペクトル幅を
効率良く十分に広く拡幅することができる。

【００７４】なお、高周波で位相変調を行うときには変
調効率が低下するので、低周波での位相変調と同様な位
相変調指数を実現するためには、より大きなＲＦ電力が
要求される。しかし、本発明を適用した電気光学変調器
は放熱手段を備えているので、より大きなＲＦ電力を印
加しても、出力されるレーザ光の光軸が変移することな
く、良好に位相変調することができ、レーザ光のスペク
トル幅を十分に広く拡幅することができる。

【００７５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る電気光学変調器は、電気光学結晶に生じた熱を放
散する放熱手段を備えているので、電気光学変調器の駆
動時に電気光学結晶が発熱しても、出力される光の光軸
は常に一定に保たれる。したがって、本発明によれば、
電気光学結晶が発熱するような高周波電圧によっても駆
動可能な電気光学変調器を提供することができる。

【００７６】また、本発明に係る電気光学変調器は、電
気光学結晶に生じた熱を放散する放熱手段を備えている
ので、電気光学結晶中に熱応力が誘起されるようなこと
はなく、熱応力によって電気光学結晶が破壊されてしま
うようなことがない。したがって、本発明によれば、耐
久性に優れた電気光学変調器を提供することができる。

【００７７】また、本発明に係るレーザ光発生装置で
は、電気光学結晶に生じた熱を放散する放熱手段を備え
た電気光学変調器を使用しているので、電気光学変調器
の駆動時に電気光学結晶が発熱しても、レーザ光の光軸
は常に一定に保たれる。したがって、本発明によれば、
電気光学結晶が発熱するような高周波電圧によって電気
光学変調器を駆動しても、安定な出力が得られるレーザ
光発生装置を提供することができる。

【００７８】また、本発明に係るレーザ光発生装置で
は、電気光学変調器として、電気光学結晶に生じた熱を
放散する放熱手段を備えた電気光学変調器を使用してい
る。したがって、このレーザ光発生装置では、電気光学
結晶中に熱応力が誘起されるようなことはなく、熱応力
によって電気光学結晶が破壊されてしまうようなことが
ない。したがって、本発明によれば、耐久性に優れたレ
ーザ光発生装置を提供することができる。

【００７９】なお、本発明は、極めて簡便且つ低コスト
で実現することができ、しかも、それによって非常に大
きな効果が得られるという優れた発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した電気光学変調器の一構成例を
示す斜視図である。

【図２】電気光学変調器から出力されるレーザ光の光軸
の変移角度θを示す図である。

【図３】電気光学変調器から出力されるレーザ光の光軸
の変移角度θの周波数特性を測定した結果を示す図であ
る。

【図４】本発明を適用した電気光学変調器の他の構成例
を示す斜視図である。

【図５】本発明を適用した電気光学変調器の他の構成例
を示す斜視図である。

【図６】本発明を適用したレーザ光発生装置の一構成例
を示す模式図である。

【図７】従来の電気光学変調器の一構成例を示す斜視図
である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 電気光学結晶 ３ 電極 ４ 電極 ５ 放熱用部材

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の電極が取り付けられた電気光学結
   晶を備えた電気光学変調器において、 上記電気光学結晶に生じた熱を放散する放熱手段を備え
   たことを特徴とする電気光学変調器。
2. 【請求項２】 前記電気光学結晶の対向する一対の主面
   のうち、一方の主面が基板に取り付けられており、他方
   の主面に前記放熱手段が取り付けられていることを特徴
   とする請求項１記載の電気光学変調器。
3. 【請求項３】 前記基板が電極を兼ねていることを特徴
   とする請求項２記載の電気光学変調器。
4. 【請求項４】 前記放熱手段が電極を兼ねていることを
   特徴とする請求項２記載の電気光学変調器。
5. 【請求項５】 前記放熱手段が、複数の放熱用部材から
   なることを特徴とする請求項１記載の電気光学変調器。
6. 【請求項６】 前記電気光学結晶によってレーザ光の位
   相変調を行うことを特徴とする請求項１記載の電気光学
   変調器。
7. 【請求項７】 前記電気光学結晶によってレーザ光の強
   度変調を行うことを特徴とする請求項１記載の電気光学
   変調器。
8. 【請求項８】 レーザ光源からのレーザ光を位相変調す
   る電気光学変調器と、電気光学変調器によって位相変調
   されたレーザ光を共振させる光共振器と、光共振器内に
   配された波長変換素子とを備え、レーザ光源からのレー
   ザ光を波長変換して出力するレーザ光発生装置におい
   て、 上記電気光学変調器が、レーザ光を変調する電気光学結
   晶と、電気光学結晶に生じた熱を放散する放熱手段とを
   備えていることを特徴とするレーザ光発生装置。
9. 【請求項９】 前記電気光学変調器の位相変調深度を制
   御する制御回路を備えていることを特徴とする請求項８
   記載のレーザ光発生装置。