JPH10186427A - 光波長変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体レーザから発せられたレーザビーム
を、周期ドメイン反転構造を有する光導波路型の光波長
変換素子により波長変換する装置において、安価な狭帯
域バンドパスフイルターを利用して、半導体レーザの発
振波長をドメイン反転部の周期と位相整合する波長に正
確にロックし、また、高い波長変換波出力を得る。 【解決手段】 半導体レーザ10から発生せられて光波長
変換素子15に入射する前のレーザビーム11をビームスプ
リッタ20により一部分岐させ、この分岐されたレーザビ
ーム11をミラー24で反射させて半導体レーザ10にフィー
ドバックさせる。そしてこのミラー24とビームスプリッ
タ20との間においてレーザビーム11の光路に、狭帯域バ
ンドパスフイルター22を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基本波を第２高調
波等に変換する光導波路型の光波長変換素子、特に詳細
には、光導波路基板として強誘電体結晶基板を用い、光
導波路に周期ドメイン反転構造を形成してなる光波長変
換素子を利用して、半導体レーザから発せられたレーザ
ビームを波長変換する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】非線形光学効果を有する強誘電体の自発
分極（ドメイン）を周期的に反転させた領域を設けた光
波長変換素子を用いて、基本波を第２高調波に波長変換
する方法が既にＢleombergenらによって提案されている
（Ｐhys.Ｒev.,vol.127,Ｎo.６，1918（1962）参照）。
この方法においては、ドメイン反転部の周期Λを、 Λｃ＝２π／｛β（２ω）−２β（ω）｝ ただしβ（２ω）は第２高調波の伝搬定数 β（ω）は基本波の伝搬定数 で与えられるコヒーレント長Λｃの整数倍になるように
設定することで、基本波と第２高調波との位相整合（い
わゆる疑似位相整合）を取ることができる。

【０００３】そして、例えば特開平７−１５２０５５号
に示されるように、非線形光学材料からなる光導波路を
有し、そこを導波させた基本波を波長変換する光導波路
型の光波長変換素子において、上述のような周期ドメイ
ン反転構造を形成して、効率良く位相整合を取る試みも
なされている。

【０００４】ところで、上記の周期ドメイン反転構造を
有する光導波路型の光波長変換素子は、半導体レーザか
ら発せられたレーザビームを波長変換するためにも多く
用いられている。その場合、半導体レーザの発振波長
が、ドメイン反転部の周期Λと位相整合する波長と一致
していないと、波長変換効率は著しく低いものとなり、
実用性のある短波長光源を得ることは困難となる。

【０００５】このような事情に鑑み、従来より、例えば
上記の特開平７−１５２０５５号にも示されているよう
に、半導体レーザと光波長変換素子との間のレーザビー
ム光路に狭帯域のバンドパスフィルター（以下、ＢＰＦ
と称する）を配して、半導体レーザの発振波長を所望値
に調整、ロックすることが提案されている。

【０００６】そのような構成の一例を図４に示す。図
中、１は基本波としてのレーザビーム２を発する半導体
レーザ、３は入射光学系、４はチャンネル光導波路４ａ
および周期ドメイン反転構造４ｂを有する光導波路型の
光波長変換素子である。そして入射光学系３は、半導体
レーザ１から発散光状態で出射したレーザビーム２を平
行光化するコリメーターレンズ５と、平行光化されたレ
ーザビーム２を収束させる集光レンズ６と、これらのレ
ンズ５および６の間に配された偏光制御用のλ／２板７
と、例えば誘電体多層膜フィルターからなる狭帯域ＢＰ
Ｆ８とを有している。

【０００７】上述のような狭帯域ＢＰＦ８は、概ね図５
に示すような分光透過率特性を有する。またこの特性に
おける最大透過波長λ₀ は、概ね図６に示すようにＢＰ
Ｆ８への光入射角θに依存して変化する。このような特
性のＢＰＦ８を透過したレーザビーム２は、集光レンズ
６によって光導波路４ａの入射端面で収束するように絞
られ、ＴＭモードで該光導波路４ａに入力する成分と、
上記入射端面で反射する成分とに分けられる。

【０００８】光導波路４ａに入力されたレーザビーム２
は、上記周期ドメイン反転構造４ｂを通過して第２高調
波９に変換される。一方、光導波路４ａの入射端面で反
射したレーザビーム２は、そこまでの光路と逆の光路を
辿って半導体レーザ１にフィードバックされ、上記入射
端面と半導体レーザ１の後方端面との間で共振し、それ
により半導体レーザ１が波長λ₀ で発振するようにな
る。

【０００９】そして、ＢＰＦ８の最大透過波長λ₀ は図
６に示したようにＢＰＦ８への光入射角θに依存するの
で、このＢＰＦ８を図４中に矢印Ａで示すように回転さ
せることにより、半導体レーザ１の発振波長を、周期ド
メイン反転構造４ｂの周期Λと位相整合する値に調整
し、ロックすることができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この従来装置において
は、図７の（１）に概略図示するように、調整前はレー
ザビーム２が光導波路４ａの入射端面に正しく照射され
ていても、発振波長調整のためにＢＰＦ８を回転させる
と、レーザビーム２の光路が図７の（２）に破線で示す
ように傾くことがある。これは、ＢＰＦ８が完全な平行
板でないこと、またレーザビーム２が完全な平行光にな
っていないことに起因する。

【００１１】レーザビームの光路が上述のように傾く
と、その光導波路端面上での収束位置がずれることにな
る。このずれは僅かではあるが、光導波路の径は一般に
２〜３μｍ程度と非常に小さいために、レーザビームの
光導波路に対する光結合効率を低下させ、波長変換波の
出力低下を招く。最悪の場合は、光導波路への入力光量
が極端に低下し、位相整合波長と合うように発振波長を
調整することが不可能になることもある。

【００１２】さらに上記の従来装置においては、透過率
の高いＢＰＦを作製するのが難しいことから、光波長変
換素子への入力光量が低くなりがちで、そのために、高
出力の波長変換波を得ることが難しいという問題も認め
られる。

【００１３】具体的に説明すると、半導体レーザを単一
縦モードで発振させるために、ＢＰＦの透過波長半値幅
は一般に0.5 ｎｍ以下とする必要がある。多層薄膜技術
によりＢＰＦを作製するに当たり、このような透過波長
半値幅を実現した上で、かつ高い透過率を得るには、非
常に高度の製膜技術が要求される。現在の製膜技術で、
例えば透過波長半値幅0.5 ｎｍ、透過率80％以上を実現
しようとすると、製膜プロセスの歩留まりは非常に低く
なり、その結果、ＢＰＦは著しく高価なものとなってし
まう。現在の通常の製膜技術で透過波長半値幅0.5 ｎｍ
を実現しようとすると、透過率は30％程度にとどまり、
そのために波長変換波の出力は大変低いものとなる。

【００１４】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、半導体レーザから発せられたレーザビームを、
周期ドメイン反転構造を有する光導波路型の光波長変換
素子により波長変換する装置において、半導体レーザの
発振波長をドメイン反転部の周期と位相整合する波長に
正確にロックし、また、高い波長変換波出力を得ること
を目的とするものである。

【００１５】さらに本発明は、上記の目的を、安価なＢ
ＰＦを利用して達成することも目的とするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の光波
長変換装置は、前述したように周期ドメイン反転構造を
有する光導波路型の光波長変換素子と、基本波としてこ
の光波長変換素子に入射されるレーザビームを発する半
導体レーザとからなる光波長変換装置において、光波長
変換素子に入射する前の上記レーザビームを光分岐手段
によって一部分岐させ、この分岐されたレーザビームを
ミラーで反射させて半導体レーザにフィードバックさ
せ、そして、上記ミラーと光分岐手段との間に狭帯域Ｂ
ＰＦを配してなるものである。

【００１７】なお上記の光分岐手段としては、そこに入
射したレーザビームの50〜90％を光波長変換素子に入射
させ、残余を上記ミラーに入射させるものが好適に用い
られる。またこの光分岐手段として具体的には、ビーム
スプリッタが好適に用いられる。

【００１８】一方、本発明による第２の光波長変換装置
は、第１の光波長変換装置で用いられたものと同様の光
波長変換素子および半導体レーザからなる光波長変換装
置において、この半導体レーザから、波長変換されるレ
ーザビームとは反対側に出射する後方出射光としてのレ
ーザビームを、ミラーで反射させて半導体レーザにフィ
ードバックさせ、そして、上記後方出射光としてのレー
ザビームの光路に狭帯域ＢＰＦを配したことを特徴とす
るものである。

【００１９】

【発明の効果】本発明の光波長変換装置において、半導
体レーザの発振波長の調整、ロックは、上記ＢＰＦを回
転させることにより、前述した従来装置におけるのと同
様になされ得る。

【００２０】そして本発明の第１の光波長変換装置にお
いては、ＢＰＦを透過したレーザビームを光波長変換素
子に入射させずに、光分岐手段を通過したレーザビーム
を光波長変換素子に入射させるようにしており、この光
分岐手段としては例えば透過率が70〜90％に及ぶビーム
スプリッタ等も利用可能であるから、光波長変換素子へ
の入力光量を高く確保して、高出力の波長変換波を得る
ことが可能になる。

【００２１】以上のように、ＢＰＦを透過したレーザビ
ームが光波長変換素子に入射しないのであれば、このＢ
ＰＦとして透過率が30％程度の安価なものを用いても、
波長変換波の出力が低下することはない。こうして安価
なＢＰＦを利用できれば、光波長変換装置を比較的低コ
ストで作製可能となる。

【００２２】また本発明の第２の光波長変換装置におい
て、ＢＰＦを透過するのは後方出射光としてのレーザビ
ームのみであって、波長変換されるレーザビーム（前方
出射光）は基本的に全量が光波長変換素子に導かれるの
で、この場合も光波長変換素子への入力光量を高く確保
して、高出力の波長変換波を得ることが可能になる。

【００２３】なお本発明の第２の光波長変換装置におい
て、半導体レーザの後方端面の反射率がほぼ０％と低い
場合、半導体レーザはそれ自身では発振せず、後方出射
光を反射させるミラーと半導体レーザの前方端面とを外
部共振器としてレーザ発振がなされる。そのとき、ミラ
ーと半導体レーザとの間に配置されるＢＰＦとして低透
過率のものを用いると、共振器の内部光パワーが低下し
て、発振効率が低下する。そうであると、半導体レーザ
の前方出射光の光量が低下し、ひいては波長変換波の出
力が低下するので、ＢＰＦとして余りに低透過率のもの
を用いるのは好ましくない。

【００２４】一方この第２の光波長変換装置において、
半導体レーザの後方端面の反射率が２〜３％程度の場
合、半導体レーザはそれ自身で発振するので、後方出射
光を反射させるミラーによって外部共振器を構成して
も、半導体レーザの前方出射光の光量は外部共振器が無
い場合とほとんど変わらない。つまりこの場合、外部共
振器からの光は半導体レーザに弱く摂動的に作用するの
で、ＢＰＦの透過率は、半導体レーザの前方出射光の光
量や、波長変換波の出力に影響を及ぼさない。

【００２５】また本発明の光波長変換装置において、Ｂ
ＰＦを透過するのは発振波長調整用のレーザビームだけ
で、波長変換されるレーザビームはそれとは別に光波長
変換素子に入射するので、発振波長調整のためにＢＰＦ
を回転させたときレーザビームの光路が傾いても、それ
によって光波長変換素子への入力光量が低下して、波長
変換波の出力低下を招くことはない。

【００２６】特に本発明の第２の光波長変換装置におい
ては、半導体レーザと光波長変換素子との外にＢＰＦが
配置されているので、半導体レーザの発振波長の調整、
ロックのためにこのＢＰＦを回転させても、光波長変換
素子の光導波路に対する基本波の入力結合効率に影響が
及ばない。そのため、この基本波の入力結合効率を高く
維持したまま、基本波波長を容易に位相整合波長に調整
することができ、よって、極めて高い波長変換効率を実
現可能となる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に
よる光波長変換装置を示すものである。図示されるよう
にこの光波長変換装置は、半導体レーザ（レーザダイオ
ード）10と、この半導体レーザ10から発散光状態で出射
したレーザビーム11を平行光化するコリメーターレンズ
12と、平行光化されたレーザビーム11を収束させる集光
レンズ13と、これらのレンズ12および13の間に配された
偏光制御用のλ／２板14と、このλ／２板14と集光レン
ズ13との間に配された光分岐手段としてのビームスプリ
ッタ20と、光波長変換素子15とを有している。

【００２８】またビームスプリッタ20で反射したレーザ
ビーム11が入射する位置には、ミラー21が配設される一
方、このミラー21で反射したレーザビーム11が順次入射
するように狭帯域ＢＰＦ22、集光レンズ23、およびミラ
ー24が配設されている。なおＢＰＦ22としては、一例と
して透過率が30％の比較的安価な誘電体多層膜フィルタ
ーが用いられている。

【００２９】光波長変換素子15は、図２にその斜視形状
を示す通り、非線形光学効果を有する強誘電体であるＭ
ｇＯ−ＬＮ（ＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ₃ ）結晶
の基板16に、そのｚ軸と平行な自発分極の向きを反転さ
せたドメイン反転部が周期的に形成されてなる周期ドメ
イン反転構造17と、この周期ドメイン反転構造17に沿っ
て延びるチャンネル光導波路18とが形成されてなるもの
である。

【００３０】ＭｇＯ−ＬＮ結晶基板16は、例えばＭｇＯ
が５ mol％ドープされたものである。また周期ドメイン
反転構造17は、基板16のｘ軸方向にドメイン反転部が並
ぶように形成され、その周期Λは、ＭｇＯ−ＬＮの屈折
率の波長分散を考慮し、980ｎｍ近辺の波長に対して１
次の周期となるように5.3 μｍとされている。また本例
において、周期ドメイン反転構造17の長さ（図２中のａ
寸法）は10ｍｍである。このような周期ドメイン反転構
造17は、例えば特開平６−２４２４７８号に示される種
々の方法によって形成することができる。

【００３１】一方チャンネル光導波路18は、周期ドメイ
ン反転構造17を形成した後、基板16の＋ｚ面上に公知の
フォトリソグラフィーとドライエッチングにより金属マ
スクパターンを形成し、この基板16をピロリン酸中に浸
漬してプロトン交換処理を行ない、マスクを除去した後
にアニール処理する、等の方法によって作製することが
できる。その後このチャンネル光導波路18の両端面18
ａ、18ｂをエッジ研磨すると、光波長変換素子15が完成
する。

【００３２】なお上記プロトン交換処理は、例えば温度
を170 ℃とし、プロトン交換時間を68分としてなされ
る。一方アニール処理は、例えばアニール温度を350 〜
370 ℃とし、アニール時間を１〜２時間としてなされ
る。またチャンネル光導波路18の幅（図２中のｂ寸法）
は例えば６〜９μｍとされる。

【００３３】半導体レーザ10としては、一例として波長
が980 ｎｍ近辺のレーザビーム11を発するものが用いら
れている。このレーザビーム11は、コリメーターレンズ
12によって平行光化された後、λ／２板14でチャンネル
光導波路18のｚ軸方向に偏光方向が合わせられ、ビーム
スプリッタ20に入射する。ビームスプリッタ20としては
透過率70％のものが用いられており、入射したレーザビ
ーム11の70％がこのビームスプリッタ20を透過する。

【００３４】ビームスプリッタ20を透過したレーザビー
ム11は、集光レンズ13により集光されてチャンネル光導
波路18の端面18ａにおいて収束する。それによりレーザ
ビーム11はチャンネル光導波路18内に入射し、そこを導
波する。

【００３５】導波モードで進行する基本波としてのレー
ザビーム11は、チャンネル光導波路18中の周期ドメイン
反転領域で位相整合（いわゆる疑似位相整合）して、波
長が490 ｎｍの第２高調波19に波長変換される。この第
２高調波19もチャンネル光導波路18を導波モードで伝搬
し、光導波路端面18ｂから出射する。

【００３６】一方、ビームスプリッタ20で反射したレー
ザビーム11はミラー21で反射した後、狭帯域ＢＰＦ22を
透過し、集光レンズ23により集光されて収束し、この収
束位置に配されたミラー24において反射する。ミラー24
において反射したレーザビーム11は、そこまでの光路と
逆向きの光路を辿って半導体レーザ10にフィードバック
される。なお集光レンズ23は必ずしも必要ではなく、レ
ーザビーム11を平行ビームのままミラー24に入射、反射
させても構わない。しかしその場合は、ミラー24と半導
体レーザ10の後方端面とが共焦点光学系とならないの
で、半導体レーザ10へのフィードバック光量が最大とな
るように、ミラー24の角度を高精度に調整することが必
要となる。

【００３７】ここで、ＢＰＦ22を図１中の矢印Ａ方向に
回転させることにより、所定波長のレーザビーム11のみ
を半導体レーザ10にフィードバックさせることができ
る。なおその詳しい理由は、図４に示した従来装置にお
けるのと基本的に同じである。ただしこの場合は、半導
体レーザ10の後方端面と上記ミラー24とによって該半導
体レーザ10の外部共振器が構成される。

【００３８】こうして、所定波長のレーザビーム11のみ
が半導体レーザ10にフィードバックされれば、半導体レ
ーザ10がこの波長で発振する。そこで、ＢＰＦ22を適宜
回転させることにより、半導体レーザ10の発振波長を周
期ドメイン反転構造17の周期Λと位相整合する所望波長
に選択、ロックすることができる。

【００３９】そして本装置においては、透過率が低いＢ
ＰＦ22を透過したレーザビーム11を光波長変換素子15に
入射させずに、透過率が70％と高いビームスプリッタ20
を透過したレーザビーム11を光波長変換素子15に入射さ
せるようにしているから、光波長変換素子15への入力光
量を高く確保して、高出力の第２高調波19を得ることが
できる。

【００４０】以上のように、ＢＰＦ22を透過したレーザ
ビーム11が光波長変換素子15に入射しないのであれば、
このＢＰＦ22として透過率が30％と低い比較的安価なも
のを用いていても、第２高調波19の出力が低下すること
はない。こうして安価なＢＰＦ22を利用できれば、光波
長変換装置を比較的低コストで作製可能となる。

【００４１】また本装置において、ＢＰＦ22を透過する
のは発振波長調整用のレーザビーム11だけで、波長変換
されるレーザビーム11はそれとは別に光波長変換素子15
に入射するようになっているので、発振波長調整のため
にＢＰＦ22を回転させたときレーザビーム11の光路が傾
いても、それによって光波長変換素子15への入力光量が
低下して、第２高調波19の出力低下を招くことはない。

【００４２】以下、第２高調波19の出力等について、具
体的な数値を挙げて説明する。この第１の実施形態にお
いて、まず出力100 ｍＷの半導体レーザ10の発振波長
を、特に周期ドメイン反転構造17の周期Λと位相整合す
る波長（980 ｎｍ）に選択しないで、その発振波長をＢ
ＰＦ22により983 ｎｍにロックした。

【００４３】このとき、コリメーターレンズ12によって
平行光化されたレーザビーム11の出力は、コリメーター
レンズ12での損失のために90ｍＷとなった。さらに、λ
／２板14およびビームスプリッタ20を通過した後のレー
ザビーム11の出力は、ビームスプリッタ20の透過率が70
％であることから63ｍＷとなった。この場合、光波長変
換素子15からのレーザビーム11の出力は41ｍＷであった
ので、光導波路18に対するレーザビーム11の光結合効率
は、約65％と見積もられる。

【００４４】次に半導体レーザ10の発振波長を周期ドメ
イン反転構造17の周期Λと位相整合する波長に選択する
ため、ＢＰＦ22を回転させた。この回転にともなって第
２高調波19の出力が徐々に増大し、最大約１ｍＷの出力
が得られた。このときの半導体レーザ10の発振波長は、
周期ドメイン反転構造17の周期Λと位相整合する980ｎ
ｍとなっていた。また、基本波であるレーザビーム11の
光波長変換素子15からの出力は約40ｍＷであった。

【００４５】以上により、本実施形態においては、半導
体レーザ10の発振波長を調整するためにＢＰＦ22を回転
させても、光導波路18に対するレーザビーム11の光結合
効率が、従来装置のように低下しないことが確認され
た。

【００４６】なお以上説明した実施形態において、半導
体レーザ10はＤＣ駆動される。この駆動方法では、半導
体レーザ10自身による低周波領域（ＭＨｚレベル以下）
の数〜数10％の光量ノイズ、すなわち光量レベル変動が
観測された。これは、光量レベルの安定化がなされてい
ないことに起因する（勿論、波長に関しては本発明によ
り位相整合波長にロックされているので、波長変動によ
るレベル変動は生じなかった）。従来より、このような
ノイズを低減するためには、半導体レーザを高周波で駆
動すると良いことが知られている。そこで、半導体レー
ザ10を0.1 〜１ＧＨｚの周波数で高周波駆動したとこ
ろ、光量レベルの変動が１％以下となり、より望ましい
結果となった。

【００４７】また、半導体レーザ10の発振波長のロック
は、ビームスプリッタ20の透過率が50〜90％の範囲にあ
ると安定に動作する。このビームスプリッタ20の透過率
が90％を超えるほど高い場合は、発振波長のロックがや
や不安定になる。

【００４８】次に図３を参照して、本発明の第２の実施
形態について説明する。なおこの図３において、図１お
よび図２中のものと同等の要素には同番号を付してあ
り、それらについての重複した説明は、特に必要の無い
限り省略する（以下、同様）。

【００４９】この図３の光波長変換装置においては、ビ
ームスプリッタ20で反射したレーザビーム11がミラー
（図１のミラー21参照）で光路を折り曲げられることな
く、直接的に狭帯域ＢＰＦ22、集光レンズ23およびミラ
ー24に入射するように構成されている。

【００５０】なお、ビームスプリッタ20で反射したレー
ザビーム11の光路を上述のようなミラーで折り曲げる場
合でも、その折り曲げの方向は図１における方向に限定
される訳ではなく、例えば図１において右方に折り曲げ
るようにしてもよい。

【００５１】また上記の実施形態では、ＭｇＯ−ＬＮ結
晶基板16としてｚカット基板（ｚ板）を用いており、し
たがってその自発分極の向きは基板表面に垂直となって
いる。しかしこれに限らず、本出願人による特願平８−
４７５９１号の明細書に示されるように、自発分極の向
きが基板表面に対して垂直とならないようにカットされ
た基板を用い、該基板に直接電場を印加して周期ドメイ
ン反転構造を形成することも可能である。

【００５２】次に図８を参照して、本発明の第３の実施
形態について説明する。この図８の光波長変換装置にお
いて、半導体レーザ10から前方側つまり図中の右方側に
出射したレーザビーム11は、分岐されることなく光波長
変換素子15に導かれる。光波長変換素子15に入射したレ
ーザビーム11は、基本的に図１の装置におけるのと同様
にして第２高調波19に変換される。

【００５３】ここで半導体レーザ10からは、後方側つま
り図中の左方側にもレーザビーム11Ｒが出射する。一般
に後方出射光と称されるこのレーザビーム11Ｒは、発散
光として半導体レーザ10から出射し、コリメーターレン
ズ30によって平行光化された後、狭帯域ＢＰＦ22を透過
し、集光レンズ23により集光されて収束する。この収束
位置に配されたミラー24において反射したレーザビーム
11Ｒは、そこまでの光路と逆向きの光路を辿って、ほぼ
全量が半導体レーザ10にフィードバックされる。

【００５４】この場合も、ＢＰＦ22を図中の矢印Ａ方向
に回転させることにより、所定波長のレーザビーム11Ｒ
のみを半導体レーザ10にフィードバックさせることがで
きる。ただしこの場合は、半導体レーザ10の前方端面10
ｂとミラー24とによって該半導体レーザ10の外部共振器
が構成されている。そのために、半導体レーザ10の後方
端面10ａの反射率は例えば０〜３％程度に設定され、ま
た前方端面10ｂの反射率はそれよりも高い10〜20％程度
に設定されている。

【００５５】こうして、所定波長のレーザビーム11Ｒの
みが半導体レーザ10にフィードバックされれば、半導体
レーザ10がこの波長で発振する。そこで、ＢＰＦ22を適
宜回転させることにより、半導体レーザ10の発振波長を
周期ドメイン反転構造17の周期Λと位相整合する所望波
長に選択、ロックすることができる。

【００５６】また本装置においても、ＢＰＦ22を透過す
るのは発振波長調整用のレーザビーム11Ｒだけで、波長
変換されるレーザビーム11はそれとは全く別に光波長変
換素子15に入射する。そこで、発振波長調整のためにＢ
ＰＦ22を回転させたときレーザビーム11Ｒの光路が傾い
ても、それによって光波長変換素子15への入力光量が低
下して、第２高調波19の出力低下を招くようなことはな
い。

【００５７】以下、この第３実施形態の光波長変換装置
における第２高調波19の出力等について、具体的な数値
を挙げて説明する。本装置において、まず半導体レーザ
10の発振波長を、特に位相整合波長（980 ｎｍ）に選択
しないで、ＢＰＦ22により983 ｎｍにロックした。この
とき、基本波であるレーザビーム11の光波長変換素子15
からの出力は40ｍＷであった。

【００５８】次に半導体レーザ10の発振波長を位相整合
波長に選択するため、ＢＰＦ22を回転させた。この回転
にともなって第２高調波19の出力が徐々に増大し、最大
約１ｍＷの第２高調波出力が得られた。このときの半導
体レーザ10の発振波長は980ｎｍで、位相整合波長と一
致していた。また、基本波であるレーザビーム11の光波
長変換素子15からの出力は約39ｍＷであった。

【００５９】以上により、本装置においては、半導体レ
ーザ10の発振波長を調整するためにＢＰＦ22を回転させ
ても、光導波路18に対するレーザビーム11の光結合効率
が従来装置のように低下しないことが確認された。つま
り本装置によれば、光波長変換素子の光導波路に対する
基本波の入力結合効率を変化させることなく、高い波長
変換効率を得ることができる。

【００６０】次に図９を参照して、本発明の第４の実施
形態について説明する。この図９の光波長変換装置は、
図８のものと比較すると、半導体レーザ10が光波長変換
素子41の光入射端面に直接結合されている点が異なるも
のである。このような構成の光波長変換素子は、光学部
品が少ないので小型軽量に形成でき、また、光学部品の
軸ズレが少ないので光学的な安定性が高いものとなる。

【００６１】上記のように半導体レーザ10を光波長変換
素子41の光入射端面に直接結合させる場合は、それら両
者の間に、図１のλ／２板14等の偏光制御素子を設ける
ことはできない。そのため、図１の装置と同様にｚカッ
トの基板を用いて光波長変換素子を構成し、ＴＭモード
導波を採用しようとするならば、レーザビーム11の偏光
方向をチャンネル光導波路18のｚ軸方向に合わせるため
に、例えば半導体レーザ10を図１の状態から90°回転さ
せて配置することが必要である。しかし、そのようにす
ると、半導体レーザ10とチャンネル光導波路18における
レーザビームパターンが異なるようになり、それら両者
間での光結合効率が悪くなる。

【００６２】このような事情があるので、半導体レーザ
10を光波長変換素子の光入射端面に直接結合させる場合
は、レーザビーム11の偏光方向を90°回転させる必要が
ないＴＥモード導波型の光波長変換素子を用いる方が、
半導体レーザ10とチャンネル光導波路18との間の光結合
効率を高く保つ上で有利である。そこで本実施形態で
は、ｚ軸の向きが基板表面に対して水平なｘカットのＭ
ｇＯ−ＬＮ結晶基板40を用いて、ＴＥモード導波型の光
波長変換素子41を構成している。

【００６３】なお、ｘカットのＭｇＯ−ＬＮ結晶基板40
の代わりに、同様にｚ軸の向きが基板表面に対して水平
となるｙカットの基板を用いても、ＴＥモード導波型の
光波長変換素子を得ることができる。さらには、前述し
た特願平８−４７５９１号の明細書に示されるように、
自発分極の向きが基板表面に対して垂直とならないよう
にカットされた基板を用い、該基板に直接電場を印加し
て周期ドメイン反転構造を形成することにより、ＴＥモ
ード導波型の光波長変換素子を得ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による光波長変換装置を
示す概略側面図

【図２】図１の光波長変換装置に用いられた光波長変換
素子の斜視図

【図３】本発明の第２実施形態による光波長変換装置を
示す概略側面図

【図４】従来の光波長変換装置を示す概略側面図

【図５】狭帯域バンドパスフイルターの分光透過率特性
を示す概略図

【図６】狭帯域バンドパスフイルターの光入射角対最大
透過波長特性を示す概略図

【図７】従来の光波長変換装置における、光波長変換素
子に対する基本波の光結合効率の低下を説明する説明図

【図８】本発明の第３実施形態による光波長変換装置を
示す概略側面図

【図９】本発明の第４実施形態による光波長変換装置を
示す概略側面図

【符号の説明】

10 半導体レーザ 11 レーザビーム（基本波） 12 コリメーターレンズ 13 集光レンズ 14 λ／２板 15 光波長変換素子 16 ＭｇＯ−ＬＮ結晶基板（ｚ板） 17 周期ドメイン反転構造 18 チャンネル光導波路 19 第２高調波 20 ビームスプリッタ 21 ミラー 22 狭帯域バンドパスフイルター 23 集光レンズ 24 ミラー 30 コリメーターレンズ 40 ＭｇＯ−ＬＮ結晶基板（ｘ板） 41 光波長変換素子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非線形光学効果を有する強誘電体結晶基
   板に光導波路が形成されるとともに、この光導波路に基
   板の自発分極の向きを反転させたドメイン反転部が周期
   的に形成されてなり、該光導波路においてドメイン反転
   部の並び方向に導波する基本波を波長変換する光波長変
   換素子と、 前記基本波としてこの光波長変換素子に入射されるレー
   ザビームを発する半導体レーザと、 前記光波長変換素子に入射する前の前記レーザビームを
   一部分岐させる光分岐手段と、 この分岐されたレーザビームを反射させて前記半導体レ
   ーザにフィードバックさせるミラーと、 このミラーと前記光分岐手段との間において前記レーザ
   ビームの光路に配された狭帯域バンドパスフイルターと
   からなる光波長変換装置。
2. 【請求項２】 前記光分岐手段が、そこに入射した前記
   レーザビームの50〜90％を前記光波長変換素子に入射さ
   せ、残余を前記ミラーに入射させるものであることを特
   徴とする請求項１記載の光波長変換装置。
3. 【請求項３】 前記光分岐手段がビームスプリッタであ
   ることを特徴とする請求項１または２記載の光波長変換
   装置。
4. 【請求項４】 非線形光学効果を有する強誘電体結晶基
   板に光導波路が形成されるとともに、この光導波路に基
   板の自発分極の向きを反転させたドメイン反転部が周期
   的に形成されてなり、該光導波路においてドメイン反転
   部の並び方向に導波する基本波を波長変換する光波長変
   換素子と、 前記基本波としてこの光波長変換素子に入射されるレー
   ザビームを発する半導体レーザと、 この半導体レーザから、前記レーザビームとは反対側に
   出射する後方出射光としてのレーザビームを反射させ
   て、該半導体レーザにフィードバックさせるミラーと、 前記後方出射光としてのレーザビームの光路に配された
   狭帯域バンドパスフイルターとからなる光波長変換装
   置。