JPH10321953A - Second higher harmonics generating device - Google Patents

Second higher harmonics generating device

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JPH10321953A
JPH10321953A JP10323297A JP10323297A JPH10321953A JP H10321953 A JPH10321953 A JP H10321953A JP 10323297 A JP10323297 A JP 10323297A JP 10323297 A JP10323297 A JP 10323297A JP H10321953 A JPH10321953 A JP H10321953A
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JP
Japan
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semiconductor laser
harmonic
phase
waveguide
array
Prior art date
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JP10323297A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiaki Fukunaga
敏明 福永
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Fujifilm Holdings Corp
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Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To generate a high output in a second higher harmonics generating device. SOLUTION: Adjacent to an outgoing end face of a phase synchronous semiconductor laser 3, a nonlinear waveguide type wavelength conversion array element 4 is arranged on the same substrate where a quasi-phase matching domain inversion array waveguide 6 and a diffraction grating 7 are also formed. By the return light from the differaction grating 7, the fundamental wave oscillated from the phase synchronous semiconductor laser 3 is incident on a domain inversion array waveguide 6 and is converted into second harmonics in the domain inversion array waveguide 6, and the second harmonics are output.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、第二高調波発生装
置に関するものであり、特に詳しくは、半導体レーザと
周期ドメイン反転構造を有する波長変換素子とを備えた
第二高調波発生装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a second harmonic generator, and more particularly, to a second harmonic generator having a semiconductor laser and a wavelength conversion element having a periodic domain inversion structure. It is.

【0002】[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が設けられ
光波長変換素子を用いて、基本波を第二高調波に波長変
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)は第二高調波の伝搬定数 2β(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、基本波と第二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。
2. Description of the Related Art A method of converting a fundamental wave into a second harmonic using an optical wavelength conversion element provided with a region where a spontaneous polarization (domain) of a ferroelectric material having a nonlinear optical effect is periodically inverted. Has already been proposed by Bleombergen et al. (See Phys. Rev., vol. 127, No. 6, 1918 (1962)). In this method, the period ド メ イ ン of the domain inversion unit is set to {c = 2π / {β (2ω) -2β (ω)} where β (2ω) is the propagation constant of the second harmonic and 2β (ω) is the propagation constant of the fundamental wave. By setting so as to be an integral multiple of the coherent length Λc given by a constant, the fundamental wave and the second harmonic can be phase-matched (so-called quasi-phase matching).

【0003】そして、例えば特開平6-69582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変
換波長素子において、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。
As shown in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-69582, an optical waveguide type optical conversion wavelength element having an optical waveguide made of a nonlinear optical material and converting the wavelength of a fundamental wave guided therethrough is used. Attempts have been made to form a periodic domain inversion structure as described above to achieve efficient phase matching.

【0004】また、半導体レーザと周期的ドメイン反転
構造による疑似位相整合により第二高調波を発生させる
導波路波長変換素子とを効率的に結合させ、出射面側に
無反射コートが施された半導体レーザに第二高調波発生
素子上に構成された分布反射型回折格子により光を帰還
させ、半導体レーザの発振波長を第二高調波発生素子の
2倍の波長に制御して第二高調波を発生させる素子が米
国特許第5185752号に開示されている。
Further, a semiconductor laser in which a semiconductor laser and a waveguide wavelength conversion element for generating a second harmonic by quasi-phase matching using a periodic domain inversion structure are efficiently coupled to each other, and a non-reflection coating is applied to an emission surface side The laser is fed back by a distributed reflection type diffraction grating formed on the second harmonic generation element, and the oscillation wavelength of the semiconductor laser is controlled to twice the wavelength of the second harmonic generation element to generate the second harmonic. The generating element is disclosed in U.S. Pat. No. 5,185,752.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成では、実用上用いられる半導体レーザの光出力は150m
W程度に限定され、高出力の第二高調波を得ることがで
きないという難点がある。
However, in the above configuration, the optical output of the semiconductor laser used practically is 150 m.
It is limited to about W and there is a drawback that a high-power second harmonic cannot be obtained.

【0006】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、高出力の第二高調波を発生することができる
第二高調波発生装置を提供することを目的とするもので
ある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a second harmonic generator capable of generating a high-power second harmonic.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の第二高調波発生
装置は、それぞれ基本波を発振させる複数の導波路を有
する位相同期半導体レーザアレイと、該位相同期半導体
レーザアレイの出射端面に近接して配置された、前記各
導波路から出射された前記基本波を第二高調波に変換す
る複数の導波路を有する波長変換アレイ素子とを備えて
なることを特徴とするものである。
According to the present invention, there is provided a second harmonic generation apparatus comprising: a phase-locked semiconductor laser array having a plurality of waveguides for oscillating a fundamental wave; And a wavelength conversion array element having a plurality of waveguides for converting the fundamental wave emitted from each of the waveguides into a second harmonic.

【0008】前記波長変換アレイ素子が、疑似位相整合
ドメイン反転アレイ導波路と、前記位相同期半導体レー
ザアレイ側に配置された回折格子とからなる非線形導波
路アレイ素子であり、前記回折格子からの帰還光により
前記位相同期半導体レーザアレイから前記基本波を発振
させ、前記ドメイン反転アレイ導波路に入射された前記
基本波を第二高調波に変換せしめ、該第二高調波を出力
するものであることが望ましい。
The wavelength conversion array element is a nonlinear waveguide array element including a quasi phase matching domain inversion array waveguide and a diffraction grating arranged on the phase-locked semiconductor laser array side, and feedback from the diffraction grating is provided. The fundamental wave is oscillated from the phase-locked semiconductor laser array by light, the fundamental wave incident on the domain inversion array waveguide is converted into a second harmonic, and the second harmonic is output. Is desirable.

【0009】また、前記ドメイン反転アレイ導波路と前
記回折格子とは同一基板上に形成され、前記回折格子の
周期および前記ドメイン反転の周期が前記基本波と位相
整合する周期であることが望ましい。
It is preferable that the domain inversion array waveguide and the diffraction grating are formed on the same substrate, and the period of the diffraction grating and the period of the domain inversion are the periods for phase matching with the fundamental wave.

【0010】さらに、前記回折格子は分布ブラック反射
型回折格子であることが望ましい。
Further, it is desirable that the diffraction grating is a distributed black reflection type diffraction grating.

【0011】[0011]

【発明の効果】本発明の第二高調波発生装置において
は、位相同期半導体レーザアレイを用いて基本波を発生
させ、複数の導波路のそれぞれから発振された基本波が
波長変換アレイ素子の各ドメイン反転導波路に入射さ
れ、各ドメイン反転導波路において基本波が第二高調波
に変換されて出力されるため、総出力は各導波路からの
出力を積算したものとなり高出力の第二高調波を得るこ
とができる。
According to the second harmonic generation device of the present invention, a fundamental wave is generated using a phase-locked semiconductor laser array, and the fundamental wave oscillated from each of the plurality of waveguides is applied to each of the wavelength conversion array elements. Since the fundamental wave is incident on the domain inversion waveguide and converted into the second harmonic in each domain inversion waveguide and output, the total output is obtained by integrating the output from each waveguide, and the high output second harmonic is obtained. You can get the waves.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0013】図1は、本発明の第一の実施形態の第二高
調波発生装置の概略上面図を示すものである。図2、図
3および図4はそれぞれ図1におけるII−II線断面図、
III−III 線断面図およびIV−IV線断面図である。
FIG. 1 is a schematic top view of a second harmonic generator according to a first embodiment of the present invention. 2, 3 and 4 are sectional views taken along line II-II in FIG.
It is the III-III line sectional view and the IV-IV line sectional view.

【0014】本第二高調波発生装置は、Y分岐結合する
複数の導波路10を有する位相同期半導体レーザアレイ3
と、該半導体レーザアレイ3の出射端面(前面)側に配
され、回折格子7と周期ドメイン反転アレイ導波路6と
を有する非線形導波路型波長変換アレイ素子4とからな
るものである。
The second harmonic generator is a phase-locked semiconductor laser array 3 having a plurality of waveguides 10 coupled in a Y-branch.
And a non-linear waveguide type wavelength conversion array element 4 disposed on the emission end face (front surface) side of the semiconductor laser array 3 and having a diffraction grating 7 and a periodic domain inversion array waveguide 6.

【0015】まず、位相同期半導体レーザアレイ3の作
製について説明する。
First, the fabrication of the phase-locked semiconductor laser array 3 will be described.

【0016】有機金属気相成長法(MOCVD法)によ
りn-GaAs 基板11上に、n-Alx1Ga1−x1Asクラッド
層12、Alx2Ga1−x2As光導波層13、Alx3Ga1−x
3As活性層14、Alx2Ga1−x2As光導波層15、p-Alx
1Ga1−x1Asクラッド層16、p-GaAsキャップ層17を順
次積層する。組成はx3<x2<x1であり、光及びキャリアの
閉じ込めができる値とする。
An n-Alx1Ga1-x1As cladding layer 12, an Alx2Ga1-x2As optical waveguide layer 13, and an Alx3Ga1-x are formed on an n-GaAs substrate 11 by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).
3As active layer 14, Alx2Ga1-x2As optical waveguide layer 15, p-Alx
A 1Ga1-x1As cladding layer 16 and a p-GaAs cap layer 17 are sequentially laminated. The composition satisfies x3 <x2 <x1, which is a value that can confine light and carriers.

【0017】さらに、キャップ層17上に絶縁膜を形成し
た後、通常のリソグラフィーにより、幅3μm程度の複
数のストライプ10a と、これらのストライプ10a に連続
し、互いに隣接するストライプ10a にY分岐結合する複
数のY分岐ストライプ10b を絶縁膜にパターニングし、
この絶縁膜をマスクとしてドライあるいはウエットエッ
チングによりp-Alx1Ga1−x1Asクラッド層16の途中
まで除去してY結合するリッジストライプを形成する。
その後、さらに絶縁膜をマスクとしp-Inx4(Ga1−z
4Alz4)1−x4As1−y4Py4 層18の選択埋め込
みを行う。p-Inx4(Ga1−z4Alz4)1−x4As1−
y4Py4層18(0≦z4≦1,x4〜0.49y4)の屈折率は、p-
Alx1Ga1−x1Asクラッド層16の屈折率より小さくな
る組成を用いる。p-Alx1Ga1−x1Asクラッド層16の
残し厚はゼロから300nm 程度の範囲で、リッジ構造から
なる幅の狭いストライプ構造の導波路10で単一横モード
の屈折率導波を達成する厚みとし、ストライプの間隔
は、各ストライプから発振される光の位相が相互に同期
できる程度に結合する値(約1μm程度)とする。引き
続き、絶縁膜を取り除き、p-GaAsコンタクト層19の成長
を行い、n側電極20、p側電極21を形成し、さらに、劈
開によりバー状に切り出し、光が出射する前面は反射防
止膜コート1し、後面は高反射率コート2を行う。その
後、チップに切り出す。
Further, after an insulating film is formed on the cap layer 17, a plurality of stripes 10a having a width of about 3 μm and Y-branch coupling to the stripes 10a which are continuous with the stripes 10a and adjacent to each other are performed by ordinary lithography. A plurality of Y-branch stripes 10b are patterned on an insulating film,
Using this insulating film as a mask, the p-Alx1Ga1-x1As cladding layer 16 is partially removed by dry or wet etching to form Y-coupled ridge stripes.
After that, p-Inx4 (Ga1-z
4Alz4) 1-x4As1-y4Py4 The layer 18 is selectively buried. p-Inx4 (Ga1-z4Alz4) 1-x4As1-
The refractive index of the y4Py4 layer 18 (0 ≦ z4 ≦ 1, x4 to 0.49y4) is p−
A composition that is smaller than the refractive index of the Alx1Ga1-x1As cladding layer 16 is used. The remaining thickness of the p-Alx1Ga1-x1As cladding layer 16 is in a range from zero to about 300 nm, and the thickness is such that the waveguide 10 having a narrow stripe structure composed of a ridge structure achieves a single transverse mode refractive index waveguide. Is a value (approximately 1 μm) that couples so that the phases of the light oscillated from each stripe can be synchronized with each other. Subsequently, the insulating film is removed, the p-GaAs contact layer 19 is grown, the n-side electrode 20 and the p-side electrode 21 are formed, and further cut into bars by cleavage, and the front surface from which light is emitted is coated with an antireflection film. 1, and a high reflectivity coat 2 is applied to the rear surface. Then cut into chips.

【0018】次に非線形導波路型波長変換アレイ素子4
の作製について説明する。
Next, the nonlinear waveguide type wavelength conversion array element 4
Will be described.

【0019】例えば、Applied Physics Letters,Vol.69
No,18(1996)pp.2629-2631 、あるいは特開平6−242479
号等に記載の周期ドメイン反転構造作製方法を用いて作
製する。材料にはZ軸に垂直な方向に切り出されたMgO-
LiNbO3を用い、コロナ放電方法によりZ軸方向へ電気
分極するドメインをX軸方向に周期的に反転形成して周
期ドメイン反転構造5とする。ドメイン反転の周期は、
半導体レーザアレイ3により発振される基本波と疑似位
相整合する周期とする。この後、Y軸に垂直な方向に切
り出し、Y面の研磨を行ったあと、通常のリソグラフィ
ー技術と、例えば前述の米国特許第5185752 号に記載さ
れているプロトン交換法によりY面上方からアレイ導波
路6を形成する。導波路の幅及び間隔は半導体レーザア
レイ3の導波路10についてと同程度のサイズとする。分
布ブラッグ反射型(DBR)回折格子7はX軸方向に周
期を持つ一次の回折格子であり、通常のホログラフィッ
ク露光とマスクの選択的除去、およびドライまたはウエ
ットエッチングにより形成する。その周期は基本波の波
長をロックする周期とする。その後、X軸に垂直方向に
切断して切断面の研磨を行い、入射面側に位相同期半導
体レーザの波長に対して無反射コート8を行う。出射面
には第二高調波に対して無反射コート9を行う。
For example, Applied Physics Letters, Vol. 69
No. 18, (1996) pp. 2629-2631, or JP-A-6-242479.
It is manufactured by using the method for manufacturing a periodic domain inversion structure described in No. The material is MgO- cut out in the direction perpendicular to the Z axis.
Using LiNbO 3, a domain that electrically polarizes in the Z-axis direction is periodically inverted in the X-axis direction by a corona discharge method to form a periodic domain inversion structure 5. The cycle of domain inversion is
The period is set to a period in which the fundamental wave oscillated by the semiconductor laser array 3 is quasi-phase matched. Thereafter, the wafer is cut out in a direction perpendicular to the Y-axis, the Y-plane is polished, and the array is guided from above the Y-plane by ordinary lithography and the proton exchange method described in, for example, the aforementioned US Pat. No. 5,185,752. A wave path 6 is formed. The width and the spacing of the waveguides are set to the same size as the waveguide 10 of the semiconductor laser array 3. The distributed Bragg reflection (DBR) diffraction grating 7 is a primary diffraction grating having a period in the X-axis direction, and is formed by ordinary holographic exposure, selective removal of a mask, and dry or wet etching. The period is a period for locking the wavelength of the fundamental wave. Then, the cut surface is polished by cutting in the direction perpendicular to the X axis, and a non-reflection coating 8 is applied to the incident surface side with respect to the wavelength of the phase-locked semiconductor laser. A non-reflection coating 9 is applied to the emission surface for the second harmonic.

【0020】以上のようにして作製された位相同期半導
体レーザアレイ3の出射側の導波路10b と非線形導波路
型波長変換アレイ素子4の回折格子7側の導波路6とを
直接結合させる。
The waveguide 10b on the emission side of the phase-locked semiconductor laser array 3 manufactured as described above and the waveguide 6 on the diffraction grating 7 side of the nonlinear waveguide type wavelength conversion array element 4 are directly coupled.

【0021】レーザ発振原理は以下の通りである。位相
同期半導体レーザアレイ3がMgO-LiNbO3非線形導波路
型波長変換アレイ素子4に形成された回折格子7からの
帰還光によりTE基本単一モード発振し、該基本単一モ
ード発振した基本波が波長変換アレイ素子4に形成され
た周期ドメイン反転アレイ導波路6に入射されて第二高
調波に変換され、該第二高調波が無反射コート9された
出射端面から出射される。Y分岐結合導波路10を有する
位相同期半導体レーザアレイ3により複数の導波路10b
から位相同期された基本波が発振され(Applied Physic
s Letter,Vol.49(1986)pp.1632-1634 参照)、各基本波
を第二高調波に変換して出力するので総出力としては従
来の装置と比較して高出力の第二高調波を得ることがで
きる。
The principle of laser oscillation is as follows. The phase-locked semiconductor laser array 3 oscillates in TE fundamental single mode by feedback light from the diffraction grating 7 formed in the MgO-LiNbO3 nonlinear waveguide type wavelength conversion array element 4, and the fundamental wave oscillated in fundamental single mode has a wavelength. The light enters the periodic domain inversion array waveguide 6 formed in the conversion array element 4 and is converted into a second harmonic. The second harmonic is emitted from the emission end face on which the non-reflection coating 9 is applied. A plurality of waveguides 10b are provided by a phase-locked semiconductor laser array 3 having a Y-branch coupling waveguide 10.
Phase-locked fundamental wave is oscillated (Applied Physic
s Letter, Vol. 49 (1986) pp. 1632-1634), since each fundamental wave is converted to a second harmonic and output, the total output is higher than that of the conventional device. Can be obtained.

【0022】本発明の第二の実施形態の第二高調波発生
装置の概略上面図を図5に示す。図6、図7および図8
はそれぞれ図5におけるII−II線断面図、III −III 線
断面図およびIV−IV線断面図である。
FIG. 5 is a schematic top view of a second harmonic generator according to a second embodiment of the present invention. 6, 7, and 8
6 is a sectional view taken along line II-II, a sectional view taken along line III-III, and a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 5, respectively.

【0023】本第二高調波発生装置は、Y分岐結合する
複数の導波路40を有する位相同期半導体レーザアレイ33
と、該半導体レーザアレイ33の出射端面(前面)側に配
され、回折格子37と周期ドメイン反転アレイ導波路36と
を有する非線形導波路型波長変換アレイ素子34とからな
るものである。
The second harmonic generation device comprises a phase-locked semiconductor laser array 33 having a plurality of waveguides 40 coupled in a Y-branch.
And a nonlinear waveguide type wavelength conversion array element 34 disposed on the emission end face (front surface) side of the semiconductor laser array 33 and having a diffraction grating 37 and a periodic domain inversion array waveguide 36.

【0024】まず、位相同期半導体レーザアレイ33の作
製について説明する。
First, the fabrication of the phase-locked semiconductor laser array 33 will be described.

【0025】有機金属気相成長法(MOCVD法)によ
りn-GaAs基板41上に、n-Inx1(Alx2Ga1−x2)1−
x1Pクラッド層42(x1=0.49)、Inx1(Alx3Ga1−
x3)1−x1P光導波層43、Inx4Ga1−x4P引張歪
活性層44、Inx1(Alx3Ga1−x3)1−x1P光導波
層45、p-Inx1(Alx2Ga1−x2)1−x1Pクラッド
層46、p-GaAsキャップ層47を順次積層する。組成はx3<x
2<x1であり、光及びキャリアの閉じ込めができる値とす
る。
An n-Inx1 (Alx2Ga1-x2) 1- is formed on an n-GaAs substrate 41 by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).
x1P cladding layer 42 (x1 = 0.49), Inx1 (Alx3Ga1-
x3) 1-x1P optical waveguide layer 43, Inx4Ga1-x4P tensile strain active layer 44, Inx1 (Alx3Ga1-x3) 1-x1P optical waveguide layer 45, p-Inx1 (Alx2Ga1-x2) 1-x1P cladding layer 46, p- GaAs cap layers 47 are sequentially stacked. Composition is x3 <x
2 <x1, which is a value that can confine light and carriers.

【0026】さらに、キャップ層47上に絶縁膜を形成し
た後、通常のリソグラフィーにより、幅3μm程度の複
数のストライプ40a と、このストライプ40a に連続し、
互いに隣接するストライプ40a にY分岐結合する複数の
Y分岐ストライプ40b を絶縁膜にパターニングし、この
絶縁膜をマスクとしてドライあるいはウエットエッチン
グによりp-Inx1(Alx2Ga1−x2)1−x1P クラッ
ド層46の途中まで除去してY結合するリッジストライプ
を形成する。その後、さらに絶縁膜をマスクとしp-Inx
1Al1−x1P 層48の選択埋め込みを行う。p-Inx1(A
lx2Ga1−x2)1−x1Pクラッド層46の残し厚はゼ
ロから300nm程度の範囲で、リッジ構造からなる幅の狭
いストライプ構造の導波路40で単一横モードの屈折率導
波を達成する厚みとし、ストライプの間隔は、各ストラ
イプから発振される光の位相が相互に同期できる程度に
結合する値(約1μm程度)とする。引き続き、絶縁膜
を取り除き、p-GaAsコンタクト層49の成長を行い、n側
電極50、p側電極51を形成し、さらに、劈開によりバー
状に切り出し、光が出射する前面は反射防止膜コート31
し、後面は高反射率コート32を行う。その後、チップに
切り出す。
Further, after an insulating film is formed on the cap layer 47, a plurality of stripes 40a having a width of about 3 μm and continuous with the stripes 40a are formed by ordinary lithography.
A plurality of Y-branch stripes 40b, which are Y-branch-coupled to adjacent stripes 40a, are patterned into an insulating film, and the insulating film is used as a mask to dry or wet etch the p-Inx1 (Alx2Ga1-x2) 1-x1P cladding layer 46. To form a ridge stripe for Y-coupling. After that, using the insulating film as a mask, p-Inx
1Al1-x1P layer 48 is selectively buried. p-Inx1 (A
The remaining thickness of the lx2Ga1-x2) 1-x1P cladding layer 46 is in the range of about 0 to 300 nm, and is a thickness that achieves single transverse mode refractive index guiding in the narrow-striped waveguide 40 having a ridge structure. The distance between the stripes is set to a value (about 1 μm) that couples the phases of the light emitted from the stripes so that they can be synchronized with each other. Subsequently, the insulating film is removed, a p-GaAs contact layer 49 is grown, an n-side electrode 50 and a p-side electrode 51 are formed, and the bar is cut out by cleavage, and the front surface from which light is emitted is coated with an antireflection film. 31
Then, a high reflectance coat 32 is applied to the rear surface. Then cut into chips.

【0027】次に非線形導波路型波長変換アレイ素子34
の作製について説明する。
Next, the nonlinear waveguide type wavelength conversion array element 34
Will be described.

【0028】例えば、Applied Physics Letters,Vol.69
No,18(1996)pp.2629-2631 、あるいは特開平6−242479
号等に記載の周期ドメイン反転構造作製方法を用いて作
製する。材料にはZ軸に垂直な方向に切り出されたMgO-
LiNbO3を用い、コロナ放電方法によりZ軸方向へ電気
分極するドメインをX軸方向に周期的に反転形成して周
期ドメイン反転構造35とする。ドメイン反転の周期は、
半導体レーザアレイ33により発振される基本波と疑似位
相整合する周期とする。この後、Z軸に垂直な方向に切
り出し、Z面の研磨を行ったあと、通常のリソグラフィ
ー技術と、例えば前述の米国特許第5185752 号に記載さ
れているプロトン交換法によりZ面上方からアレイ導波
路36を形成する。導波路の幅及び間隔は半導体レーザア
レイ33の導波路40についてと同程度のサイズとする。分
布ブラッグ反射型(DBR)回折格子37はX軸方向に周
期を持つ一次の回折格子であり、通常のホログラフィッ
ク露光とマスクの選択的除去、およびドライまたはウエ
ットエッチングにより形成する。その周期は基本波の波
長をロックする周期とする。その後、X軸に垂直方向へ
の切断と切断面の研磨を行い、入射面側に位相同期半導
体レーザの波長に対して無反射コート38を行う。出射面
には第二高調波に対して無反射コート39を行う。
For example, Applied Physics Letters, Vol. 69
No. 18, (1996) pp. 2629-2631, or JP-A-6-242479.
It is manufactured by using the method for manufacturing a periodic domain inversion structure described in No. The material is MgO- cut out in the direction perpendicular to the Z axis.
Using LiNbO3, a domain that electrically polarizes in the Z-axis direction is periodically inverted in the X-axis direction by a corona discharge method to form a periodic domain inversion structure 35. The cycle of domain inversion is
The period is set to a period in which the fundamental wave oscillated by the semiconductor laser array 33 is quasi-phase matched. Thereafter, the sample is cut out in a direction perpendicular to the Z-axis, and the Z-plane is polished. Then, the array is guided from above the Z-plane by ordinary lithography and the proton exchange method described in, for example, the aforementioned US Pat. No. 5,185,752. The wave path 36 is formed. The width and the interval of the waveguide are set to the same size as the waveguide 40 of the semiconductor laser array 33. The distributed Bragg reflection (DBR) diffraction grating 37 is a first-order diffraction grating having a period in the X-axis direction, and is formed by ordinary holographic exposure, selective removal of a mask, and dry or wet etching. The period is a period for locking the wavelength of the fundamental wave. Thereafter, cutting in the direction perpendicular to the X-axis and polishing of the cut surface are performed, and a non-reflection coating 38 is applied on the incident surface side with respect to the wavelength of the phase-locked semiconductor laser. An anti-reflection coating 39 is applied to the output surface for the second harmonic.

【0029】以上のようにして作製された位相同期半導
体レーザアレイ33の出射側の導波路40b と非線形導波路
型波長変換アレイ素子34の回折格子37側の導波路36を直
接結合させる。
The waveguide 40b on the emission side of the phase-locked semiconductor laser array 33 manufactured as described above and the waveguide 36 on the diffraction grating 37 side of the nonlinear waveguide type wavelength conversion array element 34 are directly coupled.

【0030】レーザ発振原理は以下の通りである。位相
同期半導体レーザアレイ33がMgO-LiNbO3非線形導波路
型波長変換アレイ素子34に形成された回折格子37からの
帰還光によりTM基本単一モード発振し、該基本単一モ
ード発振した基本波が波長変換アレイ素子34に形成され
た周期ドメイン反転アレイ導波路36に入射されて第二高
調波に変換され、該第二高調波が無反射コート39された
出射端面から出射される。Y分岐結合導波路40を有する
位相同期半導体レーザアレイ33により複数の導波路40b
から位相同期された基本波が発振され(Applied Physic
s Letter,Vol.49(1986)pp.1632-1634 参照)、各基本波
を第二高調波に変換して出力するので総出力としては従
来の装置と比較して高出力の第二高調波を得ることがで
きる。
The principle of laser oscillation is as follows. The phase-locked semiconductor laser array 33 oscillates in the TM fundamental single mode by feedback light from the diffraction grating 37 formed in the MgO-LiNbO3 nonlinear waveguide type wavelength conversion array element 34, and the fundamental wave oscillated by the fundamental single mode has a wavelength. The light enters the periodic domain inversion array waveguide 36 formed in the conversion array element 34 and is converted into a second harmonic. The second harmonic is emitted from the emission end face on which the non-reflection coating 39 is applied. A plurality of waveguides 40b are provided by a phase-locked semiconductor laser array 33 having a Y-branch coupling waveguide 40.
Phase-locked fundamental wave is oscillated (Applied Physic
s Letter, Vol. 49 (1986) pp. 1632-1634), since each fundamental wave is converted to a second harmonic and output, the total output is higher than that of the conventional device. Can be obtained.

【0031】上記第一および第二の実施形態では、n型
基板を用いているが、p型基板を用いても同様のことが
できる。また、上記実施形態では、量子井戸が単一で光
導波層組成が一定のSQW−SCHと呼ばれる構造を示
したが、SQWの代わりに量子井戸を複数とするMQW
であってもよい。
In the first and second embodiments, an n-type substrate is used, but the same can be achieved by using a p-type substrate. Further, in the above embodiment, a structure called a SQW-SCH having a single quantum well and a constant optical waveguide layer composition has been described. However, instead of the SQW, an MQW having a plurality of quantum wells is used.
It may be.

【0032】第一の実施形態において、TEモードを発
振する材料としては、GaAa基板に格子整合する、AlGaA
s、InAlGaAsP 系でもよいし、InP 基板に格子整合するI
nAlGaAsP 系でもよい。また、GaAs基板及びInP 基板に
対して活性層に圧縮歪を形成するInGaAsP 系材料でもよ
い。
In the first embodiment, the material for oscillating the TE mode is AlGaA, which is lattice-matched to the GaAs substrate.
s, InAlGaAsP-based, or I lattice-matched to InP substrate
nAlGaAsP may be used. Further, an InGaAsP-based material that forms a compressive strain in the active layer with respect to the GaAs substrate and the InP substrate may be used.

【0033】第二の実施形態において、TMモード発振
する活性層に引張歪を起こす材料としては、GaAs基板に
対して引張歪となるGaAsP 系材料でもよい。
In the second embodiment, the material that causes tensile strain in the active layer that oscillates in TM mode may be a GaAsP-based material that causes tensile strain on the GaAs substrate.

【0034】光導波路をリッジ構造で形成する場合のエ
ッチング深さを制御するために、エッチング阻止層を設
けてもよい。また、リッジを活性層を突き抜けて構成
し、pnpの埋込構造で光導波路ストライプを構成して
もよい。上記構成では、pクラッド層を埋め込む構造に
ついて述べたが、埋込成長を行わなくてもよく、屈折率
導波となるような溝を側面に形成するだけでもよい。
In order to control the etching depth when the optical waveguide has a ridge structure, an etching stop layer may be provided. Alternatively, the ridge may be formed by penetrating the active layer, and the optical waveguide stripe may be formed by a pnp buried structure. In the above configuration, the structure in which the p-cladding layer is buried is described. However, the buried growth may not be performed, and a groove for guiding the refractive index may be formed on the side surface.

【0035】成長法として、固体あるいはガスを原料と
する分子線エピタキシャル成長法を用いてもよい。ま
た、波長変換素子の材料として、MgO-LiNbO3も用いた
場合について説明したが、LiTaO3を用いてもよい。
As a growth method, a molecular beam epitaxial growth method using a solid or gas as a raw material may be used. Further, although the case where MgO-LiNbO3 is used as the material of the wavelength conversion element has been described, LiTaO3 may be used.

【0036】なお、本発明による第二高調波発生装置
は、超高速な情報・画像処理および通信、計測、医療、
および印刷等の分野における光源として応用可能であ
る。
It should be noted that the second harmonic generator according to the present invention provides an ultra-high-speed information / image processing, communication, measurement, medical,
Further, it can be applied as a light source in fields such as printing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る第一の実施形態の第二高調波発生
装置の概略上面図
FIG. 1 is a schematic top view of a second harmonic generator according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1における第二高調波発生装置のII−II線断
面図
FIG. 2 is a cross-sectional view of the second harmonic generator shown in FIG. 1, taken along the line II-II.

【図3】図1における第二高調波発生装置のIII −III
線断面図
FIG. 3 is a III-III of the second harmonic generator in FIG.
Line cross section

【図4】図1における第二高調波発生装置のIV−IV線断
面図
FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV of the second harmonic generator in FIG.

【図5】本発明に係る第二の実施形態の第二高調波発生
装置の概略上面図
FIG. 5 is a schematic top view of a second harmonic generation device according to a second embodiment of the present invention.

【図6】図5における第二高調波発生装置のII−II線断
面図
6 is a cross-sectional view of the second harmonic generator shown in FIG. 5, taken along the line II-II.

【図7】図5における第二高調波発生装置のIII −III
線断面図
FIG. 7 is a III-III of the second harmonic generator in FIG.
Line cross section

【図8】図5における第二高調波発生装置のIV−IV線断
面図
8 is a cross-sectional view of the second harmonic generator shown in FIG. 5, taken along the line IV-IV.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 反射防止膜コート 2 高反射膜コート 3 位相同期半導体レーザアレイ 4 MgO-LiNbO3非線形導波路型波長変換アレイ素子 5 周期ドメイン反転構造 6 周期ドメイン反転アレイ導波路 7 回折格子 8 基本波に対する無反射コート 9 第二高調波に対する無反射コート 10 Y分岐結合導波路 11 n-GaAs基板 12 n-Alx1Ga1−x1Asクラッド層 13 Alx2Ga1−x2As光導波層 14 Alx3Ga1−x3As活性層 15 Alx2Ga1−x2As光導波層 16 p-Alx1Ga1−z1Asクラッド層 17 p-GaAs キャップ層 18 p-Inx4(Ga1−z4Alz4)1−x4As1−y4
Py4 埋込層 19 p-GaAsコンタクト層 20 n側電極 21 p側電極
REFERENCE SIGNS LIST 1 antireflection coating 2 high reflection coating 3 phase-locked semiconductor laser array 4 MgO-LiNbO3 nonlinear waveguide type wavelength conversion array element 5 periodic domain inversion structure 6 periodic domain inversion array waveguide 7 diffraction grating 8 non-reflection coating for fundamental wave 9 Non-reflection coating for second harmonic 10 Y-branch coupling waveguide 11 n-GaAs substrate 12 n-Alx1Ga1-x1As cladding layer 13 Alx2Ga1-x2As optical waveguide layer 14 Alx3Ga1-x3As active layer 15 Alx2Ga1-x2As optical waveguide layer 16 p -Alx1Ga1-z1As cladding layer 17 p-GaAs cap layer 18 p-Inx4 (Ga1-z4Alz4) 1-x4As1-y4
Py4 embedded layer 19 p-GaAs contact layer 20 n-side electrode 21 p-side electrode

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 それぞれ基本波を発振させる複数の導波
路を有する位相同期半導体レーザアレイと、 該位相同期半導体レーザアレイの出射端面に近接して配
置された、前記各導波路から出射された前記基本波を第
二高調波に変換する複数の導波路を有する波長変換アレ
イ素子とを備えてなることを特徴とする第二高調波発生
装置。
1. A phase-locked semiconductor laser array having a plurality of waveguides each of which oscillates a fundamental wave, and said phase-locked semiconductor laser array is disposed close to an output end face of said phase-locked semiconductor laser array and emitted from each of said waveguides. A second harmonic generation device, comprising: a wavelength conversion array element having a plurality of waveguides for converting a fundamental wave into a second harmonic.
【請求項2】 前記波長変換アレイ素子が、疑似位相整
合ドメイン反転アレイ導波路と、前記位相同期半導体レ
ーザアレイ側に配置された回折格子とからなる非線形導
波路アレイ素子であり、 前記回折格子からの帰還光により前記位相同期半導体レ
ーザアレイから前記基本波を発振させ、前記ドメイン反
転アレイ導波路に入射された前記基本波を第二高調波に
変換せしめ、該第二高調波を出力するものであることを
特徴とする請求項1記載の第二高調波発生装置。
2. The wavelength conversion array element is a nonlinear waveguide array element including a quasi phase matching domain inversion array waveguide and a diffraction grating arranged on the phase-locked semiconductor laser array side. The fundamental wave is oscillated from the phase-locked semiconductor laser array by the feedback light of the above, the fundamental wave incident on the domain inversion array waveguide is converted into a second harmonic, and the second harmonic is output. The second harmonic generator according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記ドメイン反転アレイ導波路と前記回
折格子とが同一基板上に形成され、前記回折格子の周期
および前記ドメイン反転の周期が前記基本波と位相整合
する周期であることを特徴とする請求項2記載の第二高
調波発生装置。
3. The domain-inverted array waveguide and the diffraction grating are formed on the same substrate, and a period of the diffraction grating and a period of the domain inversion are periods for phase matching with the fundamental wave. The second harmonic generator according to claim 2.
【請求項4】 前記回折格子が分布ブラック反射型回折
格子であることを特徴とする請求項2または3いずれか
記載の第二高調波発生装置。
4. The second harmonic generator according to claim 2, wherein said diffraction grating is a distributed black reflection type diffraction grating.
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