DE68918072T2

DE68918072T2 - Eine Methode zum Betrieben eines optischen Wellenlängenkonverters.

Info

Publication number: DE68918072T2
Application number: DE68918072T
Authority: DE
Inventors: Osamu Yamamoto; Toshihiko Yoshida
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1988-12-29
Filing date: 1989-12-28
Publication date: 1995-04-27
Anticipated expiration: 2009-12-29
Also published as: JPH02179626A; EP0376710B1; US5007694A; DE68918072D1; EP0376710A2; EP0376710A3

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Bereich der Erfindung: Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Betriebsverfahren für einen Lichtwellenlängenwandler, das in einem Informationsverarbeiter verwendet wird, wie beispielsweise einem optischen Speicherplattensystem oder einem Laserdrucker, und auf eine optische Anwendungsmeßvorrichtung, die Laserstrahlen verwendet, die von einem Halbleiterlaserbauelement emittiert werden, wenn die Wellenlänge der Laserstrahlen in einen kürzeren Wellenlängenbereich gewandelt werden.
2. Beschreibung des Stands der Technik: Für einen Informationsverarbeiter, wie beispielsweise ein optisches Speicherplattensystem oder einen Laserdrucker, und eine optische Anwendungsmeßvorrichtung wird der Laserstrahl eines Halbleiterbauelements verwendet, das überlegen in Konzentrationsvermögen und Bündelung ist. Im allgemeinen beträgt die Schwingungswellenlänge von Halbleiterlaserbauelementen 0,78 um oder 0,83 um, der Laserstrahl also im nahen Infrarot liegt. In den letzten Jahren wurden Laserstrahlen mit einer kurzen Wellenlänge befürwortet, um die in einem Informationsverarbeiter zu verarbeitende Informationsmenge zu erhöhen, oder um die Meßgenauigkeit der optischen Anwendungsmeßvorrichtung zu verbessern. Beispielsweise wird der von dem Halbleiterlaser emittierte Laserstrahl in dem Informationsverarbeiter, wie beispielsweise einem optischen Speicherplattensystem oder einem Laserdrucker, an einer vorbestimmten Stelle so konzentriert, um die Information oder Bilder zu schreiben. Die Wellenlänge des Laserstrahls und der Durchmesser des Fokussierungspunkts stehen normalerweise zueinander in einer solchen proportionalen Beziehung, daß der Durchmesser des Fokussierungspunkts vermindert werden kann, wenn die Wellenlänge des Laserstrahls kurz wird. Wenn dessen Durchmesser vermindert wird, kann die Informationsmenge (d. h. die Aufzeichnungsdichte), die in das optische Speicherplattensystem geschrieben werden soll, erhöht werden. Weiter kann der Laserdrucker Mikrobilder bilden, so daß die Aufzeichnungsdichte erhöht und die Auflösung verbessert werden kann. Desweiteren vermindert die optische Anwendungsmeßvorrichtung die Wellenlänge des Laserstrahls, um eine Verbesserung der Meßgenauigkeit zu ermöglichen. Der grüne oder blaue Laserstrahl einer kurzen Wellenlänge wird, wenn einfach erhältlich, mit dem nun in Gebrauch befindlichen roten Laserstrahl kombiniert, wodurch eine Farbe erzielt wird, die bei hoher Geschwindigkeit arbeitet und über eine hohe Auflösung verfügt.
In den letzten Jahren wurde ein Halbleiterlaser entwickelt, der ein Halbleitermaterial des InGaAlP Systems verwendet und eine Schwingungswellenlänge von etwa 0,6 um hat. Jedoch wurde ein Halbleiterlaser, der einen grünen oder blauen Laserstrahl mit einer Schwingungswellenlänge von weniger als 0,6 um erzeugen kann, nicht hergestellt, weil passende Materialien nicht gefunden wurden. Aus diesem Grund muß ein solcher grüner oder blauer Laserstrahl mit kurzer Wellenlänge von einem den Abmessungen nach großen Gaslaser, wie beispielsweise einem Argon-Ionenlaser, erzeugt werden.
Um einen grünen oder blauen Laserstrahl mit kurzer Wellenlänge zu erhalten, ohne einen solchen den Abmessungen nach großen Gaslaser zu verwenden, wurde von Otha und anderen im Institut für angewandte Physik (Institute of Applied Physics) im Frühjahr 1984 ein Lichtwellenlängenwandler vorgeschlagen, um einen von einem Festkörperlaser oder einem Halbleiterlaser erzeugten Laserstrahl in einen kurzen Wellenlängenbereich zu wandeln. Dieser Lichtwellenlängenwandler verwendet das Phänomen der Erzeugung der zweiten Harmonischen (SHG), das durch einen Kristall verursacht wird, mit dem sich der optische nichtlineare Effekt erzielen läßt und einen Laserstrahl der halben Wellenlänge des eingegebenen Laserstrahls ausgibt. Der besagte Lichtwellenlängenwandler ist, wie in Fig. 7 gezeigt, ausgestattet mit einem optischen Wellenleiter 72, der in einer Platte auf einem Z-Platten LiNbO&sub3;-Substrat durch eine Ti Diffusionstechnik gebildet ist. Auf dem optischen Wellenleiter 72 sind eine durch Vakuumablagerung von As&sub2;S&sub3; gebildete Luneberg-Linse 73 und ein Koppelprisma 74 angeordnet. Das Koppelprisma 74 leitet ein Paar Laserstrahlen 75 (deren optische Frequenz durch ω dargestellt wird) in den optischen Wellenleiter 72, die beispielsweise von einem YAG Laser erzeugt wurden, wobei die Laserstrahlen 75 sich in dem optischen Wellenleiter 72 ausbreiten. Jeder sich in dem optischen Wellenleiter 72 ausbreitende wellenleitende Lichtstrahl 75' wird so gebrochen, daß sie sich gegenseitig schneiden. Jeder wellenleitende Lichtstrahl 75' wird am Schnittpunkt in eine zweite Lichtoberwelle 76 mit der zweifachen optischen Frequenz (d. h. mit der Hälfte der Wellenlänge) des Laserstrahls 75 gewandelt, wenn eine Phasenanpassungsbedingung für jeden wellenleitenden Lichtstrahl 75' erfüllt ist. Die Phasenanpassungsbedingung lautet wie folgt:
2βωcosR = β2ω,
worin βω die Ausbreitungskonstante einer Grundwelle ist (der Lichtstrahl, der in den optischen Wellenleiter geleitet wird), β2ω die Ausbreitungskonstante der zweiten Lichtoberwelle, und 2R der Schnittwinkel am Schnittpunkt zwischen den wellenleitenden Lichtstrahlen ist.
In dem Lichtwellenlängenwandler werden die Änderungen des Schnittwinkels wellenleitender Lichtstrahlen 75' mittels der Luneberg-Linse 73 ausgeführt, indem der Abstand zwischen dem Paar Laserstrahlen 75 mechanisch verändert wird, wobei der Abstand zwischen den beiden Laserstrahlen 75 so eingestellt wird, daß die oben erwähnte Phasenanpassungsbedingung erfüllt ist.
Wie oben erwähnt, wird in einem solchen herkömmlichen Lichtwellenlängenwandler der Abstand zwischen einem Paar von einfallenden Laserstrahlen eingestellt, und die Phasenanpassungsbedingung erfüllt, wodurch die zweite Lichtoberwelle erzeugt wird. Jedoch ändern sich die Ausbreitungskonstante βω der Grundwelle und β2ω der zweiten Lichtoberwelle in empfindlicher Weise mit kleinen Änderungen der Umgebungstemperatur, wobei es schwierig ist, schnell den Abstand zwischen den in den optischen Wellenleiter einfallenden Laserstrahlen entsprechend den Änderungen der Umgebungstemperatur einzustellen, so daß die Phasenanpassungsbedingung nicht durch eine angemessene Reaktion erfüllt werden kann. Folglich nimmt die optische Intensität der zweiten Lichtoberwelle ab.
In einem mit "Optical Second-Harmonic Generation in a Thin- Film Waveguide without Control of Film Thickness" [Optics Communications, Band 45, Nr. 2, März 1983, Seiten 80-83] betitelten Papier wird eine Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Oberwelle offenbart, enthaltend: ein aus nichtlinearen Material hergestelltes Substrat; einen optischen Wellenleiter, der in besagtem Substrat gebildet ist; eine Lichtquelle, die den besagten optischen Wellenleiter mit einem Lichtwellenpaar, die eine Grundwellenlänge haben, anstrahlt, wobei das besagte Lichtwellenpaar sich in besagtem optischen Wellenleiter ausbreitet und einander innerhalb besagtem optischen Wellenleiters schneidet, um dadurch eine zweite Lichtoberwelle zu erzeugen; und ein Lichtablenkmittel, das den Schnittwinkel zwischen dem Lichtwellenpaar ändert.
US-A-4,047,795 offenbart einen optischen Gitterkoppler, durch den der Winkel, unter dem ein einfallender Laserstrahl aus diesem ausgegeben wird, durch Anlegen eines elektrischen Feldes an einem unter dem Koppler liegenden dünnen Film variiert werden kann.
Ein Papier mit dem Titel "Prism-Type Optical Deflector using PLZT Ceramics" [Japanese Journal of Applied Physics, Band 24 (1985) Ergänzung 24-3 Seiten 169-71] offenbart einen optischen Deflektor vom Prismatyp, der aus einem elektrooptischen Material gebildet ist.
US-A-4,006,967 offenbart eine Einrichtung zum Ablenken eines Lichtstrahls innerhalb eines elektrooptischen Materials, in dem Veränderungen im Brechungsindex des Materials durch Anlegen eines akustischen Feldes daran bewirkt werden.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, um eine Vorrichtung zu betreiben, die eine zweite Oberwelle erzeugt, wobei die Vorrichtung enthält:
ein Substrat, das aus einem Material, mit dem sich ein nichtlinearer Effekt erzielen läßt, hergestellt ist;
einen optischen Wellenleiter, der innerhalb des besagten Substrats gebildet ist;
eine Lichtquelle, die besagten optischen Wellenleiter mit einem Lichtwellenpaar, das eine Grundwellenlänge hat, anstrahlt, wobei besagtes Lichtwellenpaar sich innerhalb besagtem optischen Wellenleiter ausbreitet, um dadurch eine zweite Lichtoberwelle zu erzeugen;
und ein Lichtablenkmittel, das den Schnittwinkel zwischen dem Lichtwellenpaar verändert;
gekennzeichnet dadurch, daß das Verfahren den Schritt des Steuerns des Austretens der erzeugten zweiten Lichtoberwelle durch Anlegen eines elektrischen Signals an besagtes Lichtablenkmittel enthält, um besagten Schnittwinkel zu ändern.
In einer bevorzugten Ausführung ist das Lichtablenkmittel ein oder ein Paar Beugungsgitterkoppler.
In einer alternativen bevorzugten Ausführung ist das Lichtablenkmittel ein Paar Prismen, die einen elektrooptischen Effekt aufweisen.
In einer weiteren alternativen bevorzugten Ausführung ist das Lichtablenkmittel eine elastische Oberflächenwelle, die von einer kammförmigen Elektrode erzeugt wird.
In einer bevorzugten Ausführung wird das Lichtwellenpaar von einem Halbleiterlaser emittiert.
In einer bevorzugten Ausführung ist ein Paar reflektierender Spiegel hinter besagtem Halbleiterlaser angeordnet, so daß besagte Spiegel besagtes vom Halbleiterlaser emittiertes Lichtwellenpaar optisch koppeln.
In einer bevorzugten Ausführung ist die Frontfläche besagten Halbleiterlasers, von dem die Lichtwellen emittiert werden, mit einem Reflexionsfilm beschichtet, der eine geringe Reflexion im Hinblick auf besagte Lichtwellen erzielt, und die Rückfläche besagten Halbleiterlasers, die gegenüber besagter Frontfläche angeordnet ist, ist mit einem Reflexionsfilm beschichtet, der eine hohe Reflexion im Hinblick auf besagte Lichtwellen erzielt.
Auf diese Weise erreicht die hierin beschriebene Erfindung das Ziel, einen Lichtwellenlängenwandler vorzusehen, bei dem die Phasenanpassungsbedingung eines einfallenden Laserstrahlenpaares völlig erfüllt werden kann, und, sogar wenn sich die Umgebungstemperatur verändert, die zweite Lichtoberwelle stabil erzeugt werden kann.
Die Erfindung kann besser verstanden werden und ihre zahlreichen Aufgaben und Vorteile werden dem Fachmann offenbar durch Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, wie folgt:
Fig. 1A ist eine schematische Darstellung, die einen in dieser Erfindung verwendeten Lichtwellenlängenwandler zeigt.
Fig. 1B ist eine Seitenansicht, die den Lichtwellenlängenwandler von Fig. 1A zeigt.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, die einen anderen in dieser Erfindung verwendeten Lichtwellenlängenwandler zeigt.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung, die einen anderen in dieser Erfindung verwendeten Lichtwellenlängenwandler zeigt.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung, die einen anderen in dieser Erfindung verwendeten Lichtwellenlängenwandler zeigt.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung, die eine Lichtquelle zeigt, die in dem in dieser Erfindung verwendeten Lichtwellenlängenwandler verwendet wird.
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung, die eine andere Lichtquelle zeigt, die in dem in dieser Erfindung verwendeten Lichtwellenlängenwandler verwendet wird.
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung, die einen herkömmlichen Lichtwellenlängenwandler zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN

Beispiel 1

Fig. 1 zeigt einen in der vorliegenden Erfindung verwendeten Lichtwellenlängenwandler, der mit einem planaren optischen Wellenleiter 12 ausgestattet ist, der durch ein Protonenaustauschverfahren auf einem Substrat 11 aus Z- Platten LiNbO&sub3; gebildet ist, das den optischen nichtlinearen Effekt erzielt. Ein Paar Beugungsgitterkoppler 13 sind auf dem optischen Wellenleiter 12 durch ECR Plasmaätzen oder reaktives Ionenstrahlätzen gebildet, und ein SiO2 Film 14 ist auf dem optischen Wellenleiter 12 außer an einem Endteil in einem Bereich, in dem die Beugungsgitterkoppler 13 angeordnet sind, abgelagert. Der SiO&sub2; Film 14 bedeckt die Beugungsgitterkoppler 13 auf dem optischen Wellenleiter 12, und transparente Elektroden 16 aus einem ITO Film sind auf dem SiO&sub2; Film 14 gebildet, der die Beugungsgitterkoppler 13 beschichtend bedeckt. Eine Elektrode 15 aus Al ist auf einem Teil des optischen Wellenleiters 12 gebildet, der nicht mit dem SiO&sub2; Film 14 gebildet ist. Anschlüsse 17a, 17b und 17c sind mit der Al Elektrode 15 bzw. den auf den Beugungsgittern gebildeten ITO Elektroden 16 verbunden.
Der Lichtwellenlängenwandler der oben erwähnten Konstruktion wird, wie folgt, hergestellt: Beispielsweise wird der planare optische Wellenleiter 12 auf dem Z-Platten LiNbO&sub3; durch das Protonenaustauschverfahren gebildet, bei dem das LiNbO&sub3; Substrat 11 in Diphosphorsäure bei 220ºC für etwa 45 Minuten belassen wird, was eine Ionenaustauschreaktion Li&spplus; H&spplus; verursacht, die eine wellenleitende Schicht mit einem hohen Brechungsindex ergibt. Dann wird ein Paar Beugungsgitterkoppler 13, die jeweils eine Teilung von etwa 0.5 um, jeweils eine Tiefe von etwa 0.1 um und jeweils eine Fläche von 1 mm² haben, auf den vorbestimmten Positionen an dem optischen Wellenleiter 12 durch das ECR Plasmaätzen (Japanese Journal of Applied Physics Band 19 Nr. 8, August 1980 pp. L463-L465) gebildet. Danach wird ein SiO&sub2; Film überall auf der Oberfläche des optischen Wellenleiters 12 durch das Sputterverfahren abgelagert. Dann wird ein Teil des SiO&sub2; Films 14, wo die Al Elektrode 15 gebildet werden soll, durch eine Ätztechnik entfernt, und Al wird auf dem besagten Teil so abgelagert, um die Elektrode 15 zu bilden. Ein ITO Film wird auf dem SiO&sub2; Film 14, der auf den Beugungsgitterkopplern 13 gebildet wurde, gebildet, was transparente Elektroden 16 ergibt. Die Anschlüsse 17a, 17b und 17c werden dann mit den Elektroden 15 bzw. 16 verbunden, was einen Lichtwellenlängenwandler der vorliegenden Erfindung ergibt.
Bei dem Lichtwellenlängenwandler treten die beispielsweise von einem YAG Laser emittierten Laserstrahlen 21 in die Beugungsgitterkoppler 13 ein, durch die die Laserstrahlen 21 gebrochen werden, um einen vorbestimmten Brechungswinkel zu erhalten und werden dann in den optischen Wellenleiter 12 geleitet. Die wellenleitenden Lichtstrahlen 21', die sich in dem optischen Wellenleiter 12 ausbreiten, schneiden einander in dem optischen Wellenleiter 12, wie durch die punktierte Linie in Fig. 1 gezeigt wird.
Wenn Spannung zwischen den Elektroden 15 und 16 über die Anschlüsse 17a, 17b und 17c angelegt wird, erzeugt der elektrooptische Effekt eine Änderung im Brechungsindex des LiNbO&sub3; Substrats 11, so daß sich der Schnittwinkel zwischen den wellenleitenden Lichtstrahlen 21' ändert. Die zwischen den Elektroden 15 und 16 angelegte Spannung wird geändert, um die Phasenanpassungsbedingungen jedes wellenleitenden Lichtstrahls 21' zu erfüllen, wodurch eine zweite Lichtoberwelle 22 vom Schnittpunkt der wellenleitenden Lichtstrahlen 21' emittiert wird, wobei die zweite Lichtoberwelle 22 die halbe Wellenlänge des Laserstrahls 21 hat, der in jeden Beugungsgitterkoppler 13 eingefallen ist. Wenn beispielsweise der einfallende Laserstrahl 21 der YAG Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 1.064 um ist, wird die zweite Lichtoberwelle 22 ein grüner Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 0.532 um.
Auf diese Weise wird, während die zweite Lichtoberwelle 22 emittiert wird, selbst wenn sich die Umgebungstemperatur ändert, um die Intensität der zweiten Lichtoberwelle zu verringern, die zwischen den Elektroden 15 und 16 angelegte Spannung geändert, so daß der Schnittwinkel zwischen den wellenleitenden Lichtstrahlen 21', die sich in dem optischen Wellenleiter 12 ausbreiten, geändert werden kann, um die Phasenanpassungsbedingung zu erfüllen, wie durch die gestrichelten Linien gezeigt wird, wodurch der zweiten Lichtoberwelle ermöglicht wird, eine vorbestimmte Lichtintensität zu besitzen. In diesem Fall wird die Lichtmenge der zweiten Lichtoberwelle 22 detektiert, um eine Rückkopplungssteuerung der Spannung zwischen den Elektroden 15 und 16 auszuführen, so daß eine schnelle Reaktion auf die Änderungen der Lichtmenge der zweiten Harmonischen verursacht durch Änderungen der Umgebungstemperatur erzielt werden kann und die zweite Lichtoberwelle stabil emittiert werden kann.

Beispiel 2

Fig. 2 zeigt einen anderen in der Erfindung verwendeten Lichtwellenlängenwandler, der mit einem optischen Wellenleiter 32 auf einem Substrat 31 aus beispielsweise LiNbO&sub3; ausgestattet ist, der über den optischen nichtlinearen Effekt in derselben Weise wie der in Beispiel 1 verfügt. Auf der rückseitigen Oberfläche des Substrats 31 ist eine beispielsweise aus Al hergestellte Elektrode angeordnet, von der ein Anschluß 35a ausgeht. Ein Beugungsgitterkoppler 33, dessen Gitter eine Teilung von etwa 0.5 um und eine Tiefe von etwa 0.1um hat, ist auf dem optischen Wellenleiter 32 vorgesehen. Ein Paar Laserstrahlen 21, die mit einem passenden Abstand beabstandet sind, werden auf den Beugungsgitterkoppler 33 gestrahlt und dann in den optischen Wellenleiter 32 geleitet und breiten sich darin aus.
Auf dem optischen Wellenleiter 32 ist entsprechend den besagten optischen Wegen der sich in dem besagten Wellenleiter 32 ausbreitenden Laserstrahlen ein Paar Prismen 34 bestehend aus beispielsweise As&sub2;S&sub3; vorgesehen, die über einen elektrooptischen Effekt verfügen. Der Brechungsindex jedes Prismas 34 ändert sich im Verhältnis zu einem elektrischen Feld, das sich aufbaut, wenn an das Prisma 34 Spannung angelegt wird. Die Prismen 34 und 34 sind mit Anschlüssen 35b bzw. 35c ausgestattet, über die Spannung an jedes Prisma 34 angelegt wird.
Bei dieser Ausführung wird das Paar Laserstrahlen 21, das auf die Beugungsgitterkoppler 33 gestrahlt wird, in den optischen Wellenleiter 32 geleitet und breitet sich darin aus. Zu dieser Zeit wird eine vorbestimmte Spannung über die Anschlüsse 35b und 35c an die Prismen 34 gelegt, und die wellenleitenden Lichtstrahlen 21' in dem optischen Wellenleiter 32 werden durch die Prismen 34 gebrochen, wodurch sie sich einander in dem optischen Wellenleiter 32 schneiden, so daß die Phasenanpassungsbedingung jedes wellenleitenden Lichtstrahls 21' erfüllt ist, und auf diese Weise die zweite Lichtoberwelle 22 der halben Wellenlänge jedes wellenleitenden Lichtstrahls 21' vom Schnittpunkt der wellenleitenden Lichtstrahlen 21' emittiert wird.
Ebenso wird bei dieser Ausführung die an jedes Prisma 34 angelegte Spannung geändert, so daß sich dessen Brechungsindex durch den elektrooptischen Effekt ändert, wodurch sich ein Schnittwinkel zwischen den wellenleitenden Lichtstrahlen 21' in dem optischen Wellenleiter 32 ändert. Entsprechend wird die an jedes Prisma 34 angelegte Spannung geändert, um die Phasenanpassungsbedingung der wellenleitenden Lichtstrahlen 21' einfach erfüllen zu können und schnell auf Änderungen der Lichtintensität der zweiten Lichtoberwelle 22, verursacht durch Änderungen der Umgebungstemperatur, reagieren zu können.

Beispiel 3

Fig. 3 zeigt einen anderen in der Erfindung verwendeten Lichtwellenlängenwandler, der mit einem optischen Wellenleiter 42 auf einem Substrat 41 aus LiNbO&sub3; ausgestattet ist, das über den optischen nicht linearen Effekt in derselben Weise wie die in den vorhergehenden Beispielen verfügt. Ein Paar Wellenleiterlinsen 43 sind auf dem optischen Wellenleiter 42 angeordnet. Ein Paar Laserstrahlen 21, die durch die Endfläche des optischen Wellenleiters 42 in den optischen Wellenleiter 42 einfallen, breiten sich wie die parallelen wellenleitenden Lichtstrahlen 21' innerhalb des optischen Wellenleiters 42 aus.
Der optische Wellenleiter 42 ist mit einem Paar kammförmiger Elektroden 44 in der Nähe der optischen Wege des Paares der parallelen wellenleitenden Lichtstrahlen 21', die sich in dem optischen Wellenleiter 42 ausbreiten, ausgestattet. Die kammförmigen Elektroden 44 dienen zum Brechen der wellenleitenden Lichtstrahlen 21' durch den akustisch-optischen Effekt und erzeugen eine elastische Oberflächenwelle, wenn eine hochfrequente Wechselspannung an sie angelegt wird. Die von jeder kammförmigen Elektrode 44 erzeugte elastische Oberflächenwelle bricht den wellenleitenden Lichtstrahl 21' in dem optischen Wellenleiter 42 in derselben Weise wie das vorher erwähnte Beugungsgitter. Die Frequenz der an jede kammförmige Elektrode 44 angelegten Wechselspannung kann geändert werden, um die Frequenz der von jeder Elektrode 44 erzeugten elastischen Oberflächenwelle zu ändern.
Ein Paar Laserstrahlen 21, die von einer Lichtquelle (Fig. 5) emittiert werden, treten durch die Endfläche des optischen Wellenleiters 42 in den optischen Wellenleiter 42 ein und breiten sich in paralleler Weise innerhalb des optischen Wellenleiters 42 durch die wellenleitenden Linsen 43 aus. Die wellenleitenden Lichtstrahlen 21' werden von den elastischen Oberflächenwellen der kammförmigen Elektroden 44 gebrochen und schneiden einander in dem optischen Wellenleiter 42. Zu dieser Zeit wird die Frequenz der an jede kammförmige Elektrode 44 angelegten Wechselspannung geändert, wodurch die Frequenz der von jeder kammförmigen Elektrode 44 erzeugten elastischen Oberflächenwelle geändert wird und der Brechungswinkel jedes wellenleitenden Lichtstrahls 21' geändert wird, so daß die Phasenanpassungsbedingung jedes wellenleitenden Lichtstrahls 21' erfüllt werden kann. Folglich entsteht eine zweite Lichtoberwelle 22 mit der Hälfte der Wellenlänge des wellenleitenden Lichtstrahls 21' am Schnittpunkt zwischen den wellenleitenden Lichtstrahlen 21'.
Selbst wenn sich die Intensität der zweiten Lichtoberwelle 22 infolge einer Änderung der Umgebungstemperatur ändert, wird die Frequenz einer an jede kammförmige Elektrode 44 angelegten Wechselspannung geändert, um es zu ermöglichen, daß die Intensität der zweiten Lichtoberwelle 22 einen vorbestimmten Wert annimmt.
Bei dieser Ausführung entsteht, wenn die Schwingungswellenlänge des von der Lichtquelle emittierten Laserstrahls 840 nm beträgt, eine zweite Lichtoberwelle 22, die blau ist und eine Wellenlänge von 420 nm besitzt.
Anstatt der kammförmigen Elektroden 44 können die Prismen von Beispiel 2 verwendet werden, die denselben Effekt wie die von Beispiel 2 erzielen.

Beispiel 4

Fig. 4 zeigt noch einen anderen in der Erfindung verwendeten Lichtwellenlängenwandler, bei dem in derselben Weise wie die von Beispiel 3 ein Paar Laserstrahlen, die auf einen optischen Wellenleiter 42 einfallen, sich in paralleler Weise innerhalb des optischen Wellenleiters 42 durch Wellenleiterlinsen 43 des optischen Wellenleiters 42 ausbreiten und die wellenleitenden Lichtstrahlen 21' werden von den elastischen Oberflächenwellen gebrochen, die von den kammförmigen Elektroden 44 erzeugt werden, so daß sie einander schneiden, wodurch sie die zweite Lichtoberwelle 22 erzeugen. In der vorliegenden Ausführung sind kammförmige Elektroden 47 außerhalb der optischen Wege der wellenleitenden Lichtstrahlen 21' jenseits deren Schnittpunktes angeordnet, an dem die wellenleitenden Lichtstrahlen 21' nicht in die zweite Lichtoberwelle gewandelt werden und durch den die wellenleitenden Lichtstrahlen 21' hindurchgehen.
Wenn eine hochfrequente Wechselspannung an jede kammförmige' Elektrode 47 angelegt wird, erzeugt die kammförmige Elektrode 47 in derselben Art wie die kammförmige Elektrode 44 die elastische Oberflächenwelle so, daß jeder wellenleitende Lichtstrahl 21' dadurch zu der lichtemittierenden Endfläche 42b des optischen Wellenleiters 42 hin gebrochen wird, so daß sie senkrecht zu der lichtabstrahlenden Endfläche 42b sind. Die austrittsseitige Endfläche 42b am optischen Wellenleiter 42 ist mit einem Reflexionsfilm 49a beschichtet, der eine geringe Reflexion in Hinblick auf die zweite Lichtoberwelle und eine hohe Reflexion im Hinblick auf den wellenleitenden Lichtstrahl 21' des optischen Wellenleiters 42 erzielt. Als Ergebnis wird jeder wellenleitende Lichtstrahl 21', der von jeder kammförmigen Elektrode 47 gebrochen wird, durch die lichtemittierende Endfläche 42b so reflektiert, daß er zum optischen Wellenleiter 42 zurückkommt. Die Leistungsdichte des Lichts mit einer Grundwelle erhöht sich durch einen Resonanzeffekt um mehr als das Doppelte, so daß sich die Ausgangsleistung der resultierenden zweiten Lichtoberwelle erhöht. Da die Ausgangsleistung der zweiten Lichtoberwelle proportional zum Quadrat der Leistungsdichte des Lichts mit der Grundwellenlänge ist, erhöht sich die Ausgangsleistung der zweiten Lichtoberwelle um mehr als das Vierfache. Die Einfallsendfläche 42a des optischen Wellenleiters 42 für den Laserstrahl ist mit einem Reflexionsfilm 49a beschichtet, der eine geringe Reflexion im Hinblick auf den Laserstrahl 21 und hohe Reflexion im Hinblick auf die zweite harmonische Welle erzielt.
Diese Filme sind aus wechselnden Schichten zusammengesetzt, die aus zwei Al&sub2;O3 Schichten mit einer Dicke von ((2m+1)/4) * Wellenlänge (worin m eine ganze Zahl ist) und zwei TiO&sub2; Schichten mit einer Dicke von ((2n+1)/4) * Wellenlänge (worin n eine ganze Zahl ist) bestehen.
Wenn die Dicke der Al&sub2;O&sub3; Schicht und der TiO&sub2; Schicht auf 0.83 um eingestellt sind, hat der Reflexionsfilm eine hohe Reflexion. Wenn die Dicke der Al&sub2;O&sub3; Schicht und der TiO&sub2; Schicht auf 0.415 um eingestellt sind, hat der Reflexionsfilm eine geringe Reflexion.
Die sich in dem optischen Wellenleiter 42 ausbreitenden wellenleitenden Lichtstrahlen 21' schneiden einander in derselben Weise wie die in Fig. 3 gezeigten von Beispiel 3, und ein Teil jedes wellenleitenden Lichtstrahls 21' wird als die zweite Lichtoberwelle 22 emittiert, und gleichzeitig jeder wellenleitende Lichtstrahl 21', der nicht in die zweite Lichtoberwelle 22 gewandelt wird, durch den Schnittpunkt hindurchgeht und danach durch die kammförmige Elektrode 47 gebrochen und von der lichtemittierenden Endfläche 42b des optischen Wellenleiters 42 reflektiert wird. Das reflektierte Licht pflanzt sich in der Gegenrichtung in dem optischen Weg des wellenleitenden Lichtstrahls fort, der auf den optischen Wellenleiter von der Einfallsendfläche 42a her eingefallen ist und kehrt dann zur Lichtquelle zurück.
Das Paar Laserstrahlen 21, das von der Lichtquelle wie beispielsweise einer Halbleiterlaseranordnung emittiert wird, ist nicht optisch gekoppelt. Die wellenleitenden Lichtstrahlen 21', die sich in dem optischen Wellenleiter 42 ausbreiten, werden gebrochen, um sich einander durch die von den kammförmigen Elektroden 44 erzeugte elastische Oberflächenwelle zu schneiden. Ein Teil des gebrochenen wellenleitenden Lichtstrahls 21' wird durch eine kammförmige Elektrode 47 gebrochen, die vor der kammförmigen Elektrode 44 angeordnet ist, die zum Brechen des anderen wellenleitenden Lichtstrahl 21' dient und wird optisch gekoppelt mit einem Teil des anderen wellenleitenden Lichtstrahls 21', der sich direkt fortpflanzt, ohne durch die entsprechende kammförmige Elektrode 44 und die besagte eine kammförmige Elektrode 47 gebrochen zu werden.
In den vorher beschriebenen Beispielen, ist das Substrat, das den optischen nichtlinearen Effekt erzielt, aus LiNbO&sub3; zusammengesetzt, das alternativ aus einem Halbleitermaterial, wie beispielsweise ZnS oder ZnSe zusammengesetzt sein kann, das über einen optischen nichtlinearen Effekt verfügt, aus einem anorganischen Material, wie beispielsweise KTP, KDB, ZnO, BNN oder BOO, oder aus einem organischen Material, wie beispielsweise MNA oder POM das über denselben Effekt verfügt.

Beispiel 5

Fig. 5 zeigt eine Lichtquelle, die den oben erwähnten Lichtwellenlängenwandler mit einem Paar Laserstrahlen 21 von beispielsweise einer Halbleiterlaseranordnung 51 durch optische Systeme 52 bestrahlt. Die Halbleiterlaseranordnung 51 ist an ihrer Oberfläche, die gegenüber der Laserschwingungsoberfläche des Lichtwellenlängenwandlers liegt, mit einem Paar reflektierender Spiegel 53 und einem Paar Linsen 54 versehen, um die Schwingungswellenlängen dieser von der Halbleiterlaseranordnung 51, den Linsen 54 und den reflektierenden Spiegeln 53 emittierten Laserstrahlen anzugleichen, die das Paar Laserstrahlen 21 koppeln, die von der Halbleiterlaseranordnung 51 erzeugt wurden. Natürlich können auch konkave Spiegel anstatt' der reflektierenden Spiegel 53 verwendet werden. Auch sind die in den Lichtwellenlängenwandler einfallenden Laserstrahlen nicht auf die von der Halbleiterlaseranordnung erzeugten beschränkt, sondern es können die Laserstrahlen alternativ von den Facetten eines Halbleiterlasers vom Einzelstreifentyp erzeugt werden.

Beispiel 6

Fig. 6 zeigt eine andere Lichtquelle, die den oben erwähnten Lichtwellenlängenwandler mit einem Paar Laserstrahlen 21 bestrahlt, die beispielsweise von einer Halbleiterlaseranordnung 55 emittiert werden. Die lichtabstrahlende Facette 55a der Halbleiterlaseranordnung 55 ist am Laser mit einem Reflexionsfilm 56 beschichtet, der eine geringe Reflexion im Hinblick auf den zu erzeugenden Laserstrahl erzielt, und die lichtreflektierende Facette 55b der Laseranordnung 55 ist mit einem Reflexionsfilm 57 beschichtet, der eine Reflexion im Hinblick auf den zu erzeugenden Laserstrahl erzielt.
Wenn ein Paar Laserstrahlen 21 von der Facette 55a der Halbleiterlaseranordnung 55 zur Lichtwellenlänge des Lichtwellenlängenwandlers emittiert werden, wird, weil die andere Facette 55b der Halbleiterlaseranordnung 55 mit dem Reflexionsfilm 57 beschichtet ist, kein Laserstrahl von der Facette 55b emittiert.
Weil der Lichtwellenlängenwandler der Erfindung über Lichtablenkmittel verfügt, um auf der Basis eines elektrischen Signals die Richtung des wellenleitenden Lichtstrahls zu ändern, das sich innerhalb des optischen Wellenleiters schneidet, kann die Phasenanpassungsbedingung jedes wellenleitenden Lichtstrahls einfach auf der Basis des elektrischen Signals erfüllt werden, was es ermöglicht, die zweite Lichtoberwelle leicht zu erzeugen. Ferner können Änderungen in der Intensität der zweiten Lichtoberwelle verursacht durch Änderungen der Umgebungstemperatur einfach und schnell korrigiert werden.
Es versteht sich, daß zahlreiche andere Modifikationen für. Fachleute offensichtlich sind und leicht von diesen ausgeführt werden können, ohne den Bereich dieser Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Betriebsverfahren für eine Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Oberwelle, wobei die Vorrichtung enthält:

ein Substrat (11, 31, 41) aus einem Material, mit dem sich ein nichtlinearer Effekt erzielen läßt;

einen im Substrat ausgebildeten optischen Wellenleiter (12, 32, 42);

eine Lichtquelle, die in den optischen Wellenleiter ein Lichtwellenpaar mit einer Grundwellenlänge einstrahlt, wobei sich das Lichtwellenpaar innerhalb des optischen Wellenleiters ausbreitet und dabei eine zweite Lichtoberwelle erzeugt; und ein Lichtablenkmittel (13, 34, 44), das den Schnittwinkel zwischen dem Paar von Lichtwellen ändert;

dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren einen Schritt umfaßt, durch den das Austreten der erzeugten zweiten Lichtoberwelle gesteuert wird, indem der Schnittwinkel durch ein an das Lichtablenkmittel angelegtes elektrisches Signal geändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Lichtablenkmittel ein oder ein Paar Beugungsgitterkoppler (13) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Lichtablenkmittel ein Paar Prismen mit einem elektro-optischen Effekt verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Lichtablenkmittel eine von einer kammförmigen Elektrode (44, 47) angeregte elastische Oberflächenwelle verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Lichtwellenpaar durch einen Halbleiterlaser emittiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem hinter dem Halbleiterlaser ein Paar von reflektierenden Spiegeln so angeordnet ist, daß die Spiegel das von dem Halbleiterlaser emittierte Paar von Lichtwellen optisch koppeln.

7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Frontfläche des Halbleiterlasers (55), von dem die Lichtwellen emittiert werden, mit einem Reflexionsfilm (56) beschichtet ist, der eine geringe Reflexion hinsichtlich der Lichtwellen bewirkt, und daß die gegenüber der Frontfläche angeordnete Rückfläche des Halbleiterlasers mit einem Reflexionsfilm (57) beschichtet ist, der für die Lichtwellen eine große Reflexion bewirkt.