JP2000171844A - Optical wavelength conversion element, coherent beam generating device using the element and optical information processor - Google Patents
Optical wavelength conversion element, coherent beam generating device using the element and optical information processorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、コヒーレント光源
を応用した光情報処理或いは光応用計測分野に使用され
る波長変換素子、並びにそれを使用したコヒーレント光
発生装置、及びそのコヒーレント光発生装置を用いた光
情報処理装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wavelength conversion element used in optical information processing or optical measurement using a coherent light source, a coherent light generator using the same, and a coherent light generator using the same. Optical information processing device.
【０００２】本発明はまた、半導体レーザと光波長変換
素子とが組み合わされて構成されている短波長光源、並
びにそのような短波長光源を使用する光ディスクシステ
ムに関する。[0002] The present invention also relates to a short wavelength light source configured by combining a semiconductor laser and an optical wavelength conversion element, and an optical disk system using such a short wavelength light source.
【０００３】[0003]
【従来の技術】非線形光学効果を利用した光波長変換素
子は、波長変換により光の波長を変換することでレーザ
光源の使用波長の拡大が図れるため、多くの分野で利用
されている。例えば、第２高調波を利用した波長変換で
は、レーザ光を、半分の波長の第２高調波に波長変換
し、従来は難しかった短波長の光の実現を可能にする。
更に、パラメトリック発振を利用すると、単一波長の光
源から連続的に波長の異なる光を発生することが可能と
なり、波長可変光源を実現できる。また、和周波数を利
用すれば、波長の異なる２つの光を第３の波長の光に変
換することができる。2. Description of the Related Art An optical wavelength conversion element utilizing a non-linear optical effect is used in many fields because the wavelength used by a laser light source can be expanded by converting the wavelength of light by wavelength conversion. For example, in the wavelength conversion using the second harmonic, the laser light is wavelength-converted into the second harmonic having a half wavelength, thereby realizing short wavelength light which has been difficult in the past.
Furthermore, if parametric oscillation is used, light of a different wavelength can be continuously generated from a light source of a single wavelength, and a wavelength tunable light source can be realized. Further, if the sum frequency is used, two lights having different wavelengths can be converted into light having a third wavelength.
【０００４】このような非線形光学効果を利用した光の
波長変換には、変換する前の基本波と変換後の高調波と
の間で、位相整合条件が成立する必要がある。このため
の手法としては、例えば、結晶の複屈折を利用して基本
波と高調波との間で結晶中の伝搬速度を揃える複屈折率
法、非線形グレーティングを利用して位相整合をとる擬
似位相整合法などがある。[0004] In wavelength conversion of light utilizing such a nonlinear optical effect, a phase matching condition must be established between a fundamental wave before conversion and a harmonic wave after conversion. For this purpose, for example, a birefringence index method in which the propagation velocity in a crystal is made uniform between a fundamental wave and a harmonic wave using birefringence of a crystal, and a quasi-phase method in which phase matching is performed using a nonlinear grating There is a matching method.
【０００５】ところが、実際には、これらの位相整合条
件を満足する波長の許容度が極端に狭いため、基本波の
波長を非常に高い精度で制御する必要があり、出力を安
定させることが困難である。However, actually, since the tolerance of the wavelength satisfying these phase matching conditions is extremely narrow, it is necessary to control the wavelength of the fundamental wave with very high accuracy, and it is difficult to stabilize the output. It is.
【０００６】そこで、これらの波長許容度を広げて、光
波長変換の安定性を増す検討が行われた。図３３には、
波長許容度の拡大を目的とした従来の光波長変換素子の
構成図を示す（特願平３−１６１９８号参照）。以下に
は、０．８４μｍの波長の基本波Ｐ１に対する波長０．
４２μｍの２次高調波Ｐ２の発生について、図３３を参
照して詳しく述べる。Accordingly, studies have been made to increase the tolerance of these wavelengths to increase the stability of light wavelength conversion. In FIG.
FIG. 1 shows a configuration diagram of a conventional optical wavelength conversion element for the purpose of expanding the wavelength tolerance (see Japanese Patent Application No. 3-16198). In the following, the wavelength 0.
The generation of the second harmonic P2 of 42 μm will be described in detail with reference to FIG.
【０００７】図３３の構成では、ＬｉＮｂＯ3基板１１
０１に光導波路１１０２が形成され、更に光導波路１１
０２には、周期的に分極の反転した層１１０３（分極反
転層）が形成されている。基本波Ｐ１と発生する高調波
Ｐ２との伝搬定数の不整合を分極反転層１１０３の周期
構造で補償することにより、高効率に第２高調波Ｐ２を
発生することができる。In the configuration shown in FIG. 33, the LiNbO 3 substrate 11
01, an optical waveguide 1102 is formed, and
In 02, a layer 1103 (polarization inversion layer) having periodically inverted polarization is formed. The second harmonic P2 can be generated with high efficiency by compensating for the mismatch of the propagation constant between the fundamental wave P1 and the generated harmonic P2 with the periodic structure of the domain-inverted layer 1103.
【０００８】このように周期的な分極反転層１１０３に
より波長変換を行う光波長変換素子は、高い変換効率を
持つ反面で、波長変換が可能となる位相整合波長許容度
が非常に狭い。そこで、図３３の構成では、光導波路１
１０２の伝搬定数を部分的に変えることにより、光波長
変換素子の波長許容度の拡大を図っている。光導波路１
１０２の伝搬定数を変えると、光導波路１１０２におけ
る位相整合波長が変化する。位相整合条件とは、波長変
換素子において波長変換が可能となる条件のことで、こ
の条件が成立する入射光の波長のことを位相整合波長と
いう。そこで、光導波路１１０２の幅を領域Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄと部分的に変化させると、それぞれの領域におけ
る光導波路１１０２の幅に応じて、位相整合波長が異な
ってくる。そのため、入射光の波長が変わっても、異な
る光導波路幅を有する領域Ａ〜Ｄの何れかで位相整合条
件が成立するため、素子全体の位相整合波長が増大す
る。その結果、光波長変換素子の波長許容度が増加し、
安定な波長変換素子が作製できる。各領域Ａ〜Ｄの間の
位相整合条件は、各領域Ａ〜Ｄのにおける光導波路１１
０２の深さ、或いは、各領域Ａ〜Ｄの間の分極反転層１
１０３の周期を変えても実現できて、これらの場合でも
同様に、波長許容度の大きな光波長変換素子が得られ
る。As described above, the optical wavelength conversion element that performs wavelength conversion by the periodic domain inversion layer 1103 has a high conversion efficiency, but has a very narrow phase matching wavelength allowance that enables wavelength conversion. Therefore, in the configuration of FIG.
By partially changing the propagation constant of 102, the wavelength tolerance of the optical wavelength conversion element is expanded. Optical waveguide 1
Changing the propagation constant of 102 changes the phase matching wavelength in optical waveguide 1102. The phase matching condition is a condition under which wavelength conversion can be performed in the wavelength conversion element, and a wavelength of incident light that satisfies this condition is referred to as a phase matching wavelength. Therefore, the width of the optical waveguide 1102 is changed to the regions A, B,
When C and D are partially changed, the phase matching wavelength differs according to the width of the optical waveguide 1102 in each region. Therefore, even if the wavelength of the incident light changes, the phase matching condition is satisfied in any of the regions A to D having different optical waveguide widths, and the phase matching wavelength of the entire device increases. As a result, the wavelength tolerance of the optical wavelength conversion element increases,
A stable wavelength conversion element can be manufactured. The phase matching condition between the regions A to D is such that the optical waveguide 11 in each of the regions A to D
02 or the domain-inverted layer 1 between the regions A to D
This can be realized even by changing the period of 103, and in these cases as well, an optical wavelength conversion element having a large wavelength tolerance can be obtained.
【０００９】更に、周期状の分極反転構造と位相制御部
とを組み合わせた構成についても、報告されている（特
願平４−０７０７２６号）。図３４には、そのような手
法によって許容度拡大を実現した従来の光波長変換素子
の構成を示す。Further, a configuration in which a periodic domain-inverted structure is combined with a phase control unit has also been reported (Japanese Patent Application No. 4-070726). FIG. 34 shows a configuration of a conventional optical wavelength conversion element in which the tolerance is expanded by such a method.
【００１０】図３４に示された光波長変換素子は、非線
形光学結晶１１０１の上に、複数の分極反転領域１１０
５と、分極反転領域１１０５の間に形成された位相制御
部１１０６と、を備える。各分極反転領域１１０５にお
ける位相整合条件の差を利用し、位相整合波長許容度の
拡大を図るとともに、各分極反転領域１１０５の間で発
生する位相不整合を位相制御部１１０６により調整する
ことで、基本波Ｐ１の波長変動に対する高調波Ｐ２の出
力変動の低減を図っている。The optical wavelength conversion element shown in FIG. 34 has a plurality of domain-inverted regions 110 on a nonlinear optical crystal 1101.
5 and a phase control unit 1106 formed between the domain-inverted regions 1105. By using the difference in the phase matching condition in each domain-inverted region 1105 to increase the phase matching wavelength tolerance and adjusting the phase mismatch generated between the domain-inverted regions 1105 by the phase control unit 1106, The output fluctuation of the harmonic P2 with respect to the wavelength fluctuation of the fundamental wave P1 is reduced.
【００１１】更に、分極反転領域１１０５の数を増大さ
せることで、更に広い波長範囲に渡って、位相整合波長
許容度の拡大が可能である。例えば、分極反転領域１１
０５が３分割構造（ｎ＝３）及び４分割構造（ｎ＝４）
を有する場合の基本波波長と第２高調波（ＳＨＧ）出力
との関係を示したチューニングカーブを、図３５（ａ）
及び（ｂ）にそれぞれ示す。これより、分割数を増すこ
とで、波長許容度を大幅に拡大できることがわかる。Further, by increasing the number of the domain-inverted regions 1105, it is possible to expand the tolerance of the phase matching wavelength over a wider wavelength range. For example, the domain-inverted region 11
05 is a three-segment structure (n = 3) and a four-segment structure (n = 4)
FIG. 35 (a) shows a tuning curve showing the relationship between the fundamental wavelength and the second harmonic (SHG) output when
And (b) respectively. From this, it can be seen that the wavelength tolerance can be greatly increased by increasing the number of divisions.
【００１２】更に、分極反転の周期構造を変調すること
で位相整合波長許容度の拡大を可能にする試みも、報告
されている。[0012] Further, attempts have been reported to modulate the periodic structure of the domain inversion to increase the tolerance of the phase matching wavelength.
【００１３】例えば、栖原らによりIEEE Journal of Qu
antum Electronics、ｖｏｌ．２６、ｐｐ．１２６５−
１２７６、１９９０に報告されているように、分極反転
の周期構造をチャープ状に変化させることで、位相整合
波長の許容度を拡大する方法が報告されている。具体的
には、ここでは、分極反転の周期を距離に比例して増大
させる線形チャープ構造による位相整合波長許容度の拡
大方法が、提案されている。この場合には、位相ズレが
線形に変化する分極反転構造により、位相整合カーブの
大幅な増大が可能である。For example, by Suhara et al., IEEE Journal of Qu
antum Electronics, vol. 26 pp. 1265-
As reported in 1276 and 1990, there has been reported a method of expanding the tolerance of the phase matching wavelength by changing the periodic structure of the domain inversion into a chirp. Specifically, here, a method of extending the phase matching wavelength tolerance by a linear chirp structure that increases the period of polarization inversion in proportion to the distance has been proposed. In this case, the phase matching curve can be greatly increased by the domain-inverted structure in which the phase shift changes linearly.
【００１４】一方、近年、波長７８０ｎｍ帯の近赤外半
導体レーザや波長６７０ｎｍの赤色半導体レーザを用い
た光ディスクシステムの開発が活発である。光ディスク
の高密度化を実現するためには、小さなスポット形状を
再生することが望まれる。そのためには、集光レンズの
高ＮＡ（開口数）化や光源の短波長化が必要となる。On the other hand, in recent years, an optical disk system using a near-infrared semiconductor laser having a wavelength of 780 nm or a red semiconductor laser having a wavelength of 670 nm has been actively developed. In order to realize a high density optical disc, it is desired to reproduce a small spot shape. For that purpose, it is necessary to increase the NA (numerical aperture) of the condenser lens and shorten the wavelength of the light source.
【００１５】光源の短波長化技術として、近赤外半導体
レーザと擬似位相整合（以下、「ＱＰＭ」と記す）方式
の分極反転型光導波路デバイス（山本、他：Optics Let
ters、Vol.16、No.15、第1156頁、1991）とを用いた第
２高調波発生（以下、「ＳＨＧ」と記す）技術がある。As a technology for shortening the wavelength of a light source, a near-infrared semiconductor laser and a quasi phase matching (hereinafter referred to as "QPM") type polarization inversion type optical waveguide device (Yamamoto, et al .: Optics Let)
ters, Vol. 16, No. 15, p. 1156, 1991), there is a second harmonic generation (hereinafter referred to as "SHG") technique.
【００１６】分極反転型光波長変換素子を用いた短波長
光源（ＳＨＧブルーレーザ）の概略構成図を、図１５に
示す。FIG. 15 shows a schematic configuration diagram of a short wavelength light source (SHG blue laser) using a polarization inversion type optical wavelength conversion element.
【００１７】図１５において、３８は、０．８５μｍ帯
の１００ｍＷ級ＡｌＧａＡｓ系波長可変型ＤＢＲ（分布
ブラッグ反射型：distributed Bragg reflector）半導
体レーザ、３９は、ＮＡ＝０．５のコリメートレンズ、
４０は、ＮＡ＝０．５のフォーカシングレンズ、４１は
光波長変換素子である。波長可変型ＤＢＲ半導体レーザ
３８は、発振波長を固定するためのＤＢＲ部と実際にレ
ーザ発振を起こす活性部とを含み、ＤＢＲ部には、発振
波長を可変するために内部ヒータが形成されている。Ｄ
ＢＲ部に対する電流注入を行うことにより、発振波長を
可変することができる。典型的には、注入電流１００ｍ
Ａに対して２ｎｍの波長可変領域が得られる。In FIG. 15, reference numeral 38 denotes a 100-mW-class AlGaAs wavelength-variable DBR (distributed Bragg reflector) semiconductor laser in a 0.85 μm band, 39 denotes a collimating lens having an NA = 0.5,
40 is a focusing lens with NA = 0.5, and 41 is an optical wavelength conversion element. The wavelength tunable DBR semiconductor laser 38 includes a DBR section for fixing the oscillation wavelength and an active section for actually causing laser oscillation, and the DBR section is provided with an internal heater for varying the oscillation wavelength. . D
By injecting current into the BR section, the oscillation wavelength can be varied. Typically, an injection current of 100 m
A wavelength tunable region of 2 nm is obtained for A.
【００１８】次に、光波長変換素子４１の構成について
説明する。Next, the configuration of the light wavelength conversion element 41 will be described.
【００１９】光波長変換素子４１は、ｘカットＭｇドー
プＬｉＮｂＯ3基板４２の上に形成されたプロトン交換
光導波路４３と、２次元電界印加法により作製された周
期的分極反転領域４４とを含む。周期的分極反転領域４
４を形成するためには、まず周期３．２μｍの櫛形電極
及び平行電極を＋Ｘ基板４２の上面に形成し、また、＋
Ｘ基板４２の裏面にボトム電極としてＴａ膜を蒸着す
る。そして、基板４２の上面及び裏面の間に４Ｖの電圧
を印加しながら、パルス幅１００ｍｓで０．４Ｖのパル
ス電圧を＋Ｘ基板４２の上面に印加し、これによって周
期的分極反転領域４４を形成する。The light wavelength conversion element 41 includes a proton exchange optical waveguide 43 formed on an x-cut Mg-doped LiNbO 3 substrate 42, and a periodically poled region 44 formed by a two-dimensional electric field application method. Periodically domain-inverted region 4
In order to form 4, first, a comb-shaped electrode and a parallel electrode having a period of 3.2 μm are formed on the upper surface of the + X substrate 42.
On the back surface of the X substrate 42, a Ta film is deposited as a bottom electrode. Then, while applying a voltage of 4 V between the upper and lower surfaces of the substrate 42, a pulse voltage of 0.4 V with a pulse width of 100 ms is applied to the upper surface of the + X substrate 42, thereby forming the periodically poled region 44. .
【００２０】次に、電極をエッチング除去した後にスト
ライプ状のマスクを形成し、ピロリン酸中でプロトン交
換して光導波路４３を形成する。光導波路４３は、典型
的には幅４μｍ、深さ２μｍ、長さ１０ｍｍである。光
導波路４３の端面には、無反射コートが施されている。Next, after the electrodes are removed by etching, a striped mask is formed, and proton exchange is performed in pyrophosphoric acid to form an optical waveguide 43. The optical waveguide 43 is typically 4 μm in width, 2 μm in depth, and 10 mm in length. The end face of the optical waveguide 43 is provided with a non-reflection coating.
【００２１】上記の構成を有する光導波路素子４１の基
本波波長に対する波長変換特性を評価したところ、典型
的には、ブルー光（高調波光）の出力レベルが半分にな
る半値全幅が０．０８ｎｍとなる。When the wavelength conversion characteristics of the optical waveguide device 41 having the above-described configuration with respect to the fundamental wavelength were evaluated, typically, the full width at half maximum where the output level of blue light (harmonic light) was halved was 0.08 nm. Become.
【００２２】波長可変型ＤＢＲ半導体レーザ３８から出
射されたレーザ光は、コリメートレンズ３９とフォーカ
シングレンズ４０とにより、光波長変換素子４１の光導
波路４３に結合される。典型的には、１００ｍＷのレー
ザ出力に対して、７０ｍＷのレーザ光が光導波路４３に
結合する。波長可変型ＤＢＲ半導体レーザ３８のＤＢＲ
部への注入電流量を制御し、発振波長を光波長変換素子
４１の位相整合波長の許容波長範囲内に固定することに
より、約１５ｍＷのブルー光（高調波光）が得られる。The laser light emitted from the tunable DBR semiconductor laser 38 is coupled to the optical waveguide 43 of the optical wavelength conversion element 41 by the collimating lens 39 and the focusing lens 40. Typically, for a laser output of 100 mW, a laser light of 70 mW couples to the optical waveguide 43. DBR of tunable DBR semiconductor laser 38
By controlling the amount of current injected into the section and fixing the oscillation wavelength within the allowable wavelength range of the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element 41, blue light (harmonic light) of about 15 mW can be obtained.
【００２３】ブルー光（高調波光）出力を安定化させる
ために、上記の構成に更に制御回路を付加することがあ
る。その場合には、まず、出力されるレーザ光強度が設
定値（例えば１００ｍＷ）になるように、制御回路から
活性部に対して電流注入を行う。その後に、波長変換に
より得られた高調波光出力を光検出器により検出し、高
調波光出力を安定化する。光検出器としては、Ｓｉ−Ｐ
ＩＮフォトダイオードが用いられ得る。In order to stabilize the output of blue light (harmonic light), a control circuit may be further added to the above configuration. In that case, first, current injection is performed from the control circuit to the active portion so that the output laser beam intensity becomes a set value (for example, 100 mW). Thereafter, the harmonic light output obtained by the wavelength conversion is detected by the photodetector, and the harmonic light output is stabilized. As a photodetector, Si-P
IN photodiodes can be used.
【００２４】より具体的には、ＤＢＲ部へ注入する電流
を変化させて波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの発振波長
を可変すると、その発振波長は、モードホップを繰り返
しながら注入電流の増加に対して長波長側に波長シフト
する。そこで、注入電流を０ｍＡ〜１００ｍＡの範囲で
可変して発振波長をスキャンしながら、光検出器から出
力される信号を検出し、ブルー光（高調波光）出力が最
大になるＤＢＲ注入電流Ｉｄｂｒを制御回路に記憶す
る。例えば、注入電流Ｉｄｂｒ＝５０ｍＡであるときに
高調波光の最大出力５ｍＷが得られたとすると、次に、
注入電流Ｉｄｂｒを５０ｍＡよりも１０ｍＡ低い４０ｍ
Ａまで下げた後に、再び記憶された電流値（５０ｍＡ）
までＤＢＲ電流Ｉｄｂｒを上昇させて、レーザ光の発振
波長を波長変換素子の位相整合波長に固定する。More specifically, when the oscillation wavelength of the tunable DBR semiconductor laser is varied by changing the current injected into the DBR section, the oscillation wavelength becomes longer with increasing injection current while repeating mode hops. The wavelength shifts to the wavelength side. Therefore, while scanning the oscillation wavelength while varying the injection current in the range of 0 mA to 100 mA, the signal output from the photodetector is detected, and the DBR injection current Idbr at which the blue light (harmonic light) output is maximized is controlled. Store it in the circuit. For example, if a maximum output of harmonic light of 5 mW is obtained when the injection current Idbr = 50 mA, then:
Injection current Idbr is set to 40 m which is 10 mA lower than 50 mA.
After decreasing to A, the current value stored again (50 mA)
The DBR current Idbr is raised to fix the oscillation wavelength of the laser light to the phase matching wavelength of the wavelength conversion element.
【００２５】以上のような操作によって、５ｍＷの最大
ブルー光（高調波光）出力５ｍＷが安定して得られる。With the above operation, a maximum blue light (harmonic light) output of 5 mW of 5 mW can be stably obtained.
【００２６】このように、半導体レーザから出力される
レーザ光を基本波光として光波長変換素子に入力して高
調波光に波長変換する短波長光源では、高効率波長変換
を実現するためには位相整合条件を満たす必要があり、
一般にその許容波長幅は小さい。そのため、半導体レー
ザと光波長変換素子とを組み合わせて構成されている短
波長光源においては、基本波を供給する半導体レーザと
して、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザが用いられる。波
長可変型ＤＢＲ半導体レーザには、波長を固定して可変
するためのＤＢＲ領域が形成されており、このＤＢＲ領
域へ電流注入を行うことにより、２ｎｍ程度の波長可変
範囲を実現できる。As described above, in a short-wavelength light source which inputs a laser beam output from a semiconductor laser as a fundamental wave beam into an optical wavelength conversion element and converts the wavelength into a harmonic wave, a phase matching is required to realize a highly efficient wavelength conversion. Must meet the conditions,
Generally, the allowable wavelength width is small. Therefore, in a short wavelength light source configured by combining a semiconductor laser and an optical wavelength conversion element, a wavelength tunable DBR semiconductor laser is used as a semiconductor laser that supplies a fundamental wave. The tunable DBR semiconductor laser has a DBR region for fixing and tunable wavelength, and by injecting current into this DBR region, a tunable range of about 2 nm can be realized.
【００２７】[0027]
【発明が解決しようとする課題】上記のように、分極反
転層を基本とした光波長変換素子において、素子を２つ
以上の領域に分割し、各領域間の位相整合条件を変える
ことにより波長変換素子変換素子の波長許容度を増大さ
せる方法では、各領域における位相整合波長が異なるた
め、広い波長範囲において第２高調波が発生する。しか
し、従来の光波長変換素子では、比較的広い範囲に波長
許容範囲を拡大するのは容易であるが、それに伴う波長
変換素子の変換効率の低下が激しい。例えば、位相整合
波長許容度を１０倍に拡大すれば、変換効率は１／１０
に低下し、高効率の出力特性を有したまま安定な高調波
出力を得ることができない。As described above, in the optical wavelength conversion element based on the domain-inverted layer, the element is divided into two or more regions, and the wavelength is adjusted by changing the phase matching condition between the regions. In the method of increasing the wavelength tolerance of the conversion element, the second harmonic is generated in a wide wavelength range because the phase matching wavelength in each region is different. However, in the conventional optical wavelength conversion element, although it is easy to expand the allowable wavelength range to a relatively wide range, the conversion efficiency of the wavelength conversion element is drastically reduced. For example, if the phase matching wavelength tolerance is expanded ten times, the conversion efficiency becomes 1/10.
, And it is not possible to obtain a stable harmonic output while having high-efficiency output characteristics.
【００２８】また、従来の光波長変換素子における光導
波路全体に電圧を印加する構成においては、高効率の変
換特性を実現するには、印加電圧分布に高い均一性が要
求される。このため、高効率な変換特性を達成したまま
で、位相整合波長を変化させることが難しい。更に、光
波長変換素子の全体を一定の温度にするには、広い面積
の温度を制御する必要があり、消費電力が大きくなる。Further, in a configuration in which a voltage is applied to the entire optical waveguide in a conventional optical wavelength conversion element, a high uniformity is required in an applied voltage distribution in order to realize high conversion efficiency. For this reason, it is difficult to change the phase matching wavelength while achieving highly efficient conversion characteristics. Furthermore, in order to keep the entire optical wavelength conversion element at a constant temperature, it is necessary to control the temperature of a wide area, which increases power consumption.
【００２９】更に、光波長変換素子の位相整合波長を可
変して安定な出力を得るには、印加電圧により波長を制
御し、特定の波長を選択した後に、印加電圧を固定する
必要がある。ところが、ＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3など
の電気光学効果を有する材料においては、ＤＣドリフト
の問題があり、一定の電圧を印加すると電極間に印加電
圧を打ち消す電荷が発生して、印加電圧が徐々に変化す
るという問題が発生する。このため、一定のＤＣ電圧を
導波路全体に安定に印加するのが難しいとともに、均一
な電界分布を光導波路全体に渡って形成することも困難
である。Furthermore, in order to obtain a stable output by varying the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element, it is necessary to control the wavelength by an applied voltage, select a specific wavelength, and then fix the applied voltage. However, materials having an electro-optical effect, such as LiNbO 3 and LiTaO 3 , have a problem of DC drift. When a constant voltage is applied, charges that cancel the applied voltage are generated between the electrodes, and the applied voltage gradually changes. Problem arises. For this reason, it is difficult to stably apply a constant DC voltage to the entire waveguide, and it is also difficult to form a uniform electric field distribution over the entire optical waveguide.
【００３０】更に、電気光学効果により変化可能な屈折
率は１０-4程度であるために、これによって得られる変
調可能な位相整合波長の範囲が、０．１ｎｍ程度以下に
限定される。Furthermore, since the refractive index that can be changed by the electro-optic effect is about 10 -4 , the range of the modulatable phase matching wavelength obtained by this is limited to about 0.1 nm or less.
【００３１】一方、短波長光源に関して、波長可変型Ｄ
ＢＲ半導体レーザ及び分極反転型光波長変換素子が組み
合わされている短波長光源において、波長可変型ＤＢＲ
半導体レーザは、モードホップ（モード間隔：０．１１
ｎｍ）を繰り返しながら長波長側に発振波長が変化す
る。一方、分極反転型光波長変換素子は、１０ｎｍの素
子長に対して、その動作特性（チューニングカーブ特
性）における位相整合波長の許容波長幅が、半値全幅で
０．０８ｎｍであり、出力レベルがピーク出力レベルの
９５％となる波長幅が０．０２ｎｍと小さい。On the other hand, with respect to the short wavelength light source,
In a short wavelength light source in which a BR semiconductor laser and a polarization inversion type optical wavelength conversion element are combined, a wavelength tunable DBR
The semiconductor laser has a mode hop (mode interval: 0.11).
nm), the oscillation wavelength changes to the longer wavelength side. On the other hand, the polarization inversion type optical wavelength conversion element has an allowable wavelength width of the phase matching wavelength in the operation characteristic (tuning curve characteristic) of 0.08 nm in full width at half maximum with respect to the element length of 10 nm, and the output level is peak. The wavelength width corresponding to 95% of the output level is as small as 0.02 nm.
【００３２】図１６（ａ）及び（ｂ）では、このような
波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの各モードの発振波長Ａ
と分極反転型光波長変換素子のチューニングカーブ特性
Ｂとの関係を、横軸に波長、縦軸に高調波光出力をとっ
た図に模式的に示している。FIGS. 16A and 16B show the oscillation wavelength A of each mode of such a wavelength tunable DBR semiconductor laser.
The relationship between the wavelength and the tuning curve characteristic B of the domain-inverted optical wavelength conversion element is schematically shown in a graph in which the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents harmonic light output.
【００３３】図１６（ａ）のように、波長可変型ＤＢＲ
半導体レーザのある発振モードの波長が分極反転型光波
長変換素子のチューニングカーブ特性のピークの近傍に
ある場合には、ＤＢＲ領域への注入電流を制御すること
により、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの発振波長を、
最大変換効率が得られる位相整合波長（図中の特性Ｂの
ピークに相当する）に固定することが可能である。しか
し、図１６（ｂ）のように両者が大きくずれている場合
には、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの縦モード間隔が
例えば０．１１ｎｍであるために、最大変換効率の５０
％程度の変換効率しか得られない。このような場合に
は、何らかの方法で、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの
発振波長を最大変換効率が得られる位相整合波長に調整
する必要がある。As shown in FIG. 16A, a tunable DBR
When the wavelength of a certain oscillation mode of the semiconductor laser is near the peak of the tuning curve characteristic of the domain-inverted optical wavelength conversion element, the oscillation current of the tunable DBR semiconductor laser is controlled by controlling the injection current into the DBR region. Wavelength
It is possible to fix the phase matching wavelength at which the maximum conversion efficiency is obtained (corresponding to the peak of the characteristic B in the figure). However, when both are largely deviated as shown in FIG. 16B, since the longitudinal mode interval of the wavelength tunable DBR semiconductor laser is, for example, 0.11 nm, the maximum conversion efficiency of 50 nm is obtained.
% Conversion efficiency. In such a case, it is necessary to adjust the oscillation wavelength of the tunable DBR semiconductor laser to a phase matching wavelength at which the maximum conversion efficiency is obtained by some method.
【００３４】上記の目的のための一つの方法として、波
長可変型ＤＢＲ半導体レーザにおける駆動電流（活性部
への注入電流）を変換させると、その発振波長は０．０
１ｎｍオーダで変化する。例えば、ＡｌＧａＡｓ系の波
長可変型ＤＢＲ半導体レーザでは、０．０２ｎｍ／１０
ｍＡで変化する。As one method for the above purpose, when the drive current (injection current to the active portion) in the wavelength tunable DBR semiconductor laser is converted, the oscillation wavelength becomes 0.0
It changes on the order of 1 nm. For example, in an AlGaAs-based tunable DBR semiconductor laser, 0.02 nm / 10
It changes in mA.
【００３５】しかし、図１６（ａ）及び（ｂ）を参照し
て上記で説明したように、従来の光波長変換素子では、
出力レベルがピーク出力の９５％となる波長幅が±０．
０１ｎｍであるので、基本波光や高調波光の出力を一定
にするために駆動電流を定出力駆動（Auto Power Contr
ol：ＡＰＣ駆動）させると、発振波長も変化する。すな
わち、制御ループは発散方向にあって、収束できない。
例えば、基本波光出力を５％変化させることによって高
調波光出力を１０％程度変化させようとすると、発振波
長は０．０２ｎｍ程度変化して、変換効率が２０％程度
低下する。その結果として、波長可変型ＤＢＲ半導体レ
ーザと分極反転型光波長変換素子との組合せとして構成
される従来の短波長光源においては、ＡＰＣ駆動による
制御の実施は、実際には非常に困難である。However, as described above with reference to FIGS. 16A and 16B, in the conventional optical wavelength conversion element,
The wavelength width at which the output level becomes 95% of the peak output is ± 0.
Since it is 01 nm, the drive current is set to a constant output drive (Auto Power Control) in order to keep the output of the fundamental light and the harmonic light constant.
ol: APC drive), the oscillation wavelength also changes. That is, the control loop is in the divergent direction and cannot converge.
For example, if it is attempted to change the harmonic light output by about 10% by changing the fundamental light output by 5%, the oscillation wavelength changes by about 0.02 nm, and the conversion efficiency decreases by about 20%. As a result, in a conventional short wavelength light source configured as a combination of a wavelength tunable DBR semiconductor laser and a polarization inversion type optical wavelength conversion element, it is actually very difficult to perform control by APC driving.
【００３６】或いは、電子冷却素子などにより、波長可
変型ＤＢＲ半導体レーザ及び分極反転型光波長変換素子
が搭載されているモジュール全体の温度を制御して、波
長可変型ＤＢＲ半導体レーザの発振波長を最大変換効率
が得られる位相整合波長に調整することも可能である。Alternatively, the temperature of the entire module on which the wavelength tunable DBR semiconductor laser and the polarization inversion type optical wavelength conversion element are mounted is controlled by an electronic cooling device or the like to maximize the oscillation wavelength of the wavelength tunable DBR semiconductor laser. It is also possible to adjust the phase matching wavelength at which conversion efficiency can be obtained.
【００３７】これに関して、図１７には、波長可変型Ｄ
ＢＲ半導体レーザ及び分極反転型光波長変換素子の動作
特性の温度依存性を示す。典型的には、温度上昇と共に
波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの発振波長は０．０６８
ｎｍ／℃で長波長側にシフトし、一方、Ｍｇ：ＬｉＮｂ
Ｏ3基板の上の分極反転型光波長変換素子の位相整合波
長は、０．０５５ｎｍ／℃で長波長側にシフトする。そ
のため、モジュールの温度を変化させると、発振波長と
位相整合波長との相対関係は０．０１３ｎｍ／℃の関係
で変化する。この関係を利用すると、波長可変型ＤＢＲ
半導体レーザの発振波長と分極反転型光波長変換素子の
位相整合波長とが図１６（ｂ）のような関係にあるとき
であっても、モジュール温度を例えば３℃程度上昇させ
ることにより、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの発振波
長を分極反転型光波長変換素子の位相整合波長のピーク
に固定することが可能となる。In this regard, FIG.
4 shows the temperature dependence of the operating characteristics of a BR semiconductor laser and a domain-inverted optical wavelength conversion element. Typically, as the temperature rises, the oscillation wavelength of the tunable DBR semiconductor laser becomes 0.068.
nm / ° C., shifted to the longer wavelength side, while Mg: LiNb
The phase matching wavelength of the polarization inversion type optical wavelength conversion element on the O 3 substrate shifts to a longer wavelength side at 0.055 nm / ° C. Therefore, when the temperature of the module is changed, the relative relationship between the oscillation wavelength and the phase matching wavelength changes with a relationship of 0.013 nm / ° C. Taking advantage of this relationship, a tunable DBR
Even when the oscillation wavelength of the semiconductor laser and the phase matching wavelength of the domain-inverted optical wavelength conversion element have a relationship as shown in FIG. 16B, the wavelength can be tuned by increasing the module temperature by, for example, about 3 ° C. It is possible to fix the oscillation wavelength of the type DBR semiconductor laser to the peak of the phase matching wavelength of the polarization inversion type optical wavelength conversion element.
【００３８】しかし、ＤＢＲ領域への電流注入による波
長可変速度がミリ秒オーダであるのに対して、上記のよ
うなペルチエ素子による温度制御速度は、秒オーダであ
る。光ディスクやディスプレイなどの機器への応用時
に、光源の立ち上げ時間は短いことが望まれることを考
慮すれば、上記の応答速度特性は満足いくものではな
い。更に、ペルチエ素子を動作させるためには数Ｖオー
ダ及び数Ａオーダのパワー印加する必要であり、光源の
消費電力が大きくなる。これも、民生での応用を考える
と望ましいことではない。However, while the wavelength tunable speed by current injection into the DBR region is on the order of milliseconds, the temperature control speed by the above-described Peltier element is on the order of seconds. The response speed characteristics described above are not satisfactory, considering that it is desired that the startup time of the light source be short when applied to devices such as optical disks and displays. Furthermore, in order to operate the Peltier element, it is necessary to apply a power on the order of several V and several A, which increases the power consumption of the light source. Again, this is not desirable given consumer applications.
【００３９】また、分極反転型光波長変換デバイスの基
本波波長に対する高調波光出力の関係（位相整合波長カ
ーブ、すなわちチューニングカーブ）は、一般にｓｉｎ
ｃ関数の形状を有しており、位相整合波長のピーク近傍
においても、そのチューニングカーブ特性には平坦部が
存在しない。このため、モジュールの僅かな温度変化に
対して高調波の出力変動が生じるので、常にモジュール
温度を制御する必要がある。The relationship (phase matching wavelength curve, ie, tuning curve) of the harmonic light output to the fundamental wave wavelength of the polarization inversion type optical wavelength conversion device is generally sin
It has the shape of a c-function, and there is no flat portion in the tuning curve characteristic even near the peak of the phase matching wavelength. For this reason, a slight change in the temperature of the module causes a change in the output of the harmonic, so that the module temperature must be constantly controlled.
【００４０】このように、光波長変換素子と波長可変型
ＤＢＲ半導体レーザとを組み合わせて構成されている短
波長光源において、一般の波長可変型ＤＢＲ半導体レー
ザではその波長可変特性が不連続であり、０．１ｎｍ程
度のモードホップを繰り返しながら波長可変することか
ら、得られる高調波光出力を常時安定化することは極め
て困難である。特に、ＡＰＣ駆動により高調波光出力光
を安定化することは、非常に困難である。As described above, in a short wavelength light source configured by combining an optical wavelength conversion element and a wavelength tunable DBR semiconductor laser, the wavelength tunable characteristics of a general wavelength tunable DBR semiconductor laser are discontinuous. Since the wavelength is varied while repeating a mode hop of about 0.1 nm, it is extremely difficult to always stabilize the obtained harmonic light output. In particular, it is very difficult to stabilize the harmonic output light by APC driving.
【００４１】これに対して、位相部を形成した３電極
（活性部、位相部、ＤＢＲ部）タイプの波長可変型ＤＢ
Ｒ半導体レーザも開発されているが、その出力と波長を
安定に制御することも、やはり困難である。On the other hand, a three-electrode (active part, phase part, DBR part) type tunable DB having a phase part
Although R semiconductor lasers have been developed, it is still difficult to stably control the output and wavelength.
【００４２】更に、光波長変換素子の素子長を短くする
ことによる位相整合の許容波長幅の拡大も検討されてい
るが、半導体レーザのモードホップ間隔まで許容波長幅
を拡大するためには素子長を数ｍｍ程度まで短くする必
要があり、変換効率の大幅な低減につながることから、
実用的ではない。Further, it has been considered to increase the allowable wavelength width of the phase matching by reducing the element length of the optical wavelength conversion element. However, in order to increase the allowable wavelength width up to the mode hop interval of the semiconductor laser, the element length is increased. Needs to be shortened to about several mm, which leads to a drastic reduction in conversion efficiency.
Not practical.
【００４３】上記に加えて、更に、出力安定化における
もう一つの課題として、基本波波長及び位相整合波長の
安定化の問題がある。In addition to the above, another problem in stabilizing the output is the problem of stabilizing the fundamental wave wavelength and the phase matching wavelength.
【００４４】具体的には、温度変化等の変動要因に対し
て基本波の波長及び光波長変換素子の位相整合波長が変
動する場合、この変動量をモニターし、基本波の波長に
フィードバックをかけて出力を安定化する必要がある。
しかし、従来の光波長変換素子には、位相整合状態を最
適化するためのモニター機能を搭載するという概念が与
えられていなかった。また、従来の構造では、この機能
を搭載することが難しいという構造上の問題があった。Specifically, when the wavelength of the fundamental wave and the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element fluctuate due to a fluctuation factor such as a temperature change, the amount of the fluctuation is monitored and feedback is applied to the wavelength of the fundamental wave. It is necessary to stabilize the output.
However, the concept of mounting a monitor function for optimizing the phase matching state has not been given to the conventional optical wavelength conversion element. In addition, the conventional structure has a structural problem that it is difficult to mount this function.
【００４５】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであり、その目的は、（１）チューニングカ
ーブの最大値近傍に広い平坦部を有する位相整合特性
（ピークフラットな位相整合特性）を有する光波長変換
素子を提供すること、（２）位相整合波長の波長許容度
を広い範囲に渡って安定して可変できる光波長変換素子
を提供すること、（３）上記のような光波長変換素子と
半導体レーザとを用いてコヒーレント光発生装置を構成
することで、半導体レーザにおける発振波長の変動を安
定化し、安定な出力特性を有するコヒーレント光発生装
置を提供すること、（４）光ディスクシステムやディス
プレイシステムなどの機器に応用可能な、任意の環境温
度或いは動作状態において安定した高調波光出力特性を
実現する、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザと分極反転型
光波長変換素子とを組み合わせて構成される短波長光源
を提供すること、並びに、（５）上記のようなコヒーレ
ント光発生装置或いは短波長光源を用いた光情報処理装
置を提供すること、を目的とする。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its objects are to achieve the following (1) a phase matching characteristic having a wide flat portion near a maximum value of a tuning curve (a peak flat phase matching characteristic). (2) to provide an optical wavelength conversion element capable of stably changing the wavelength tolerance of the phase matching wavelength over a wide range; and (3) providing the light as described above. (4) providing a coherent light generation device having a stable output characteristic by stabilizing the fluctuation of the oscillation wavelength of the semiconductor laser by configuring the coherent light generation device using the wavelength conversion element and the semiconductor laser; Variable wavelength that realizes stable harmonic light output characteristics at any environmental temperature or operating state applicable to equipment such as systems and display systems Provided is a short-wavelength light source configured by combining a DBR semiconductor laser and a domain-inverted optical wavelength conversion element, and (5) an optical information processing apparatus using the above-described coherent light generation device or short-wavelength light source. To provide.
【００４６】[0046]
【課題を解決するための手段】本発明の短波長光源は、
少なくとも光波長変換素子と波長可変型半導体レーザと
を含み、該光波長変換素子は、該波長可変型半導体レー
ザの出力光を基本波光として受け取り、該基本波光の波
長に対する波長変換によって得られる高調波光を出力
し、且つ、該光波長変換素子の該高調波光の出力特性
は、最大出力の近傍で平坦部を有しており、該波長可変
型半導体レーザの発振波長が、該光波長変換素子の該出
力特性の該平坦部に固定されていて、そのことによっ
て、上記の目的が達成される。The short-wavelength light source of the present invention comprises:
At least an optical wavelength conversion element and a wavelength tunable semiconductor laser, the optical wavelength conversion element receives output light of the wavelength tunable semiconductor laser as fundamental light, and obtains harmonic light obtained by wavelength conversion with respect to the wavelength of the fundamental light. And the output characteristic of the harmonic light of the optical wavelength conversion element has a flat portion near the maximum output, and the oscillation wavelength of the wavelength tunable semiconductor laser is The output characteristic is fixed to the flat part, thereby achieving the above object.
【００４７】ある実施形態では、前記波長可変型半導体
レーザの前記発振波長が前記光波長変換素子の前記出力
特性の前記平坦部に固定されている間は、前記高調波光
の出力レベルが一定値になるように、該波長可変型半導
体レーザの駆動電流が制御される。In one embodiment, while the oscillation wavelength of the tunable semiconductor laser is fixed to the flat portion of the output characteristic of the optical wavelength conversion element, the output level of the harmonic light is kept at a constant value. Thus, the drive current of the tunable semiconductor laser is controlled.
【００４８】ある実施形態では、上記の短波長光源は、
前記波長可変型半導体レーザの前記発振波長を制御する
制御回路と、前記高調波光の出力を検出する光検出器
と、を更に備えており、該制御回路は、該光検出器が検
出する該高調波光の出力が前記出力特性における前記平
坦部での出力レベルに保持されるように、該波長可変型
半導体レーザの該発振波長を制御する。In one embodiment, the short wavelength light source is
A control circuit that controls the oscillation wavelength of the tunable semiconductor laser; and a photodetector that detects an output of the harmonic light, wherein the control circuit detects the harmonic detected by the photodetector. The oscillation wavelength of the tunable semiconductor laser is controlled so that the output of the wave light is maintained at the output level at the flat portion in the output characteristics.
【００４９】ある実施形態では、上記の短波長光源は、
前記波長可変型半導体レーザの前記発振波長を制御する
制御回路と、前記高調波光の出力を検出する第１の光検
出器と、前記波長可変型半導体レーザの出力光を検出す
る第２の光検出器と、を更に備えており、該制御回路
は、該第２の光検出器が検出する該波長可変型半導体レ
ーザの出力光が所定の一定値に保持されるように、該波
長可変型半導体レーザの駆動電流を制御し、且つ、該第
１の光検出器が検出する該高調波光の出力が前記出力特
性における前記平坦部での出力レベルに保持されるよう
に、該波長可変型半導体レーザの該発振波長を制御す
る。In one embodiment, the short wavelength light source is
A control circuit for controlling the oscillation wavelength of the tunable semiconductor laser, a first photodetector for detecting an output of the harmonic light, and a second photodetector for detecting output light of the tunable semiconductor laser And the control circuit is configured to control the wavelength-tunable semiconductor so that output light of the wavelength-tunable semiconductor laser detected by the second photodetector is maintained at a predetermined constant value. The wavelength tunable semiconductor laser controls a drive current of a laser, and maintains an output of the harmonic light detected by the first photodetector at an output level at the flat portion in the output characteristic. Is controlled.
【００５０】ある実施形態では、上記の短波長光源は、
前記波長可変型半導体レーザの前記発振波長を制御する
制御回路と、前記高調波光の出力を検出する光検出器
と、を更に備えており、該波長可変型半導体レーザは、
所定の値の電流によって定電流駆動され、該光検出器が
検出する前記高調波光の出力が、前記出力特性における
前記平坦部での出力レベルに保持され、且つ、該高調波
光の出力が所定の一定値に保持されるように、該波長可
変型半導体レーザの駆動電流が制御される。In one embodiment, the short wavelength light source is
A control circuit for controlling the oscillation wavelength of the wavelength-tunable semiconductor laser, and a photodetector for detecting the output of the harmonic light, further comprising:
The output of the harmonic light detected by the photodetector is held at the output level at the flat portion in the output characteristic, and the output of the harmonic light is changed to a predetermined value. The drive current of the tunable semiconductor laser is controlled so as to be kept at a constant value.
【００５１】ある実施形態では、前記出力特性における
前記平坦部が、前記波長可変型半導体レーザの前記駆動
電流の増加時には前記高調波光の出力が増加し、且つ該
波長可変型半導体レーザの該駆動電流の減少時には該高
調波光の出力が減少する範囲である。In one embodiment, the flat portion in the output characteristics is such that the output of the harmonic light increases when the drive current of the tunable semiconductor laser increases, and the drive current of the tunable semiconductor laser increases. Is in the range where the output of the harmonic light decreases.
【００５２】例えば、前記波長可変型半導体レーザの前
記発振波長の制御のために注入される注入電流の異なる
レベルＩN及びＩN+1（但し、ＩN+1＞ＩN）に対して、波
長変換により得られる前記高調波光の出力をそれぞれＰ
N及びＰN+1とすれば、前記制御回路は、該注入電流の増
加時に、（ＰN+1−ＰN）＞０であり且つ（ＰN+1−ＰN）
の絶対値が最大値となる該注入電流の異なるレベルＩN
及びＩN+1に対して、該注入電流をＩｄｂｒ＝ＩN+1＋Δ
Ｉとなる値に設定し得て、これによって該波長可変型半
導体レーザの該発振波長を所定の値に固定することがで
きる。或いは、前記制御回路は、該注入電流の減少時
に、（ＰN+1−ＰN）＜０であり且つ（ＰN+ 1−ＰN）の絶
対値が最大値となる該注入電流の異なるレベルＩN及び
ＩN+1に対して、該注入電流をＩｄｂｒ＝ＩN−ΔＩとな
る値に設定し得て、これによって該波長可変型半導体レ
ーザの該発振波長を所定の値に固定することができる。For example, before the wavelength tunable semiconductor laser
Different injection current injected to control the oscillation wavelength
Level INAnd IN + 1(However, IN + 1> INAgainst the wave
The output of the harmonic light obtained by the length conversion is P
NAnd PN + 1Then, the control circuit increases the injection current.
In addition, (PN + 1-PN)> 0 and (PN + 1-PN)
Different levels I of the injection current at which the absolute value ofN
And IN + 1With respect to Idbr = IN + 1+ Δ
I, so that the wavelength tunable half
The oscillation wavelength of the semiconductor laser can be fixed at a predetermined value.
Wear. Alternatively, the control circuit operates when the injection current decreases.
And (PN + 1-PN) <0 and (PN + 1-PNAbsolutely
Different levels I of the injection current at which the paired value is a maximumNas well as
IN + 1With respect to Idbr = IN−ΔI
The wavelength tunable semiconductor laser.
The oscillation wavelength of the laser can be fixed at a predetermined value.
【００５３】好ましくは、前記光波長変換素子は、２つ
以上の非線形光学結晶と、隣接する該非線形光学結晶の
間に配置された位相調整部と、を備える。その場合に
は、前記基本波光が、該光波長変換素子の該非線形光学
結晶により前記高調波光に波長変換され、該非線形光学
結晶の各々の位相整合条件が互いにほぼ等しい。Preferably, the optical wavelength conversion element includes two or more nonlinear optical crystals, and a phase adjuster disposed between adjacent nonlinear optical crystals. In this case, the fundamental light is wavelength-converted into the harmonic light by the nonlinear optical crystal of the optical wavelength conversion element, and the phase matching conditions of the nonlinear optical crystals are substantially equal to each other.
【００５４】ある実施形態では、前記光波長変換素子に
は、２つの前記非線形光学結晶と１つの前記位相調整部
とが設けられており、該位相調整部の長さｔが、 ｔ＝（２ｎ＋α）π／（β２ω−２・βω） 但し、α＝０.５〜１.５ ｎ＝０、１、２、……、 β２ω：該位相調整部における前記高調波光の伝搬定数 βω ：該位相調整部における前記基本波の伝搬定数 なる関係を満足している。In one embodiment, the optical wavelength conversion element is provided with two nonlinear optical crystals and one phase adjustment unit, and the length t of the phase adjustment unit is t = (2n + α). ) Π / (β2ω-2 · βω) where α = 0.5 to 1.5 n = 0, 1, 2,..., Β2ω: the propagation constant of the harmonic light in the phase adjustment unit βω: the phase adjustment Satisfies the following relationship:
【００５５】他の実施形態では、前記光波長変換素子に
は、３つの前記非線形光学結晶と２つの前記位相調整部
とが設けられており、該位相調整部の各々の長さｔ１及
びｔ２が、 ｔ１＝（２ｎ＋α１）π／（β２ω−２・βω） ｔ２＝（２ｍ＋α２）π／（β２ω−２・βω） 但し、α１＋α２＝２ ｎ＝０、１、２、３、……、 ｍ＝０、１、２、３、……、 ｔ１＋ｔ２＝２Ｊπ／（β２ω−２・βω） Ｊ＝０、１、２、３、……、 β２ω：該位相調整部における前記高調波光の伝搬定数 βω ：該位相調整部における前記基本波の伝搬定数 なる関係を満足している。In another embodiment, the optical wavelength conversion element is provided with the three nonlinear optical crystals and the two phase adjusters, and each of the lengths t1 and t2 of the phase adjusters is adjusted. , T1 = (2n + α1) π / (β2ω-2 · βω) t2 = (2m + α2) π / (β2ω-2 · βω) where α1 + α2 = 2 n = 0,1,2,3, ..., m = 0 .., T1 + t2 = 2Jπ / (β2ω-2 · βω) J = 0, 1, 2, 3,..., Β2ω: Propagation constant of the harmonic light in the phase adjustment unit βω: This satisfies the relationship of the propagation constant of the fundamental wave in the phase adjustment unit.
【００５６】好ましくは、前記出力特性の前記平坦部の
波長幅が、前記波長可変型半導体レーザの前記発振波長
の縦モード間隔よりも広い。Preferably, the wavelength width of the flat portion of the output characteristic is wider than the longitudinal mode interval of the oscillation wavelength of the tunable semiconductor laser.
【００５７】前記波長可変型半導体レーザは、少なくと
も活性領域と分布ブラッグ反射（distributed Bragg re
flector:ＤＢＲ）領域とを含み、該活性領域及び該ＤＢ
Ｒ領域の各々に独立した電極が設けられている半導体レ
ーザであり得る。The tunable semiconductor laser has at least an active region and distributed Bragg reflection.
flector: DBR) region, the active region and the DB
It may be a semiconductor laser in which an independent electrode is provided in each of the R regions.
【００５８】例えば、前記光波長変換素子が、周期的分
極反転構造を有する擬似位相整合方式の光波長変換素子
であり得る。For example, the optical wavelength conversion element may be a quasi-phase matching type optical wavelength conversion element having a periodically poled structure.
【００５９】前記光波長変換素子は、光導波路を有し得
る。The optical wavelength conversion element may have an optical waveguide.
【００６０】前記光波長変換素子は、ＬｉＴａxＮｂ1-x
Ｏ3基板（０≦ｘ≦１）の上に作製され得る。The light wavelength conversion element is composed of LiTa x Nb 1-x
It can be fabricated on an O 3 substrate (0 ≦ x ≦ 1).
【００６１】前記波長可変型半導体レーザの駆動電流が
変調されていてもよい。The drive current of the wavelength tunable semiconductor laser may be modulated.
【００６２】前記波長可変型半導体レーザは、外部反射
鏡から特定波長の光が光帰還するように構成され得て、
該特定波長の光を可変することによって、該波長可変型
半導体レーザの発振波長が可変されてもよい。The tunable semiconductor laser may be configured so that light of a specific wavelength is fed back from an external reflecting mirror,
The oscillation wavelength of the tunable semiconductor laser may be varied by varying the light of the specific wavelength.
【００６３】本発明の他の局面によれば、上記のような
本発明の短波長光源と、集光光学系と、を備え、該短波
長光源から出射されるコヒーレント光を該集光光学系に
より集光している光情報処理装置が、提供される。According to another aspect of the present invention, there is provided the short wavelength light source of the present invention as described above, and a condensing optical system, and the coherent light emitted from the short wavelength light source is condensed by the condensing optical system. , An optical information processing apparatus that focuses light is provided.
【００６４】本発明の光波長変換素子は、基本波と高調
波とに対してほぼ等しい位相整合条件を有する２つ以上
の非線形光学結晶と、各々の該非線形光学結晶の間に配
置された位相調整部と、を備え、該位相調整部は、該非
線形光学結晶とは異なる分散特性を有し、且つその屈折
率或いは長さの少なくとも一方が変調可能であるように
構成されていて、そのことによって、前述の目的が達成
される。The optical wavelength conversion device of the present invention comprises two or more nonlinear optical crystals having substantially equal phase matching conditions for the fundamental wave and the harmonic, and a phase shifter disposed between each of the nonlinear optical crystals. An adjustment unit, wherein the phase adjustment unit has a dispersion characteristic different from that of the nonlinear optical crystal, and is configured such that at least one of its refractive index and length can be modulated. Thereby, the above-mentioned object is achieved.
【００６５】本発明の他の光波長変換素子は、非線形光
学結晶と、該非線形光学結晶の一部に形成した屈折率変
調部と、を備え、該屈折率変調部は、該非線形光学結晶
の全長の１／２以下の長さの領域に形成されていて、そ
のことによって、前述の目的が達成される。Another optical wavelength conversion element according to the present invention includes a nonlinear optical crystal and a refractive index modulation section formed on a part of the nonlinear optical crystal, wherein the refractive index modulation section includes a nonlinear optical crystal. It is formed in a region having a length of 以下 or less of the entire length, thereby achieving the above-mentioned object.
【００６６】ある実施形態では、前記屈折率変調部とそ
の他の部分の境界近傍に設けられた位相調整部を更に有
し、該屈折率変調部の長さが前記非線形光学結晶の全長
の１５％〜４０％である。In one embodiment, the optical modulator further includes a phase adjustment unit provided near a boundary between the refractive index modulation unit and another portion, wherein the length of the refractive index modulation unit is 15% of the total length of the nonlinear optical crystal. ４０40%.
【００６７】ある実施形態では、前記非線形光学結晶と
して２つ以上の非線形光学結晶を有し、該２つ以上の非
線形光学結晶の間に位相調整部が配置されており、前記
屈折率変調部は該２つ以上の非線形光学結晶の何れかに
設けられていて、該２つ以上の非線形光学結晶が互いに
ほぼ等しい位相整合条件を満足している。In one embodiment, the nonlinear optical crystal has two or more nonlinear optical crystals, a phase adjustment unit is disposed between the two or more nonlinear optical crystals, and the refractive index modulation unit is The two or more nonlinear optical crystals are provided on any of the two or more nonlinear optical crystals, and the two or more nonlinear optical crystals satisfy phase matching conditions substantially equal to each other.
【００６８】前記非線形光学結晶が周期状の分極反転構
造を有していてもよい。The nonlinear optical crystal may have a periodically poled structure.
【００６９】例えば、前期非線形光学結晶の個数が３つ
以上であって、該３つ以上の非線形光学結晶の互いの長
さの差が４０％以下である。For example, the number of the nonlinear optical crystals is three or more, and the difference between the lengths of the three or more nonlinear optical crystals is 40% or less.
【００７０】前記位相調整部が液晶から構成されていて
もよい。[0070] The phase adjustment section may be composed of a liquid crystal.
【００７１】或いは、前記位相調整部が可塑性の材料に
より形成されており、該位相調整部の長さが微動台によ
り調整されていてもよい。Alternatively, the phase adjusting section may be formed of a plastic material, and the length of the phase adjusting section may be adjusted by a fine moving table.
【００７２】前記非線形光学結晶が光導波路を有し、該
光導波路内で前記光の波長が変換されていてもよい。[0072] The nonlinear optical crystal may have an optical waveguide, and the wavelength of the light may be converted in the optical waveguide.
【００７３】前記非線形光学結晶が共振器構造内に配置
されていてもよい。[0073] The nonlinear optical crystal may be arranged in a resonator structure.
【００７４】本発明の他の局面によれば、上記のような
本発明の光波長変換素子と、レーザ光源と、を備え、該
レーザ光源の光が該光波長変換素子により波長変換され
ているコヒーレント光発生装置が、提供される。According to another aspect of the present invention, the optical wavelength conversion device of the present invention as described above and a laser light source are provided, and the light of the laser light source is wavelength-converted by the optical wavelength conversion device. A coherent light generator is provided.
【００７５】前記レーザ光源は波長可変機能を有してい
てもよい。The laser light source may have a wavelength variable function.
【００７６】好ましくは、前記光波長変換素子の位相整
合波長の可変範囲が、前記レーザ光源の縦モード間隔よ
り広い。Preferably, the variable range of the phase matching wavelength of the light wavelength conversion element is wider than the longitudinal mode interval of the laser light source.
【００７７】例えば、前記レーザ光源は半導体レーザで
ある。For example, the laser light source is a semiconductor laser.
【００７８】本発明の他の局面によれば、上記のような
本発明のコヒーレント光発生装置と、集光光学系と、を
備え、該コヒーレント光発生装置から出射されるコヒー
レント光を該集光光学系により集光している光情報処理
装置が、提供される。According to another aspect of the present invention, a coherent light generator of the present invention as described above and a condensing optical system are provided, and the coherent light emitted from the coherent light generator is condensed by the condensing light. An optical information processing device focusing light by an optical system is provided.
【００７９】本発明の光波長変換素子は、２つ以上の非
線形光学結晶と、隣接する該非線形光学結晶の間に配置
された位相調整部と、を備えており、該非線形光学結晶
の各々の位相整合条件が互いにほぼ等しく、そのことに
よって、前述の目的が達成される。The optical wavelength conversion element of the present invention includes two or more nonlinear optical crystals and a phase adjusting unit disposed between the adjacent nonlinear optical crystals. The phase matching conditions are approximately equal to each other, thereby achieving the above-mentioned object.
【００８０】好ましくは、前記非線形光学結晶の内部で
基本波が高調波に変換され、該基本波の波長と該高調波
の出力との間の関係を示す特性曲線において、該高調波
の出力の最大値近傍で、該特性曲線が平坦部を有してい
る。Preferably, a fundamental wave is converted into a harmonic inside the nonlinear optical crystal, and a characteristic curve showing a relationship between a wavelength of the fundamental wave and an output of the harmonic is used as a characteristic curve. Near the maximum value, the characteristic curve has a flat portion.
【００８１】ある実施形態では、前記非線形光学結晶の
内部で波長λの基本波が波長λ／２の高調波に変換さ
れ、前記位相調整部の長さｔが、 ｔ＝（２ｎ＋α）π／（β２ω−２・βω） 但し、α＝０.５〜１.５ ｎ＝０、１、２、……、 β２ω：該位相調整部における該高調波の伝搬定数 βω ：該位相調整部における該基本波の伝搬定数 なる関係を満足している。In one embodiment, a fundamental wave having a wavelength λ is converted into a harmonic wave having a wavelength λ / 2 inside the nonlinear optical crystal, and the length t of the phase adjusting section is t = (2n + α) π / ( β2ω-2 · βω) where α = 0.5 to 1.5 n = 0, 1, 2,..., β2ω: the propagation constant of the harmonic in the phase adjustment unit βω: the basic in the phase adjustment unit The wave propagation constant satisfies the following relationship.
【００８２】ある実施形態では、前記非線形光学結晶の
内部で波長λ１の第１の光及び波長λ２の第２の光と波
長λ３の第３の光との間での波長変換が行われ、該各々
の波長は、 １／λ３＝１／λ１＋１／λ２ なる関係を満たし、且つ、前記位相調整部の長さｔが、 ｔ＝（２ｎ＋α）π／（β３−β２−β１） 但し、α＝０.５〜１.５ ｎ＝０、１、２、……、 β１：該位相調整部における該第１の光の伝搬定数 β２：該位相調整部における該第２の光の伝搬定数 β３：該位相調整部における該第３の光の伝搬定数 なる関係を満足している。In one embodiment, wavelength conversion between the first light having the wavelength λ1 and the second light having the wavelength λ2 and the third light having the wavelength λ3 is performed inside the nonlinear optical crystal. Each wavelength satisfies the relationship of 1 / λ3 = 1 / λ1 + 1 / λ2, and the length t of the phase adjustment unit is t = (2n + α) π / (β3-β2-β1) where α = 0 ... -1.5 n = 0, 1, 2,..., Β1: Propagation constant of the first light in the phase adjustment unit β2: Propagation constant of the second light in the phase adjustment unit β3: The third light satisfies the relationship of the third light propagation constant in the phase adjustment unit.
【００８３】例えば、前記非線形光学結晶の数が２つ
で、前記αの値がα＝０．９〜１．１の範囲にある。For example, the number of the nonlinear optical crystals is two, and the value of α is in the range of 0.9 to 1.1.
【００８４】好ましくは、記非線形光学結晶の数が２つ
で、前記αの値がα＝０．９５〜１．０５の範囲にあ
る。Preferably, the number of nonlinear optical crystals is two, and the value of α is in the range of 0.95 to 1.05.
【００８５】ある実施形態では、３つの前記非線形光学
結晶と２つの前記位相調整部とが設けられており、該位
相調整部の各々の長さｔ１及びｔ２が、 ｔ１＋ｔ２＝（２ｎ＋α）π／（β３−β２−β１） ｎ＝０、１、２、……、 なる関係を満足している。In one embodiment, three nonlinear optical crystals and two phase adjustment units are provided, and the lengths t1 and t2 of each of the phase adjustment units are t1 + t2 = (2n + α) π / ( β3-β2-β1) n = 0, 1, 2,...
【００８６】ある実施形態では、３つの前記非線形光学
結晶と２つの前記位相調整部とが設けられており、該位
相調整部の各々の長さｔ１及びｔ２が、 ｔ１＋ｔ２＝２ｎπ／（β２ω−２・βω） ｎ＝０、１、２、……、 なる関係を満足している。In one embodiment, three non-linear optical crystals and two phase adjustment units are provided, and the lengths t1 and t2 of the phase adjustment units are t1 + t2 = 2nπ / (β2ω−2). .Beta..omega. N = 0, 1, 2,...
【００８７】例えば、前記位相調整部の各々の長さｔ１
及びｔ２が、 ｔ１＝（２ｎ＋α１）π／（β２ω−２・βω） ｔ２＝（２ｎ＋α２）π／（β２ω−２・βω） 但し、α１＋α２＝２ ｎ＝０、１、２、３、……、 なる関係を満足している。For example, the length t1 of each of the phase adjusters
And t2 are as follows: t1 = (2n + α1) π / (β2ω-2 · βω) t2 = (2n + α2) π / (β2ω-2 · βω) where α1 + α2 = 2 n = 0, 1, 2, 3,. I am satisfied with the relationship.
【００８８】好ましくは、前記α１の値がα１＝０．７
〜１．３の範囲である。Preferably, the value of α1 is α1 = 0.7
~ 1.3.
【００８９】ある実施形態では、前記位相調整部の各々
の長さｔ１及びｔ２が、 ｔ１＝（２ｎ＋α１）π／（β３−β２−β１） ｔ２＝（２ｎ＋α２）π／（β３−β２−β１） 但し、α１＋α２＝２ ｎ＝０、１、２、３、……、 なる関係を満足している。In one embodiment, the lengths t1 and t2 of the phase adjuster are t1 = (2n + α1) π / (β3-β2-β1) t2 = (2n + α2) π / (β3-β2-β1) However, the following relationship is satisfied: α1 + α2 = 2 n = 0, 1, 2, 3,...
【００９０】好ましくは、前記α１の値がα１＝０．７
〜１．３の範囲である。Preferably, the value of α1 is α1 = 0.7
~ 1.3.
【００９１】前記非線形光学結晶が単一の結晶からなっ
ており、前記位相調整部が該結晶の内部に設けられてい
てもよい。The nonlinear optical crystal may be formed of a single crystal, and the phase adjusting section may be provided inside the crystal.
【００９２】或いは、前記非線形光学結晶と前記位相調
整部とがお互いに接着されていてもよい。Alternatively, the nonlinear optical crystal and the phase adjusting section may be bonded to each other.
【００９３】本発明の光波長変換素子は、非線形光学結
晶と、該非線形光学結晶に形成され且つ２つ以上の領域
に分割されている周期状分極反転構造と、該周期状分極
反転構造の該分割された領域の間に配置されている位相
調整部と、を備えており、該周期状分極反転構造の周期
が、該分割された領域の間でお互いにほぼ等しく、その
ことによって、前述の目的が達成される。The optical wavelength conversion element of the present invention comprises a nonlinear optical crystal, a periodic domain-inverted structure formed in the nonlinear optical crystal and divided into two or more regions, A phase adjustment unit disposed between the divided regions, wherein the periods of the periodic domain-inverted structure are substantially equal to each other between the divided regions. Objective is achieved.
【００９４】好ましくは、前記周期状分極反転構造の内
部で基本波が高調波に変換され、該基本波の波長と該高
調波の出力との間の関係を示す特性曲線において、該高
調波の出力の最大値近傍で、該特性曲線が平坦部を有し
ている。Preferably, a fundamental wave is converted into a harmonic inside the periodic domain-inverted structure, and a characteristic curve showing a relationship between a wavelength of the fundamental wave and an output of the harmonic shows a characteristic curve of the harmonic. Near the maximum value of the output, the characteristic curve has a flat portion.
【００９５】ある実施形態では、前記非線形光学結晶の
内部で波長λの基本波が波長λ／２の高調波に変換さ
れ、前記周期状分極反転構造の前記周期Λが、 Λ＝２ｍπ／（β２ω−２・βω） ｍ＝１、２、３、……、 なる関係をほぼ満たし、前記位相調整部の長さｔが、 ｔ＝（２ｎ＋α）π／（β２ω−２・βω） 但し、α＝０.５〜１.５ ｎ＝０、１、２、……、 β２ω：該位相調整部における該高調波の伝搬定数 βω ：該位相調整部における該基本波の伝搬定数 なる関係を満足している。In one embodiment, a fundamental wave having a wavelength λ is converted into a harmonic wave having a wavelength λ / 2 inside the nonlinear optical crystal, and the period の of the periodic domain-inverted structure becomes Λ = 2mπ / (β2ω −2 · βω) m = 1, 2, 3,..., And the length t of the phase adjustment unit is t = (2n + α) π / (β2ω-2 · βω) where α = 0.5-1.5 n = 0, 1, 2,..., Β2ω: Propagation constant of the harmonic in the phase adjustment unit βω: Propagation constant of the fundamental wave in the phase adjustment unit I have.
【００９６】ある実施形態では、前記非線形光学結晶の
内部で波長λ１の第１の光及び波長λ２の第２の光と波
長λ３の第３の光との間での波長変換が行われ、該各々
の波長は、 １／λ３＝１／λ１＋１／λ２ なる関係を満たし、且つ、前記周期状分極反転構造の前
記周期Λが、 Λ＝２ｍπ／（β２ω−２・βω） ｍ＝１、２、３、……、 なる関係をほぼ満たし、且つ、前記位相調整部の長さｔ
が、 ｔ＝（２ｎ＋α）π／（β３−β２−β１） 但し、α＝０.５〜１.５ ｎ＝０、１、２、……、 β１：該位相調整部における該第１の光の伝搬定数 β２：該位相調整部における該第２の光の伝搬定数 β３：該位相調整部における該第３の光の伝搬定数 なる関係を満足している。In one embodiment, wavelength conversion between the first light having the wavelength λ1 and the second light having the wavelength λ2 and the third light having the wavelength λ3 is performed inside the nonlinear optical crystal. Each wavelength satisfies the relationship of 1 / λ3 = 1 / λ1 + 1 / λ2, and the period の of the periodic domain-inverted structure is: Λ = 2mπ / (β2ω-2 · βω) m = 1,2, 3,..., And the length t of the phase adjustment section
Where: t = (2n + α) π / (β3-β2-β1) where α = 0.5 to 1.5 n = 0, 1, 2,..., Β1: the first light in the phase adjustment unit Β2: the propagation constant of the second light in the phase adjusting unit β3: the propagation constant of the third light in the phase adjusting unit
【００９７】例えば、前記非線形光学結晶の数が２つ
で、前記αの値がα＝０．９〜１．１の範囲にある。For example, the number of the nonlinear optical crystals is two, and the value of α is in the range of 0.9 to 1.1.
【００９８】ある実施形態では、３つの前記非線形光学
結晶と２つの前記位相調整部とが設けられており、該位
相調整部の各々の長さｔ１及びｔ２が、 ｔ１＋ｔ２＝（２ｎ＋α）π／（β３−β２−β１） ｎ＝０、１、２、……、 なる関係を満足している。In one embodiment, three nonlinear optical crystals and two phase adjustment units are provided, and the lengths t1 and t2 of each of the phase adjustment units are t1 + t2 = (2n + α) π / ( β3-β2-β1) n = 0, 1, 2,...
【００９９】ある実施形態では、３つの前記非線形光学
結晶と２つの前記位相調整部とが設けられており、該位
相調整部の各々の長さｔ１及びｔ２が、 ｔ１＋ｔ２＝２ｎπ／（β２ω−２・βω） ｎ＝０、１、２、……、 なる関係を満足している。In one embodiment, three nonlinear optical crystals and two phase adjustment units are provided, and the lengths t1 and t2 of each of the phase adjustment units are t1 + t2 = 2nπ / (β2ω-2). .Beta..omega. N = 0, 1, 2,...
【０１００】例えば、前記位相調整部の各々の長さｔ１
及びｔ２が、 ｔ１＝（２ｎ＋α１）π／（β２ω−２・βω） ｔ２＝（２ｎ＋α２）π／（β２ω−２・βω） 但し、α１＋α２＝２ ｎ＝０、１、２、３、……、 なる関係を満足している。For example, the length t1 of each of the phase adjusters
And t2 are as follows: t1 = (2n + α1) π / (β2ω-2 · βω) t2 = (2n + α2) π / (β2ω-2 · βω) where α1 + α2 = 2 n = 0, 1, 2, 3,. I am satisfied with the relationship.
【０１０１】好ましくは、前記α１の値がα１＝０．７
〜１．３の範囲である。Preferably, the value of α1 is α1 = 0.7
~ 1.3.
【０１０２】ある実施形態では、前記位相調整部の各々
の長さｔ１及びｔ２が、 ｔ１＝（２ｎ＋α１）π／（β３−β２−β１） ｔ２＝（２ｎ＋α２）π／（β３−β２−β１） 但し、α１＋α２＝２ ｎ＝０、１、２、３、……、 なる関係を満足している。In one embodiment, each of the lengths t1 and t2 of the phase adjustment section is t1 = (2n + α1) π / (β3-β2-β1) t2 = (2n + α2) π / (β3-β2-β1) However, the following relationship is satisfied: α1 + α2 = 2 n = 0, 1, 2, 3,...
【０１０３】好ましくは、前記α１の値がα１＝０．７
〜１．３の範囲である。Preferably, the value of α1 is α1 = 0.7
~ 1.3.
【０１０４】前記基本波の伝搬損失が前記高調波の伝搬
損失のほぼ半分であってもよい。The propagation loss of the fundamental wave may be substantially half the propagation loss of the harmonic.
【０１０５】前記第１、第２、及び第３の光の伝搬損失
がお互いにほぼ等しくてもよい。The propagation losses of the first, second, and third lights may be substantially equal to each other.
【０１０６】前記非線形光学結晶が光導波路を有し、該
光導波路内で光の波長変換が行われてもよい。The nonlinear optical crystal may have an optical waveguide, and wavelength conversion of light may be performed in the optical waveguide.
【０１０７】本発明の光波長変換素子は、非線形光学結
晶を有し、該非線形光学結晶の内部で、波長λの基本波
が波長λ／２の高調波に変換され、該非線形光学結晶に
おける該基本波の伝搬損失が該高調波の伝搬損失のほぼ
半分であって、そのことによって、前述の目的が達成さ
れる。The optical wavelength conversion element of the present invention has a nonlinear optical crystal, in which a fundamental wave of a wavelength λ is converted into a harmonic of a wavelength λ / 2 inside the nonlinear optical crystal. The propagation loss of the fundamental wave is almost half of the propagation loss of the harmonic wave, thereby achieving the above object.
【０１０８】ある実施形態では、前記非線形光学結晶が
光導波路を有し、該光導波路内で前記基本波から前記高
調波への波長変換が行われ、前記伝搬損失は、該光導波
路内における伝搬損失である。In one embodiment, the nonlinear optical crystal has an optical waveguide, in which wavelength conversion from the fundamental wave to the higher harmonic is performed, and the propagation loss is determined by the propagation loss in the optical waveguide. Loss.
【０１０９】本発明の光波長変換素子は、非線形光学結
晶を有し、該非線形光学結晶の内部で、波長λ１の第１
の光及び波長λ２の第２の光と波長λ３の第３の光との
間での波長変換が行われ、該各々の波長は、 １／λ３＝１／λ１＋１／λ２ なる関係を満たし、且つ、該非線形光学結晶における該
第１、第２、及び第３の光の伝搬損失がお互いにほぼ等
しく、そのことによって、前述の目的が達成される。The optical wavelength conversion element of the present invention has a nonlinear optical crystal, and the first wavelength of λ1 is set inside the nonlinear optical crystal.
And wavelength conversion between the second light having the wavelength λ2 and the third light having the wavelength λ3 is performed, and the respective wavelengths satisfy a relationship of 1 / λ3 = 1 / λ1 + 1 / λ2, and , The propagation losses of the first, second, and third light in the nonlinear optical crystal are substantially equal to each other, thereby achieving the foregoing object.
【０１１０】ある実施形態では、前記非線形光学結晶が
光導波路を有し、該光導波路内で前記波長変換が行わ
れ、前記伝搬損失は、該光導波路内における伝搬損失で
ある。In one embodiment, the nonlinear optical crystal has an optical waveguide, and the wavelength conversion is performed in the optical waveguide, and the propagation loss is a propagation loss in the optical waveguide.
【０１１１】前記非線形光学結晶が光入射部と光出射部
とを有しており、該光入射部及び光出射部の少なくとも
一方に反射防止膜が設けられていてもよい。The nonlinear optical crystal may have a light incident portion and a light emitting portion, and at least one of the light incident portion and the light emitting portion may be provided with an antireflection film.
【０１１２】本発明のコヒーレント光発生装置は、発振
波長を可変する機能を有する半導体レーザと、該半導体
レーザの出射光を基本波として受け取って、該基本波に
対する波長変換を行って高調波を出力する光波長変換素
子と、を備え、該基本波の波長と該高調波の出力との間
の関係を示す特性曲線において、該高調波の出力の最大
値近傍で該特性曲線が平坦部を有し、該平坦部の幅が、
該半導体レーザの縦モード間隔よりも広く設定されてい
て、そのことによって、前述の目的が達成される。A coherent light generating apparatus according to the present invention comprises: a semiconductor laser having a function of changing an oscillation wavelength; receiving a light emitted from the semiconductor laser as a fundamental wave, performing wavelength conversion on the fundamental wave, and outputting a harmonic. An optical wavelength conversion element, which has a flat portion near the maximum value of the output of the harmonic in the characteristic curve indicating the relationship between the wavelength of the fundamental wave and the output of the harmonic. And the width of the flat portion is
It is set wider than the longitudinal mode interval of the semiconductor laser, thereby achieving the above-mentioned object.
【０１１３】或いは、本発明のコヒーレント光発生装置
は、発振波長を可変する機能を有する半導体レーザと、
該半導体レーザの出射光を基本波として受け取って、該
基本波に対する波長変換を行って高調波を出力する、本
発明による光波長変換素子と、を備え、該基本波の波長
と該高調波の出力との間の関係を示す特性曲線におい
て、該高調波の出力の最大値近傍で該特性曲線が平坦部
を有し、該平坦部の幅が、該半導体レーザの縦モード間
隔よりも広く設定されていて、そのことによって、前述
の目的が達成される。Alternatively, a coherent light generating apparatus according to the present invention comprises: a semiconductor laser having a function of changing an oscillation wavelength;
An optical wavelength conversion element according to the present invention, which receives the emitted light of the semiconductor laser as a fundamental wave, performs wavelength conversion on the fundamental wave, and outputs a harmonic, and includes a wavelength of the fundamental wave and the harmonic. In the characteristic curve indicating the relationship between the power and the output, the characteristic curve has a flat portion near the maximum value of the output of the harmonic, and the width of the flat portion is set wider than the longitudinal mode interval of the semiconductor laser. Thus, the above-mentioned object is achieved.
【０１１４】或いは、本発明のコヒーレント光発生装置
は、本発明の光波長変換素子と、レーザ光源と、を備
え、該レーザ光源の出射光が該光波長変換素子によって
波長変換されるように構成されていて、そのことによっ
て、前述の目的が達成される。Alternatively, a coherent light generating apparatus according to the present invention includes the light wavelength converting element according to the present invention and a laser light source, and the light emitted from the laser light source is wavelength-converted by the light wavelength converting element. Thus, the above-mentioned object is achieved.
【０１１５】前記レーザ光源が、発振波長を可変する機
能を有する半導体レーザであってもよい。The laser light source may be a semiconductor laser having a function of changing an oscillation wavelength.
【０１１６】前記半導体レーザが高周波重畳されていて
もよい。The semiconductor laser may be superimposed at a high frequency.
【０１１７】好ましくは、前記光波長変換素子の位相整
合波長許容度が、前記レーザ光源の縦モード間隔よりも
広く設定されている。Preferably, the phase matching wavelength tolerance of the light wavelength conversion element is set wider than the longitudinal mode interval of the laser light source.
【０１１８】本発明のコヒーレント光発生装置は、非線
形光学結晶と、波長可変レーザ光源と、第１及び第２の
光検出器と、を備え、該非線形光学結晶の内部で、該波
長可変レーザ光源からの第１の光が第２の光に波長変換
され、該第１の光検出器は、該第１或いは第２の光のう
ちの選択された光について、該非線形光学結晶から散乱
される散乱光の強度を測定し、該第２の光検出器は、該
非線形光学結晶の出射部近傍における該選択された光の
強度を測定し、該第１及び第２の光検出器の測定結果に
基づいて、該波長可変レーザ光源の発振波長を制御し、
そのことによって、前述の目的が達成される。The coherent light generation device of the present invention includes a nonlinear optical crystal, a wavelength-variable laser light source, and first and second photodetectors, and includes a wavelength-variable laser light source inside the nonlinear optical crystal. Is converted to a second light, and the first photodetector is scattered from the non-linear optical crystal for a selected one of the first or second lights. The intensity of the scattered light is measured, and the second photodetector measures the intensity of the selected light in the vicinity of the emission part of the nonlinear optical crystal, and the measurement results of the first and second photodetectors Controlling the oscillation wavelength of the tunable laser light source based on
Thereby, the above-mentioned object is achieved.
【０１１９】ある実施形態では、前記非線形光学結晶は
光波長変換素子に含まれており、該光波長変換素子には
位相調整部が設けられていて、前記第１の光検出器が該
位相調整部の近傍に設けられている。In one embodiment, the nonlinear optical crystal is included in an optical wavelength conversion element, and the optical wavelength conversion element is provided with a phase adjustment unit, and the first photodetector is provided with the phase adjustment element. It is provided near the part.
【０１２０】本発明の光情報処理装置は、本発明による
コヒーレント光発生装置と、集光光学系と、備え、該コ
ヒーレント光発生装置から出射されるコヒーレント光
を、該集光光学系により集光しており、そのことによっ
て、前述の目的が達成される。An optical information processing apparatus according to the present invention includes a coherent light generating apparatus according to the present invention and a condensing optical system, and collects coherent light emitted from the coherent light generating apparatus by the condensing optical system. As a result, the above-mentioned object is achieved.
【０１２１】[0121]
【発明の実施の形態】非線形光学結晶を用いて光波長変
換を行う場合、結晶の複屈折率を利用する複屈折位相整
合以外に、非線形分極の方向を周期的に反転させた周期
的分極反転を利用して、非線形グレーティングにより基
本波と高調波との間の位相速度の差を擬似的に補償する
方法がある。この方法を擬似位相整合方式という。擬似
位相整合は、分極反転周期により、位相整合条件を任意
に制御できる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS When performing optical wavelength conversion using a non-linear optical crystal, periodic polarization inversion by periodically reversing the direction of non-linear polarization other than birefringence phase matching using the birefringence of the crystal. There is a method of pseudo-compensating the difference in phase speed between a fundamental wave and a harmonic by using a nonlinear grating. This method is called a quasi-phase matching method. In the quasi phase matching, the phase matching condition can be arbitrarily controlled by the polarization inversion period.
【０１２２】本発明では、この分極反転型光波長変換素
子の一部分に位相調整部を形成することで、基本波波長
に対する高調波光出力特性（チューニングカーブ特性）
において、ピーク出力レベルの近傍が平坦である（すな
わち、平坦部を有する）特性を実現する。In the present invention, by forming a phase adjusting portion in a part of the polarization inversion type optical wavelength conversion element, a harmonic light output characteristic (tuning curve characteristic) with respect to a fundamental wave wavelength is obtained.
, A characteristic in which the vicinity of the peak output level is flat (that is, has a flat portion) is realized.
【０１２３】光導波路型擬似位相整合方式の分極反転型
光波長変換素子の特徴として、 （１）光導波路型であるので、長い相互作用長を実現で
き、分割構造の光波長変換に有効である。 （２）分極反転領域は、半導体プロセスにより均一且つ
高精度に形成できるとともに、同時に位相調整部も形成
できるので、デバイスの設計及び形成が容易に達成され
る。 などの点が挙げられる。The characteristics of the polarization-inverted optical wavelength conversion element of the optical waveguide type quasi-phase matching method are as follows. (1) Since it is an optical waveguide type, a long interaction length can be realized, and it is effective for the optical wavelength conversion of a divided structure. . (2) Since the domain-inverted region can be formed uniformly and with high precision by a semiconductor process, and at the same time, a phase adjusting portion can be formed, the device design and formation can be easily achieved. And the like.
【０１２４】（第１の実施形態）本実施形態では、基本
波波長に対する高調波光出力特性（チューニングカーブ
特性）においてピーク出力近傍が平坦部を有する光波長
変換素子と、２電極（活性部及びＤＢＲ部）を有する波
長可変型ＤＢＲ半導体レーザを組み合わせて構成される
短波長光源について、その構成と動作方法を説明する。(First Embodiment) In this embodiment, an optical wavelength conversion element having a flat portion near a peak output in a harmonic light output characteristic (tuning curve characteristic) with respect to a fundamental wavelength, a two-electrode (an active part and a DBR) A short wavelength light source configured by combining a wavelength tunable DBR semiconductor laser having
【０１２５】まずはじめに、基本波波長に対する高調波
光出力特性（チューニングカーブ特性）においてピーク
出力近傍が平坦部を有する光波長変換素子の構成、及び
その作製方法について説明する。First, the configuration of a light wavelength conversion element having a flat portion near the peak output in the harmonic light output characteristics (tuning curve characteristics) with respect to the fundamental wavelength, and a method of manufacturing the same will be described.
【０１２６】非線形光学効果による光波長変換では、基
本波を波長変換して高調波を発生する。基本波から高調
波への高効率の波長変換を可能にするには、２つの光の
位相速度が一致する位相整合条件を満足する必要があ
る。ところが、位相整合条件を満足する基本波波長の許
容範囲は、一般に非常に狭い。In the light wavelength conversion by the non-linear optical effect, a fundamental wave is wavelength-converted to generate a harmonic. To enable high-efficiency wavelength conversion from a fundamental wave to a harmonic, it is necessary to satisfy a phase matching condition in which the phase velocities of two lights match. However, the allowable range of the fundamental wavelength that satisfies the phase matching condition is generally very narrow.
【０１２７】これを解決する方法として、本実施形態の
光波長変換素子では、同一の位相整合条件を有する非線
形光学結晶の間に位相調整部を設けることで、位相整合
波長の許容度を拡大する構造を有している。これによっ
て、広い許容波長幅を有し、且つチューニングカーブ特
性においてピーク出力近傍で平坦部を有することができ
る。更に、許容波長幅の拡大による波長変換効率の低下
を最小限に抑え、許容波長幅の拡大と高効率特性とを同
時に達成できる。As a method for solving this, in the optical wavelength conversion element of the present embodiment, the tolerance of the phase matching wavelength is increased by providing a phase adjusting unit between nonlinear optical crystals having the same phase matching condition. It has a structure. Accordingly, it is possible to have a wide allowable wavelength width and to have a flat portion near the peak output in the tuning curve characteristics. Further, a decrease in the wavelength conversion efficiency due to the expansion of the allowable wavelength width is minimized, and the expansion of the allowable wavelength width and high efficiency characteristics can be achieved at the same time.
【０１２８】本実施形態の光波長変換素子１００の具体
的な構造を、図１を参照して説明する。The specific structure of the optical wavelength conversion device 100 of this embodiment will be described with reference to FIG.
【０１２９】図１に示すように、光波長変換素子１００
は、互いにほぼ等しい位相整合条件を満足する複数の非
線形光学結晶、ここでは例えば３つの非線形光学結晶
１、２、及び３を含む。更に、各々の非線形光学結晶
１、２、及び３の間には、位相調整部４及び５が挿入さ
れている。[0129] As shown in FIG.
Includes a plurality of nonlinear optical crystals satisfying phase matching conditions substantially equal to each other, here, for example, three nonlinear optical crystals 1, 2, and 3. Further, phase adjusters 4 and 5 are inserted between the respective nonlinear optical crystals 1, 2 and 3.
【０１３０】このような構造を有する光波長変換素子１
００に基本波光６を入射すると、光波長変換素子１００
により波長変換されて高調波光７が出射する。非線形光
学結晶１、２、及び３の内部で基本波光６と高調波光７
との位相整合条件が成立している場合には、 β２ω＝２・βω （但し、β２ω：高調波の伝搬定数、βω：基本波の伝
搬定数）となり、基本波光６と高調波光７とは等しい位
相速度で伝搬している。Light wavelength conversion element 1 having such a structure
When the fundamental wave light 6 is incident on the light wavelength conversion element 100,
, And the harmonic light 7 is emitted. The fundamental light 6 and the harmonic light 7 inside the nonlinear optical crystals 1, 2 and 3
Is satisfied, β2ω = 2 · βω (where β2ω: the propagation constant of the harmonic, βω: the propagation constant of the fundamental), and the fundamental light 6 and the harmonic light 7 are equal. Propagating at phase velocity.
【０１３１】光波長変換素子が、従来のように、位相整
合条件を満足する単一の非線形光学結晶から構成される
場合、すなわち位相調整部を有さない場合には、基本波
光波長に対する高調波光（ＳＨＧ）出力特性は、図２
（ａ）に示されるようになる。具体的には、光波長変換
素子の位相整合状態を示すチューニングカーブ特性はｓ
ｉｎｃ関数となり、そのピーク部分はかなり狭く、許容
波長幅が極端に狭い。In the case where the optical wavelength conversion element is made of a single nonlinear optical crystal satisfying the phase matching condition as in the prior art, that is, when the optical wavelength conversion element does not have a phase adjuster, the harmonic light with respect to the fundamental light wavelength is used. (SHG) output characteristics are shown in FIG.
As shown in FIG. Specifically, the tuning curve characteristic indicating the phase matching state of the optical wavelength conversion element is s.
The function becomes an inc function, the peak portion thereof is considerably narrow, and the allowable wavelength width is extremely narrow.
【０１３２】これに対して、図１に示す本発明の光波長
変換素子１００の基本波光波長に対する高調波（ＳＨ
Ｇ）光出力特性は、図２（ｂ）に示されるようになる。
これより、チューニングカーブ特性の最大値近傍のピー
クにおいて、高調波（ＳＨＧ）光の出力強度は非常に平
坦で、その出力変動は数％以内である。なお、図２
（ｂ）の縦軸に示す高調波（ＳＨＧ）光の出力強度の目
盛りは、図２（ａ）における従来例での高調波（ＳＨ
Ｇ）光のピーク出力強度を１として、規格化されてい
る。On the other hand, a harmonic (SH) with respect to the fundamental wavelength of the optical wavelength conversion element 100 of the present invention shown in FIG.
G) The light output characteristics are as shown in FIG.
Thus, at the peak near the maximum value of the tuning curve characteristic, the output intensity of the harmonic (SHG) light is very flat, and the output fluctuation is within several%. Note that FIG.
The scale of the output intensity of the harmonic (SHG) light shown on the vertical axis in (b) is the harmonic (SH) in the conventional example in FIG.
G) It is standardized that the peak output intensity of light is 1.
【０１３３】更に、基本波光波長に対する高調波光出力
レベルがピークレベルから５％低下する波長範囲（許容
波長幅）は、図２（ａ）に比べて図２（ｂ）では約６倍
に拡大されている。また、図２（ｂ）において、許容波
長幅拡大に伴って変換効率が低下するものの、依然とし
て図２（ａ）で得られる変換効率の２９％のレベルが達
成可能であり、高効率波長変換が実現される。Further, the wavelength range (allowable wavelength width) in which the output level of the higher harmonic wave with respect to the wavelength of the fundamental wave is reduced by 5% from the peak level is expanded about 6 times in FIG. 2B compared to FIG. 2A. ing. Further, in FIG. 2B, although the conversion efficiency decreases with the increase in the allowable wavelength width, the conversion efficiency of 29% of the conversion efficiency obtained in FIG. 2A can still be achieved. Is achieved.
【０１３４】このように、光波長変換素子において、互
いに等しい位相整合条件を有する非線形光学結晶１、２
及び３の間に位相調整部４及び５を設けることで、平坦
なピークを有するチューニングカーブ特性が得られ、且
つ比較的高い変換効率を実現することができる。As described above, in the optical wavelength conversion element, the nonlinear optical crystals 1 and 2 having the same phase matching condition
By providing the phase adjusters 4 and 5 between the first and second stages, a tuning curve characteristic having a flat peak can be obtained, and a relatively high conversion efficiency can be realized.
【０１３５】具体的には、本発明によれば、基本波波長
に対する高調波光出力特性（チューニングカーブ特性）
におけるピーク出力近傍に平坦部を有する光波長変換素
子として、２分割及び３分割の光導波路型擬似位相整合
方式光波長変換素子とを形成する。図３（ａ）には、２
分割構造の光波長変換素子１１０、図３（ｂ）には３分
割構造の光波長変換素子１２０を示す。More specifically, according to the present invention, a harmonic light output characteristic (tuning curve characteristic) with respect to a fundamental wave wavelength.
And a three-division optical waveguide type quasi-phase matching type optical wavelength conversion element having a flat portion in the vicinity of the peak output. In FIG. 3A, 2
FIG. 3B shows an optical wavelength conversion element 110 having a divided structure, and FIG. 3B shows an optical wavelength conversion element 120 having a divided structure.
【０１３６】図３（ａ）の２分割構造の光波長変換素子
１１０においては、基板内に分極反転領域８及び９が形
成されており、分極反転領域８及び９の間には位相調整
部１０が形成されている。一方、図３（ｂ）の３分割構
造の光波長変換素子１２０においては、基板内に分極反
転領域１１、１２、及び１３が形成されており、分極反
転領域１１、１２、及び１３の間には位相調整部１４及
び１５が形成されている。なお、ここでいう分極反転領
域８〜１３とは、複数の個別の分極反転領域が所定の間
隔（分極反転周期Λ）で周期的に形成されている領域
を、総称的に指すものとする。In the optical wavelength conversion element 110 having the two-segment structure shown in FIG. 3A, the domain-inverted regions 8 and 9 are formed in the substrate. Are formed. On the other hand, in the optical wavelength conversion element 120 having the three-segment structure shown in FIG. 3B, the domain-inverted regions 11, 12, and 13 are formed in the substrate, and between the domain-inverted regions 11, 12, and 13. Are provided with phase adjusters 14 and 15. Here, the domain-inverted regions 8 to 13 are collectively referred to as regions in which a plurality of individual domain-inverted regions are periodically formed at predetermined intervals (domain-inverted period Λ).
【０１３７】それぞれの場合において、分極反転周期Λ
は、 Λ＝２ｍπ／（β２ω−２・βω） （１） なる関係を満足している。但し、ｍ＝０、１、２、３、
……、であり、β２ωは位相調整部における高調波光の
伝搬定数、βωは位相調整部における基本波光の伝搬定
数である。In each case, the polarization inversion period Λ
Satisfies the following relationship: Λ = 2mπ / (β2ω-2 · βω) (1) Where m = 0, 1, 2, 3,
Where β2ω is the propagation constant of harmonic light in the phase adjustment unit, and βω is the propagation constant of fundamental light in the phase adjustment unit.
【０１３８】各分極反転領域８〜１３における位相整合
条件を等しくするためには、各領域８〜１３における分
極反転周期を同じに設定する。In order to make the phase matching conditions in each of the domain-inverted regions 8 to 13 equal, the domain-inverted period in each of the regions 8 to 13 is set to be the same.
【０１３９】更に、位相調整部の距離ｔは、図３（ａ）
に含まれる２分割構造の光波長変換素子１１０において
は式（２）で表される関係を満足するように設定する。Further, the distance t of the phase adjustment unit is shown in FIG.
Are set so as to satisfy the relationship represented by the expression (2) in the optical wavelength conversion element 110 having the two-segment structure included in the above.
【０１４０】 ｔ＝（２ｎ＋１）π／（β２ω−２・βω） （２） 但し、ｎ＝０、１、２、３、……、である。T = (2n + 1) π / (β2ω−2βω) (2) where n = 0, 1, 2, 3,...
【０１４１】式（２）において、チューニングカーブ特
性の対称性が５％以内に収まるのはα＝０．９５〜１．
０５の範囲であり、αがこの範囲に設定されている限り
は、使用上は問題ない。好ましくは、α＝１とする。α
が上記の範囲を外れてチューニングカーブ特性の対称性
が劣化すると、そのピーク近傍における平坦部が傾きを
有するようになり、ＡＰＣ動作が不可能になったり高調
波光出力の変動が大きくなったりするなど、好ましくな
い影響が発生する。In the equation (2), the symmetry of the tuning curve characteristic falls within 5% when α = 0.95 to 1.15.
05, and there is no problem in use as long as α is set in this range. Preferably, α = 1. α
However, when the symmetry of the tuning curve characteristic degrades outside the above range, the flat portion near the peak becomes inclined, and the APC operation becomes impossible or the fluctuation of the harmonic light output becomes large. Undesirable effects occur.
【０１４２】また、位相調整部１０の両側に位置する分
極反転領域８及び９の長さを、分極反転領域８の長さＬ
１の素子全体長Ｌに対する比率Ｌ１／Ｌ（％）が約１７
％になるように設定する（従って、分極反転領域９の長
さはＬ−Ｌ１−ｔに設定される）場合に、チューニング
カーブ特性におけるピーク出力近傍の平坦部が、最もフ
ラットになる。The length of the domain-inverted regions 8 and 9 located on both sides of the phase adjustment unit 10 is set to the length L of the domain-inverted region 8.
The ratio L1 / L (%) to the total element length L of 1 is about 17
% (Therefore, the length of the domain-inverted region 9 is set to L-L1-t), the flat portion near the peak output in the tuning curve characteristic becomes the flattest.
【０１４３】一方、図３（ｂ）に含まれる３分割構造の
光波長変換素子１２０においては、各位相調整部１４及
び１５の距離ｔ１及びｔ２は、式（３）及び式（４）で
表される関係を満足するように設定する。On the other hand, in the optical wavelength conversion element 120 having the three-segment structure included in FIG. 3B, the distances t1 and t2 between the phase adjusters 14 and 15 are expressed by Expressions (3) and (4). Is set to satisfy the relationship.
【０１４４】 ｔ１＝（２ｎ＋α１）π／（β２ω−２・βω） （３） ｔ２＝（２ｍ＋α２）π／（β２ω−２・βω） （４） 但し、ｎ及びｍ＝０、１、２、３、……、である。T1 = (2n + α1) π / (β2ω-2 · βω) (3) t2 = (2m + α2) π / (β2ω-2 · βω) (4) where n and m = 0, 1, 2, 3 …….
【０１４５】ここで、α１＋α２＝２であるので、上記
の式（３）及び式（４）は、Ｊ＝０、１、２、３、…
…、とすれば、 ｔ１＋ｔ２＝２Ｊπ／（β２ω−２・βω） （５） となる。Here, since α1 + α2 = 2, the above equations (3) and (4) satisfy J = 0, 1, 2, 3,.
..., then t1 + t2 = 2Jπ / (β2ω−2βω) (5)
【０１４６】α１＝０．７９及びα２＝１．２１近傍
で、チューニングカーブ特性におけるピーク出力近傍の
平坦部が、ほぼフラットな特性を示す。また、対称性が
５％以内に収まるのは、α１＝０．７〜０．９の範囲で
あり、このときα２＝２−α１に設定する。In the vicinity of α1 = 0.79 and α2 = 1.21, the flat portion near the peak output in the tuning curve characteristics shows almost flat characteristics. The symmetry within 5% is in the range of α1 = 0.7 to 0.9, and α2 = 2−α1 at this time.
【０１４７】また、上記の条件が満たされる場合に、分
極反転領域１１及び１３が同じ長さＬ１を有するように
し、更に素子全体長Ｌに対する比率Ｌ１／Ｌ（％）が約
１３．８％である場合に、チューニングカーブ特性にお
けるピーク出力近傍の平坦部が、最もフラットになる。When the above condition is satisfied, the domain-inverted regions 11 and 13 are made to have the same length L1, and the ratio L1 / L (%) to the entire length L of the device is about 13.8%. In some cases, a flat portion near the peak output in the tuning curve characteristics becomes the flattest.
【０１４８】以上の設計指針に基づいて、実際に光波長
変換素子を設計・作成した。Based on the above design guidelines, an optical wavelength conversion device was actually designed and prepared.
【０１４９】素子全体長はＬ＝１０ｍｍに設定し、位相
整合波長の中心波長は８５２ｎｍに設定した。また、分
極反転周期は３．２μｍとした。２分割構造に関して
は、ｔ＝１．６μｍ及びＬ１＝１．７ｍｍとし、３分割
構造に関しては、ｔ１＝１．３μｍ、ｔ２＝１．９μ
ｍ、及びＬ２＝１．３８ｍｍとした。The entire length of the device was set to L = 10 mm, and the center wavelength of the phase matching wavelength was set to 852 nm. The polarization inversion cycle was 3.2 μm. For the two-part structure, t = 1.6 μm and L1 = 1.7 mm. For the three-part structure, t1 = 1.3 μm and t2 = 1.9 μ.
m and L2 = 1.38 mm.
【０１５０】上記の設計値を有する２分割構造及び３分
割構造の光波長変換素子１１０及び１２０における、基
本波光波長に対する高調波光出力特性（チューニングカ
ーブ特性）のシミュレーション結果を、図４（ａ）及び
（ｂ）に示す。但し、図４（ａ）及び（ｂ）における縦
軸の高調波光出力の目盛りは、位相調整部を有さない従
来の光波長変換素子で得られる高調波光出力のピーク強
度の値を１として、規格化されている。Simulation results of harmonic light output characteristics (tuning curve characteristics) with respect to the fundamental light wavelength in the optical wavelength conversion elements 110 and 120 having the above design values in the two-segment structure and the three-segment structure are shown in FIG. (B). However, the scale of the harmonic light output on the vertical axis in FIGS. 4A and 4B is obtained by assuming that the value of the peak intensity of the harmonic light output obtained by the conventional optical wavelength conversion element having no phase adjustment unit is 1. It has been standardized.
【０１５１】位相調整部を有さない従来の光波長変換素
子では、チューニングカーブ特性における平坦部の許容
波長幅（ピーク出力レベルから出力レベルが５％低下す
る波長幅）が、典型的には０．０２ｎｍであるのに対し
て、２分割構造では、図４（ａ）に示すように、チュー
ニングカーブ特性における平坦部の許容波長幅が０．０
６ｎｍであり、ピーク出力は、位相調整部がない場合と
同じ１０ｍｍ長の光波長変換素子で得られる値の４５％
の値が得られた。また、３分割構造では、図４（ｂ）に
示すように、チューニングカーブ特性における平坦部の
許容波長幅が０．１２ｎｍであり、ピーク出力は、位相
調整部がない場合と同じ１０ｍｍ長の光波長変換素子で
得られる値の２９％の値が得られた。なお、上記では、
高調波光出力特性（チューニングカーブ特性）における
平坦部を、「出力レベルがピーク出力レベルから５％低
下する波長幅」と定義しているが、これは、一般的な光
ディスクシステムなどの応用を考えた場合に光源に許さ
れるパワー変動が数％以内、大きく見積もっても５％以
内であるためである。In a conventional optical wavelength conversion element having no phase adjusting section, the allowable wavelength width of the flat portion in the tuning curve characteristic (the wavelength width at which the output level is reduced by 5% from the peak output level) is typically 0. In the two-split structure, as shown in FIG. 4A, the allowable wavelength width of the flat portion in the tuning curve characteristic is 0.02 nm.
6 nm, and the peak output is 45% of the value obtained by the optical wavelength conversion element having a length of 10 mm, which is the same as when there is no phase adjustment unit
Was obtained. In addition, in the three-segment structure, as shown in FIG. 4B, the allowable wavelength width of the flat portion in the tuning curve characteristic is 0.12 nm, and the peak output is the same 10 mm light as that without the phase adjustment unit. 29% of the value obtained with the wavelength conversion element was obtained. In the above,
The flat part in the harmonic light output characteristic (tuning curve characteristic) is defined as "the wavelength width at which the output level is reduced by 5% from the peak output level". This is because the power fluctuation allowed for the light source in this case is within several percent, and at most is within 5%.
【０１５２】本実施形態における光波長変換素子は、従
来の分極反転型光波長変換素子と同様の方法で作製され
る。The optical wavelength conversion device according to the present embodiment is manufactured by the same method as the conventional polarization inversion type optical wavelength conversion device.
【０１５３】具体的には、図５に示される構成を有する
短波長光源に含まれる光波長変換素子１８は、ｘカット
ＭｇドープＬｉＮｂＯ3基板の上に形成されたプロトン
交換光導波路と、２次元電界印加法により作製された周
期的分極反転領域とを含む。周期的分極反転領域を形成
するためには、周期３．２μｍの櫛形電極及び平行電極
を＋Ｘ基板の上面に形成し、また、＋Ｘ基板の裏面にボ
トム電極としてＴａ膜を蒸着する。そして、基板の上面
と裏面との間に４Ｖの電圧を印加しながら、パルス幅１
００ｍｓで０．４Ｖのパルス電圧を＋Ｘ基板の上面に印
加し、分極反転領域を形成する。次に、電極をエッチン
グ除去した後にストライプ状のマスクを形成し、ピロリ
ン酸中でプロトン交換して光導波路を形成する。光導波
路は、典型的には幅４μｍ、深さ２μｍ、長さ１０ｍｍ
である。光導波路の端面には、無反射コートが施されて
いる。Specifically, the light wavelength conversion element 18 included in the short wavelength light source having the configuration shown in FIG. 5 includes a proton exchange optical waveguide formed on an x-cut Mg-doped LiNbO 3 substrate and a two-dimensional optical waveguide. A periodically poled region produced by an electric field application method. In order to form the periodically poled region, a comb-shaped electrode and a parallel electrode having a period of 3.2 μm are formed on the upper surface of the + X substrate, and a Ta film is deposited on the back surface of the + X substrate as a bottom electrode. Then, while applying a voltage of 4 V between the upper surface and the back surface of the substrate, the pulse width 1
A pulse voltage of 0.4 V is applied to the upper surface of the + X substrate at 00 ms to form a domain-inverted region. Next, a striped mask is formed after the electrodes are removed by etching, and proton exchange is performed in pyrophosphoric acid to form an optical waveguide. The optical waveguide is typically 4 μm wide, 2 μm deep, and 10 mm long
It is. An antireflection coating is applied to the end face of the optical waveguide.
【０１５４】このようにして作製された光波長変換素子
１８について、基本波波長に対する高調波光出力特性
（チューニングカーブ特性）をＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザを
用いて測定したところ、高調波光出力特性（チューニン
グカーブ特性）におけるピーク近傍の平坦部の波長幅
は、２分割構造では０．０６ｎｍ、３分割構造では０．
１３ｎｍであり、図４（ａ）及び（ｂ）を参照して説明
したシミュレーション結果にほぼ一致する結果が得られ
た。また、光導波路への入射パワー５０ｍＷに対して、
２分割構造では２．５ｍＷ、３分割構造では１．５ｍＷ
の高調波光（波長：４２６ｎｍ）の出力が、それぞれが
得られた。With respect to the optical wavelength conversion element 18 manufactured as described above, the harmonic light output characteristic (tuning curve characteristic) with respect to the fundamental wavelength was measured using a Ti: Al 2 O 3 laser. In the tuning curve characteristic), the wavelength width of the flat portion near the peak is 0.06 nm in the two-segment structure and 0.1 nm in the three-segment structure.
The result was 13 nm, which was almost the same as the simulation result described with reference to FIGS. 4A and 4B. Also, for an incident power to the optical waveguide of 50 mW,
2.5 mW for two-segment structure and 1.5 mW for three-segment structure
And the output of the harmonic light (wavelength: 426 nm) was obtained.
【０１５５】次に、高調波光出力特性（チューニングカ
ーブ特性）における平坦部の波長幅が０．１３ｎｍであ
るような上記の位相調整部を有する３分割の分極反転型
光波長変換素子と、２電極タイプ（活性部とＤＢＲ部）
の波長可変型ＤＢＲ半導体レーザとを組み合わせて構成
される短波長光源について、図５を参照して説明する。
図５は、そのような短波長光源１５０の概略構成図であ
る。Next, a three-segment domain-inverted optical wavelength conversion element having the above-mentioned phase adjustment part such that the wavelength width of the flat part in the harmonic light output characteristic (tuning curve characteristic) is 0.13 nm, and two electrodes Type (Active part and DBR part)
A short wavelength light source configured by combining the wavelength tunable DBR semiconductor laser will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of such a short wavelength light source 150.
【０１５６】光波長変換素子１８と波長可変型ＤＢＲ半
導体レーザ１９とは、電子冷却素子２０とサーミスタ２
０１とにより一定温度に保持されたモジュール２１に固
定されている。波長可変型ＤＢＲ半導体レーザ１９から
出射されたレーザ光は、コリメートレンズ２２とフォー
カスレンズ２３とにより、光波長変換素子１８の上の光
導波路に結合される。光波長変換素子１８はｘカット基
板上に形成されているため、半導体レーザ１９と同じＴ
Ｅモードの光を伝搬することができるので、半波長板を
使用せずに光結合することができる。The light wavelength conversion element 18 and the tunable DBR semiconductor laser 19 are composed of the electronic cooling element 20 and the thermistor 2.
01 is fixed to the module 21 kept at a constant temperature. The laser light emitted from the tunable DBR semiconductor laser 19 is coupled to the optical waveguide above the optical wavelength conversion element 18 by the collimator lens 22 and the focus lens 23. Since the optical wavelength conversion element 18 is formed on the x-cut substrate, it has the same T
E-mode light can be propagated, so that optical coupling can be performed without using a half-wave plate.
【０１５７】光波長変換素子１８に結合されたレーザ光
は、周期的分極反転領域により高調波光に波長変換さ
れ、光導波路の出射端面より高調波（ＳＨＧ）光が出射
される。具体的には、波長８５１ｎｍで出力１００ｍＷ
の波長可変半導体レーザ１９に対して、７０ｍＷの光が
光導波路内に結合した。The wavelength of the laser light coupled to the optical wavelength conversion element 18 is converted into harmonic light by the periodically poled region, and the harmonic (SHG) light is emitted from the emission end face of the optical waveguide. Specifically, the output is 100 mW at a wavelength of 851 nm.
With respect to the wavelength tunable semiconductor laser 19, 70 mW light was coupled into the optical waveguide.
【０１５８】動作時には、波長可変型ＤＢＲ半導体レー
ザ１９のＤＢＲ部に電流注入を行って、波長可変型ＤＢ
Ｒ半導体レーザ１９の発振波長を、光波長変換素子１８
の位相整合波長８５２ｎｍに一致させる。具体的には、
ＤＢＲ部への注入電流が５０ｍＡの場合に、発振波長は
８５２ｎｍに可変されて、５ｍＷのブルー光（４２６ｎ
ｍ）が得られた。In operation, current is injected into the DBR portion of the wavelength tunable DBR semiconductor laser 19 to
The oscillation wavelength of the R semiconductor laser 19 is
Of 852 nm. In particular,
When the injection current to the DBR section is 50 mA, the oscillation wavelength is changed to 852 nm, and the blue light (426n
m) was obtained.
【０１５９】波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの波長可変
特性は、一般に不連続である。例えば、本実施形態で用
いられた波長可変型ＤＢＲ半導体レーザ１９では、その
活性領域の長さが約１ｍｍ程度あることから、その発振
波長は、０．１１ｎｍの間隔でモードホップを繰り返し
ながら変化する。The tunable characteristics of a tunable DBR semiconductor laser are generally discontinuous. For example, in the wavelength tunable DBR semiconductor laser 19 used in this embodiment, since the active region has a length of about 1 mm, the oscillation wavelength changes while repeating mode hops at intervals of 0.11 nm. .
【０１６０】ここで、ＤＢＲ部への注入電流と発振波長
との関係を、図６に示す。具体的には、ＤＢＲ部への注
入電流が増加するにつれて、波長幅０．０１ｎｍに相当
する連続部と波長幅０．１ｎｍに相当する不連続部とを
繰り返しながら、長波長側にシフトしていく。更に、Ｄ
ＢＲ部への注入電流の増加時と減少時とでは、異なる波
長特性（ヒステリシス特性）を示す。FIG. 6 shows the relationship between the current injected into the DBR and the oscillation wavelength. Specifically, as the injection current into the DBR portion increases, a continuous portion corresponding to a wavelength width of 0.01 nm and a discontinuous portion corresponding to a wavelength width of 0.1 nm are repeatedly shifted to a longer wavelength side. Go. Furthermore, D
Wavelength characteristics (hysteresis characteristics) are different between when the injection current into the BR section increases and when it decreases.
【０１６１】次に、図７（ａ）及び（ｂ）、並びに図８
（ａ）及び（ｂ）を参照して、波長可変型ＤＢＲ半導体
レーザの発振波長と光波長変換素子の基本波光波長に対
する高調波光出力特性（チューニングカーブ特性）との
関係を説明する。Next, FIGS. 7A and 7B and FIG.
With reference to (a) and (b), the relationship between the oscillation wavelength of the wavelength tunable DBR semiconductor laser and the harmonic light output characteristic (tuning curve characteristic) with respect to the fundamental light wavelength of the optical wavelength conversion element will be described.
【０１６２】図７（ａ）及び（ｂ）は従来の光波長変換
素子における特性を示す図であり、図８（ａ）及び
（ｂ）は本発明の光波長変換素子における特性を示す図
である。各図は、横軸に波長、縦軸に高調波光出力をと
って特性を模式的に示している。FIGS. 7A and 7B are diagrams showing characteristics of a conventional optical wavelength conversion device, and FIGS. 8A and 8B are diagrams showing characteristics of an optical wavelength conversion device of the present invention. is there. In each figure, the characteristics are schematically shown with the horizontal axis representing the wavelength and the vertical axis representing the harmonic light output.
【０１６３】従来の光波長変換素子では、チューニング
カーブ特性のピーク出力近傍での平坦部の幅が０．０２
ｎｍと小さい。このため、図７（ａ）のように、波長可
変型ＤＢＲ半導体レーザのある発振モードの波長が分極
反転型光波長変換素子の位相整合波長範囲のピークの近
傍にある場合には、ピーク出力１５ｍＷが得られるが、
図７（ｂ）のように両者が大きくずれている場合には、
例えば８ｍＷの出力しか得られず、同じ基本波光出力
（半導体レーザ出力）に対して常に同じ高調波光出力を
安定に得ることは、困難である。安定してピーク出力を
得るためには、モジュール全体の温度或いは活性部への
注入電流を制御する必要があり、その結果として、制御
系の複雑化や、温度制御に伴う応答速度（立ち上がり速
度）の遅れが発生して、実用上の大きな問題となる。In the conventional optical wavelength conversion element, the width of the flat portion near the peak output of the tuning curve characteristic is 0.02.
nm and small. For this reason, as shown in FIG. 7A, when the wavelength of a certain oscillation mode of the wavelength tunable DBR semiconductor laser is near the peak of the phase matching wavelength range of the domain-inverted optical wavelength conversion element, the peak output is 15 mW. Is obtained,
When both are largely displaced as shown in FIG. 7B,
For example, only an output of 8 mW is obtained, and it is difficult to always stably obtain the same harmonic light output with respect to the same fundamental light output (semiconductor laser output). In order to obtain a stable peak output, it is necessary to control the temperature of the entire module or the injection current into the active part. As a result, the control system becomes complicated and the response speed (rise speed) accompanying the temperature control is increased. Is a serious problem in practical use.
【０１６４】一方、本実施形態による３分割構造の分極
反転型光波長変換素子では、チューニングカーブ特性に
おいて、出力レベルがピークレベルから５％だけ低下す
る平坦部の波長幅が約０．１３ｎｍであって、この幅
は、組み合わせて使用される波長可変型ＤＢＲ半導体レ
ーザの縦モード間隔よりも大きい。従って、図８（ａ）
のように波長可変型ＤＢＲ半導体レーザのある発振モー
ドの波長が分極反転型光波長変換素子の位相整合波長範
囲のピークの近傍にある場合だけではなく、図８（ｂ）
のように両者が大きくずれている場合においても、ほぼ
同じ５ｍＷの高調波光出力が得られる。On the other hand, in the polarization inversion type optical wavelength conversion device having the three-segment structure according to the present embodiment, the wavelength width of the flat portion where the output level is reduced by 5% from the peak level in the tuning curve characteristics is about 0.13 nm. This width is larger than the longitudinal mode interval of the tunable DBR semiconductor laser used in combination. Therefore, FIG.
Not only when the wavelength of the oscillation mode of the tunable DBR semiconductor laser is near the peak of the phase matching wavelength range of the domain-inverted optical wavelength conversion element as shown in FIG.
As described above, even when the two are largely deviated from each other, almost the same harmonic light output of 5 mW can be obtained.
【０１６５】これにより、本発明によれば、波長可変型
ＤＢＲ半導体レーザの出力が一定になるように定電流駆
動（Auto Current Control：ＡＣＣ駆動）させてＤＢＲ
部への注入電流を制御するだけで、基本波の波長を光波
長変換素子のピーク位相整合波長に固定することが可能
となり、高調波光出力の安定化制御を著しく簡素化する
ことができる。また、温度制御による出力制御を必要と
しないので、高速の立ち上がり制御が可能となる。Thus, according to the present invention, the DBR is driven by constant current driving (Auto Current Control: ACC driving) so that the output of the wavelength tunable DBR semiconductor laser becomes constant.
The wavelength of the fundamental wave can be fixed to the peak phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element only by controlling the current injected into the section, and the control for stabilizing the harmonic light output can be significantly simplified. In addition, since output control by temperature control is not required, high-speed rise control can be performed.
【０１６６】次に、制御方法について簡単に説明する。Next, the control method will be briefly described.
【０１６７】図９は、短波長光源２４に制御回路２６が
付加された構成のブロック図であり、図１０は、図９の
構成に対する制御方法のフローチャート図である。FIG. 9 is a block diagram of a configuration in which a control circuit 26 is added to the short wavelength light source 24, and FIG. 10 is a flowchart of a control method for the configuration of FIG.
【０１６８】図９において、短波長光源２４から出射さ
れた高調波光Ｐ２ωは、光検出器２５により検出され、
制御回路２６にフィードバックされる。制御回路２６
は、短波長光源２４に含まれる波長可変型ＤＢＲ半導体
レーザの活性部及びＤＢＲ部への注入電流（Ｉｄｂｒ及
びＩｏｐ）を制御する。In FIG. 9, the harmonic light P2ω emitted from the short wavelength light source 24 is detected by the photodetector 25,
It is fed back to the control circuit 26. Control circuit 26
Controls the injection currents (Idbr and Iop) into the active portion and the DBR portion of the tunable DBR semiconductor laser included in the short wavelength light source 24.
【０１６９】まず、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの活
性部への注入電流（すなわち駆動電流）Ｉｏｐを、一定
の値に設定する。次に、ＤＢＲ部への注入電流Ｉｄｂｒ
を０〜１００ｍＡの範囲でスキャニングする。このと
き、同時にブルー光出力（高調波光出力）Ｐ２ωを光検
出器で検出して、最大のブルー光（高調波光）出力が得
られる注入電流値Ｉ’ｄｂｒが得られたら、その値を制
御回路中のメモリ部に記憶する。次に、再びＤＢＲ部へ
の注入電流Ｉｄｂｒを０ｍＡに戻し、この後にＤＢＲ部
への注入電流Ｉｄｂｒを、先に得られたＩ’ｄｂｒの値
に設定する。First, the injection current (ie, drive current) Iop to the active portion of the wavelength tunable DBR semiconductor laser is set to a constant value. Next, the current Idbr injected into the DBR section
Is scanned in the range of 0 to 100 mA. At this time, the blue light output (harmonic light output) P2ω is simultaneously detected by the photodetector, and when the injection current value I′dbr at which the maximum blue light (harmonic light) output is obtained is obtained, the value is controlled by the control circuit. It is stored in the memory section inside. Next, the injection current Idbr to the DBR section is returned to 0 mA again, and thereafter, the injection current Idbr to the DBR section is set to the value of I′dbr obtained earlier.
【０１７０】これにより、波長可変型ＤＢＲ半導体レー
ザの発振波長を、光波長変換素子の高調波光出力特性
（チューニングカーブ特性）における出力ピーク近傍の
平坦部に安定に固定することができて、１００ｍＷの半
導体レーザ出力に対して安定に高調波光出力５ｍＷを得
ることができる。なお、ＤＢＲ部への注入電流を０ｍＡ
に戻すのは、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの波長可変
時のヒステリシス特性を回避するためである。As a result, the oscillation wavelength of the wavelength tunable DBR semiconductor laser can be stably fixed to a flat portion near the output peak in the harmonic light output characteristic (tuning curve characteristic) of the optical wavelength conversion element, and the output wavelength is 100 mW. A harmonic light output of 5 mW can be obtained stably with respect to the semiconductor laser output. In addition, the injection current into the DBR part is 0 mA.
The reason is to avoid the hysteresis characteristic of the wavelength tunable DBR semiconductor laser when the wavelength is tunable.
【０１７１】或いは、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの
出力が一定になるようにＡＣＣ駆動させる代わりに、波
長可変型ＤＢＲ半導体レーザの後部にフォトダイオード
を設置してＡＰＣ駆動させることにより、更に高調波光
出力を安定化することができる。この点を、以下に更に
説明する。Alternatively, instead of driving the ACC so that the output of the wavelength tunable DBR semiconductor laser becomes constant, a photodiode is installed at the rear of the wavelength tunable DBR semiconductor laser and APC driving is performed. Can be stabilized. This will be further described below.
【０１７２】一般に、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザ
は、活性部への注入電流の変化に対して発振波長が０.
０２ｎｍ／１０ｍＡで波長シフトする。そのため、従来
の短波長光源の構成では、波長可変型ＤＢＲ半導体レー
ザをＡＰＣ駆動することが不可能である。これに対し
て、本実施形態のようにチューニングカーブ特性におけ
るピーク出力近傍の平坦部が０.１３ｎｍの波長幅を有
する光波長変換素子を用いる場合には、波長可変型ＤＢ
Ｒ半導体レーザをＡＰＣ駆動しても、その発振波長は光
波長変換素子の出力特性（チューニングカーブ特性）の
平坦部に存在する。従って、波長可変型ＤＢＲ半導体レ
ーザのＡＰＣ駆動が可能となり、高調波光出力を安定化
できる。In general, a wavelength tunable DBR semiconductor laser has an oscillation wavelength of about 0.1 with respect to a change in current injected into an active portion.
The wavelength shifts at 02 nm / 10 mA. Therefore, with the configuration of the conventional short wavelength light source, it is impossible to APC drive the wavelength tunable DBR semiconductor laser. On the other hand, when an optical wavelength conversion element having a flat portion near the peak output in the tuning curve characteristic having a wavelength width of 0.13 nm as in this embodiment is used, the wavelength tunable DB is used.
Even when the R semiconductor laser is APC-driven, its oscillation wavelength exists in a flat portion of the output characteristic (tuning curve characteristic) of the optical wavelength conversion element. Accordingly, APC driving of the wavelength tunable DBR semiconductor laser becomes possible, and the harmonic light output can be stabilized.
【０１７３】更に、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの発
振波長が光波長変換素子の出力特性（チューニングカー
ブ特性）の平坦部に固定されているときには、高調波光
出力に対するＡＰＣ駆動も可能である。Further, when the oscillation wavelength of the wavelength tunable DBR semiconductor laser is fixed to a flat portion of the output characteristic (tuning curve characteristic) of the optical wavelength conversion element, APC driving for the output of the harmonic light is also possible.
【０１７４】第２高調波発生時には、位相整合関係が維
持されていれば、基本波光出力の２乗の関係で高調波光
出力が変化する。本実施形態では、チューニングカーブ
特性の平坦部を、ピーク出力からの出力レベルの低下が
５％である波長幅と定義したが、波長可変型ＤＢＲ半導
体レーザの発振波長が光波長変換素子のチューニングカ
ーブ特性の平坦部に存在する状態では、基本波光出力の
増加に対して高調波光出力が増加する一方で、基本波出
力の低下に対しては高調波光出力が低下する。従って、
基本波光となるレーザ光を出射する波長可変型ＤＢＲ半
導体レーザの駆動電流（活性領域への注入電流）を制御
することによって、高調波光出力が一定値になるように
制御できる。これにより、高調波光出力が更に安定化さ
れる。At the time of the second harmonic generation, if the phase matching relationship is maintained, the harmonic light output changes according to the square of the fundamental light output. In the present embodiment, the flat portion of the tuning curve characteristic is defined as a wavelength width at which the output level decreases from the peak output by 5%. However, the oscillation wavelength of the wavelength-variable DBR semiconductor laser is adjusted by the tuning curve of the optical wavelength conversion element. In a state in which the characteristic exists at a flat portion, the harmonic light output increases as the fundamental light output increases, while the harmonic light output decreases as the fundamental wave output decreases. Therefore,
By controlling the drive current (injection current into the active region) of the wavelength tunable DBR semiconductor laser that emits the laser light serving as the fundamental light, it is possible to control the harmonic light output to be a constant value. Thereby, the harmonic light output is further stabilized.
【０１７５】高調波光出力をＡＰＣ駆動できるのは、光
波長変換素子のチューニングカーブ特性の平坦部の波長
幅が、半導体レーザの発振波長における縦モード間隔よ
りも大きいことによるものであり、本発明の大きな効果
の一つである。これは、特に光ディスクなどのシステム
への応用時には、サーボシステムなどを安定に動作させ
ることが可能になるために非常に都合がよく、その実用
的効果は大きい。The reason why the harmonic light output can be APC-driven is that the wavelength width of the flat part of the tuning curve characteristic of the optical wavelength conversion element is larger than the longitudinal mode interval at the oscillation wavelength of the semiconductor laser. This is one of the great effects. This is very convenient, especially when applied to a system such as an optical disk, because the servo system can be operated stably, and its practical effect is great.
【０１７６】本実施形態によれば、短波長光源を構成す
る分極反転型光波長変換素子が、その基本波波長に対す
る高調波光出力特性（チューニングカーブ特性）のピー
ク出力近傍において平坦部を有し、その出力レベルがピ
ーク出力レベルに対して９５％以上である部分の波長幅
（許容波長幅）が、典型的には０.１３ｎｍである。こ
の値は、短波長光源を構成する波長可変型ＤＢＲ半導体
レーザのモードホップ間隔（典型的には０．１１ｎｍ）
より大きいため、ＤＢＲ部への注入電流量を調整するこ
とにより、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの発振波長を
常に上記平坦部に固定することが可能である。従って、
あらゆる条件においても安定した高調波光出力を得るこ
とができ、その実用的効果は大きい。According to the present embodiment, the polarization-inverted optical wavelength conversion element constituting the short wavelength light source has a flat portion near the peak output of the harmonic light output characteristic (tuning curve characteristic) with respect to the fundamental wavelength. The wavelength width (allowable wavelength width) of a portion where the output level is 95% or more of the peak output level is typically 0.13 nm. This value is the mode hop interval (typically 0.11 nm) of the wavelength tunable DBR semiconductor laser constituting the short wavelength light source.
Since it is larger, the oscillation wavelength of the tunable DBR semiconductor laser can always be fixed to the flat portion by adjusting the amount of current injected into the DBR portion. Therefore,
A stable harmonic light output can be obtained under all conditions, and the practical effect is large.
【０１７７】上記では、２つの位相調整部を有する３分
割構造の分極反転型光波長変換素子を用いたケースを説
明してきたが、１つの位相調整部を有する２分割構造の
分極反転型光波長変換素子を用いる場合には、チューニ
ングカーブ特性の平坦部において、出力レベルがピーク
出力レベルから５％低下する波長幅（許容波長幅）が
０.０６ｎｍである。しかし、先述のように、活性領域
長が約１ｍｍである波長可変型ＤＢＲ半導体レーザで
は、発振縦モードの間隔が約０.１１ｎｍあり、発振波
長を常に０.０６ｎｍの許容波長幅内に固定すること
は、困難である。In the above description, the case of using the polarization inversion type optical wavelength conversion element having a three-segment structure having two phase adjustment parts has been described, but the polarization inversion type optical wavelength conversion element having a two-segment structure having one phase adjustment part has been described. When a conversion element is used, the wavelength width (allowable wavelength width) at which the output level drops by 5% from the peak output level in the flat portion of the tuning curve characteristic is 0.06 nm. However, as described above, in the wavelength tunable DBR semiconductor laser having an active region length of about 1 mm, the interval between the oscillation longitudinal modes is about 0.11 nm, and the oscillation wavelength is always fixed within the allowable wavelength width of 0.06 nm. It is difficult.
【０１７８】そのような場合には、チューニングカーブ
特性におけるピーク出力近傍の平坦部の定義を、上記の
ように「出力レベルがピーク出力レベルから５％低下す
る部分」とする代わりに、システムの要求条件に応じて
適切に変更すればよい。例えば、システムが２０％程度
の出力変動を許容する場合には、上記の特性の平坦部
を、「出力レベルがピーク出力レベルから２０％低下す
る部分」とすればよい。或いは、トレランスを考慮し
て、出力レベルの低下分をやや小さい値に設定し、例え
ば「出力レベルがピーク出力レベルから１５％低下する
部分」と、上記の特性の平坦部を定義してもよい。２分
割構造の分極反転型光波長変換素子の高調波光出力特性
（チューニングカーブ特性）において、ピーク出力に対
して出力レベルが１５％程度低下する平坦部の波長幅
（許容波長幅）は０.１１ｎｍ以上あり、先述の発振縦
モードの間隔よりも大きいので、出力変動が比較的大き
くてもよいシステムに対しては有効に利用することがで
きる。In such a case, instead of defining the flat portion near the peak output in the tuning curve characteristic as “the portion where the output level is reduced by 5% from the peak output level” as described above, the system requirements are changed. What is necessary is just to change suitably according to conditions. For example, when the system allows an output variation of about 20%, the flat portion of the above characteristic may be a “portion where the output level is reduced by 20% from the peak output level”. Alternatively, in consideration of the tolerance, the decrease in the output level may be set to a slightly smaller value, and for example, a “portion where the output level decreases by 15% from the peak output level” may be defined as a flat portion having the above characteristics. . In the harmonic light output characteristic (tuning curve characteristic) of the polarization inversion type optical wavelength conversion element having the two-segment structure, the wavelength width (allowable wavelength width) of the flat portion where the output level is reduced by about 15% with respect to the peak output is 0.11 nm. As described above, since the interval between the oscillation longitudinal modes is larger than that described above, it can be effectively used for a system in which output fluctuation may be relatively large.
【０１７９】或いは、活性領域の長さを長くすることに
より、縦モード間隔を小さくすることができる。例え
ば、活性領域の長さが１．５ｍｍである波長可変型ＤＢ
Ｒ半導体レーザでは、その縦モード間隔が０.０７ｎｍ
となり、分極反転型光波長変換素子の出力特性におい
て、ピーク出力に対して出力レベルが５％低下する許容
波長幅０.０６ｎｍとほぼ同程度となる。これにより、
高調波光出力を安定化することができる。Alternatively, the longitudinal mode interval can be reduced by increasing the length of the active region. For example, a wavelength tunable DB having an active region length of 1.5 mm
In the R semiconductor laser, the longitudinal mode interval is 0.07 nm.
In the output characteristics of the domain-inverted optical wavelength conversion element, the output wavelength is about the same as the allowable wavelength width of 0.06 nm at which the output level is reduced by 5% from the peak output. This allows
Harmonic light output can be stabilized.
【０１８０】（第２の実施形態）本実施形態では、より
安定に高調波光出力を得るための制御回路による制御方
法について説明する。(Second Embodiment) In this embodiment, a control method by a control circuit for more stably obtaining a harmonic light output will be described.
【０１８１】前述のように、活性領域の長さが１ｍｍで
ある波長可変型ＤＢＲ半導体レーザでは、図６に実線で
示すように、ＤＢＲ部への注入電流の増加に伴って、そ
の発振波長が波長幅０.０１ｎｍの連続部と波長幅０.１
ｎｍの不連続部とを繰り返しながら、長波長側にシフト
していく。また、注入電流の減少時には、図６に点線で
示すように、発振波長は同様の繰り返しを含みながら短
波長側にシフトし、結果として、図６に示すようなヒス
テリシス特性を生じる。この場合、例えば図６の中のＡ
点（ＤＢＲ部への注入電流の増加時及び減少時にモード
ホップが生じた直後の点）がモードホップを生じ難い安
定点となり、電流増加時のＢ点や電流減少時のＣ点が、
モードホップを生じ易い不安定点となる。上記の点を、
図１１（ａ）〜（ｄ）に示すような波長可変型ＤＢＲ半
導体レーザのＤＢＲ部への注入電流Ｉｄｂｒに対する高
調波光出力の変化を示す図で考察する。As described above, in the wavelength tunable DBR semiconductor laser having the active region of 1 mm in length, as shown by the solid line in FIG. 6, the oscillation wavelength increases as the injection current into the DBR increases. A continuous part with a wavelength width of 0.01 nm and a wavelength width of 0.1
The wavelength shifts to the longer wavelength side while repeating the discontinuous portion of nm. When the injection current decreases, the oscillation wavelength shifts to the shorter wavelength side while including the same repetition, as shown by the dotted line in FIG. 6, resulting in the hysteresis characteristic as shown in FIG. In this case, for example, A in FIG.
The points (points immediately after the mode hop occurs when the injection current to the DBR portion increases and decreases) are stable points at which mode hop hardly occurs, and point B when the current increases and point C when the current decreases are:
This is an unstable point that easily causes a mode hop. With the above points,
Consider the change in the harmonic light output with respect to the injection current Idbr into the DBR portion of the wavelength tunable DBR semiconductor laser as shown in FIGS.
【０１８２】図１１（ａ）〜（ｄ）は、注入電流Ｉｄｂ
ｒを変化させたときの高調波光出力の変化を示す。図中
の点線部は、モードホップが生じる注入電流Ｉｄｂｒの
値を示す。また、隣接する点線の間隔は、注入電流Ｉｄ
ｂｒの可変時に連続的に変化する波長変化分に相当し、
具体的には０．０１ｎｍである。FIGS. 11A to 11D show injection current Idb.
The change of the harmonic light output when r is changed is shown. The dotted line in the figure indicates the value of the injection current Idbr at which mode hop occurs. The interval between adjacent dotted lines is the injection current Id
It corresponds to a wavelength change that continuously changes when br is changed,
Specifically, it is 0.01 nm.
【０１８３】モードホップ後の注入電流Ｉｄｂｒの値が
安定点になるので、注入電流Ｉｄｂｒの上昇時には、図
中のＡ点、Ｃ点、Ｅ点、及びＧ点が安定点となり、注入
電流Ｉｄｂｒの下降時には、図中のＢ点、Ｄ点、Ｆ点、
及びＨ点が安定点となる。Since the value of the injection current Idbr after the mode hop becomes a stable point, when the injection current Idbr rises, points A, C, E, and G in the figure become stable points, and When descending, points B, D, F,
And point H are stable points.
【０１８４】安定動作を実現するＤＢＲ部への注入電流
Ｉｄｂｒの設定は、具体的には以下のように行う。すな
わち、ＤＢＲ部への注入電流Ｉｄｂｒの異なるレベルＩ
N及びＩN+1（但し、ＩN+1＞ＩN）に対して、異なるレベ
ルの高調波光出力ＰN及びＰ N+1が得られるものとして、
注入電流の増加時及び減少時の各々について、以下の条
件を満足する注入電流Ｉｄｂｒを求める。Injection current into DBR for realizing stable operation
The setting of Idbr is specifically performed as follows. sand
That is, different levels I of the injection current Idbr into the DBR section
NAnd IN + 1(However, IN + 1> IN) Against different levels
Harmonic light output PNAnd P N + 1Is obtained as
For each of the following cases,
An injection current Idbr that satisfies the condition is obtained.
【０１８５】まず、電流上昇時においては、 （１）ＰN+1−ＰN＞０ （２）ＰN+1−ＰNが最大 （３）Ｉｄｂｒ＝ＩN+1＋ΔＩ の３つの条件を満たすように、注入電流Ｉｄｂｒを設定
する。このとき、実際には、図１１（ａ）ではＡ’点、
図１１（ｂ）ではＣ’点、図１１（ｃ）ではＥ’点、図
１１（ｄ）ではＧ’点に、注入電流Ｉｄｂｒが固定され
る。First, when the current rises, three conditions of (1) P N + 1 −P N > 0 (2) P N + 1 −P N are maximum (3) Idbr = I N + 1 + ΔI The injection current Idbr is set so as to satisfy the condition. At this time, actually, in FIG.
The injection current Idbr is fixed at the point C 'in FIG. 11B, the point E' in FIG. 11C, and the point G 'in FIG. 11D.
【０１８６】一方、電流上昇時においては、 （１）ＰN+1−ＰN＜０ （２）ＰN−ＰN+1が最大 （３）Ｉｄｂｒ＝ＩN−ΔＩ の３つの条件を満たすように、注入電流Ｉｄｂｒを設定
する。このとき、実際には、図１１（ａ）ではＢ’点、
図１１（ｂ）ではＤ’点、図１１（ｃ）ではＦ’点、図
１１（ｄ）ではＨ’点に、注入電流Ｉｄｂｒが固定され
る。On the other hand, when the current rises, the following three conditions are satisfied: (1) P N + 1 −P N <0 (2) P N −P N + 1 is maximum (3) Idbr = I N −ΔI Thus, the injection current Idbr is set. At this time, actually, in FIG.
The injection current Idbr is fixed at the point D 'in FIG. 11B, at the point F' in FIG. 11C, and at the point H 'in FIG. 11D.
【０１８７】ここで、上記の関係に含まれるΔＩは、図
１１（ａ）〜（ｄ）に示されているように、本来の安定
点（例えば点Ａ）と実際に注入電流Ｉｄｂｒが固定され
る点（例えば点Ａ’）との間の間隔を示す。この間隔Δ
Ｉは、確実な動作を実現するために設けられるものであ
って、モードホップを生じる電流値の半分以下に設定さ
れることが望ましい。例えば、本実施形態では５ｍＡ毎
にモードホップを繰り返すので、ΔＩ＝２ｍＡ程度のと
きに安定な動作が実現される。Here, as shown in FIGS. 11A to 11D, ΔI included in the above relationship is obtained by fixing the original stable point (for example, point A) and the injection current Idbr actually. (For example, point A ′). This interval Δ
I is provided for realizing a reliable operation, and is desirably set to be equal to or less than half of a current value that causes a mode hop. For example, in the present embodiment, since mode hops are repeated every 5 mA, a stable operation is realized when ΔI = about 2 mA.
【０１８８】安定な動作を可能にする注入電流Ｉｄｂｒ
の値が求められた後には、ヒステリシスを回避するため
に、注入電流Ｉｄｂｒを、注入電流上昇時には０ｍＡ
に、注入電流減少時には１００ｍＡに一旦戻し、その後
に再び求められた値まで注入電流Ｉｄｂｒの値を増加或
いは減少させて、最終的に安定点に固定する。Injection current Idbr enabling stable operation
Is calculated, the injection current Idbr is reduced to 0 mA when the injection current rises in order to avoid hysteresis.
Then, when the injection current is reduced, the current is once returned to 100 mA, and thereafter, the value of the injection current Idbr is increased or decreased to the value obtained again, and finally fixed at a stable point.
【０１８９】波長可変型ＤＢＲ半導体レーザと光波長変
換素子とが組み合わされて構成されている短波長光源に
おいて、光波長変換素子の出力特性におけるピーク出力
近傍の平坦部の波長幅（許容波長幅）が波長可変型ＤＢ
Ｒ半導体レーザの縦モード間隔と同程度であるような場
合に上記の制御を行うことにより、高調波光出力の安定
化が図れて、より実用的な短波長光源が供給される。In a short wavelength light source configured by combining a wavelength tunable DBR semiconductor laser and an optical wavelength conversion element, the wavelength width (allowable wavelength width) of a flat portion near the peak output in the output characteristics of the optical wavelength conversion element. Is a wavelength tunable DB
By performing the above control in the case where the vertical mode interval is substantially equal to that of the R semiconductor laser, the output of the harmonic light can be stabilized, and a more practical short wavelength light source can be supplied.
【０１９０】（第３の実施形態）本実施形態では、基本
波波長に対する高調波光出力特性（チューニングカーブ
特性）においてピーク出力近傍が平坦部を有する３分割
構造の分極反転型光波長変換素子と、２電極（活性部及
びＤＢＲ部）を有する波長可変型ＤＢＲ半導体レーザを
組み合わせて構成され、モジュール温度を一定にするた
めの電子冷却素子を必要としない短波長光源について、
その構成と動作方法を説明する。(Third Embodiment) In this embodiment, a polarization-inverted optical wavelength conversion element having a three-segment structure having a flat portion near the peak output in the harmonic light output characteristic (tuning curve characteristic) with respect to the fundamental wavelength, A short wavelength light source that is configured by combining a wavelength tunable DBR semiconductor laser having two electrodes (an active part and a DBR part) and does not require an electronic cooling element for keeping the module temperature constant.
The configuration and operation method will be described.
【０１９１】ＭｇドープＬｉＮｂＯ3基板の上に形成さ
れた分極反転型光波長変換素子と長さ約１ｍｍのＡｌＧ
ａＡｓ系活性領域を有する波長可変型ＤＢＲ半導体レー
ザとを組み合わせて構成される短波長光源は、一般に先
に図１７に示したような動作特性の温度依存性を示し、
モジュール温度の上昇に伴って、波長可変型ＤＢＲ半導
体レーザの発振波長と分極反転型光波長変換素子の位相
整合波長とが、何れも長波長側にシフトする。従って、
一般には、電子冷却素子によりモジュール温度を一定に
保持していない場合には、環境温度変化に伴って位相整
合波長と発振波長との間にずれが発生して、波長変換に
より得られる高調波光出力も大きく変動する。A polarization inversion type optical wavelength conversion element formed on a Mg-doped LiNbO 3 substrate and an AlG having a length of about 1 mm
A short-wavelength light source configured by combining with a wavelength-tunable DBR semiconductor laser having an aAs-based active region generally shows temperature dependence of the operation characteristics as shown in FIG.
As the module temperature rises, both the oscillation wavelength of the tunable DBR semiconductor laser and the phase matching wavelength of the domain-inverted optical wavelength conversion element shift to longer wavelengths. Therefore,
Generally, when the module temperature is not kept constant by the electronic cooling element, a shift occurs between the phase matching wavelength and the oscillation wavelength due to a change in the environmental temperature, and the harmonic light output obtained by the wavelength conversion is obtained. Also fluctuate greatly.
【０１９２】これに対して本実施形態では、高調波光出
力を検出し、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの発振波長
が光波長変換素子の高調波光出力特性（チューニングカ
ーブ特性）における平坦部に固定されるように、波長可
変型ＤＢＲ半導体レーザの発振波長を制御して、高調波
光出力を安定化する。On the other hand, in the present embodiment, the harmonic light output is detected, and the oscillation wavelength of the wavelength tunable DBR semiconductor laser is fixed to a flat portion in the harmonic light output characteristic (tuning curve characteristic) of the optical wavelength conversion element. As described above, the oscillation wavelength of the tunable DBR semiconductor laser is controlled to stabilize the harmonic light output.
【０１９３】図１２Ａには、本実施形態における電子冷
却素子を有しない短波長光源３００の概略構成図を示
す。FIG. 12A is a schematic configuration diagram of a short wavelength light source 300 having no thermoelectric cooler according to the present embodiment.
【０１９４】光波長変換素子２８と波長可変型ＤＢＲ半
導体レーザ２７とは、モジュール２９に固定されてい
る。モジュール２９には、更に温度検出用のサーミスタ
３７が設置されている。光波長変換素子２８は、３分割
構造の分極反転領域と光導波路とを有しており、ＡｌＧ
ａＡｓ系（発振波長：８５１ｎｍ及び出力１００ｍＷ）
の波長可変型ＤＢＲ半導体レーザ２７から出射されたレ
ーザ光は、コリメートレンズ３０とフォーカスレンズ３
１とにより、基本波光として光波長変換素子２８の上の
光導波路に結合される。光波長変換素子２８はｘカット
基板上に形成されているため、半導体レーザ２７と同じ
ＴＥモードの光を伝搬することができるので、半波長板
を使用せずに光結合することができる。The light wavelength conversion element 28 and the wavelength variable DBR semiconductor laser 27 are fixed to a module 29. The module 29 is further provided with a thermistor 37 for temperature detection. The optical wavelength conversion element 28 has a domain-inverted region having a three-segment structure and an optical waveguide.
aAs system (oscillation wavelength: 851 nm and output: 100 mW)
The laser light emitted from the tunable DBR semiconductor laser 27 of FIG.
1 couples to the optical waveguide above the optical wavelength conversion element 28 as fundamental light. Since the light wavelength conversion element 28 is formed on the x-cut substrate, it can propagate the same TE mode light as the semiconductor laser 27, so that optical coupling can be performed without using a half-wave plate.
【０１９５】光波長変換素子２８に結合されたレーザ光
（基本波光）は、周期的分極反転領域により高調波光に
波長変換されて、光導波路の出射端面から出射される。The laser light (fundamental light) coupled to the light wavelength conversion element 28 is wavelength-converted into higher harmonic light by the periodically poled region, and is emitted from the emission end face of the optical waveguide.
【０１９６】出射された高調波光Ｐ２ωは、ビームスプ
リッタ３３で反射して光検出器３５に導かれる。光検出
器３５からは、高調波光成分Ｐ２ωの検出レベルを示す
信号が、制御回路３６にフィードバックされる。制御回
路３６は、この光検出器３５からの信号に基づいて、波
長可変型ＤＢＲ半導体レーザ２７の発振波長を制御する
目的で、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザ２７の活性部及
びＤＢＲ部への注入電流（Ｉｏｐ及びＩｄｂｒ）を制御
する。The emitted harmonic light P2ω is reflected by the beam splitter 33 and guided to the photodetector 35. From the photodetector 35, a signal indicating the detection level of the harmonic light component P2ω is fed back to the control circuit 36. The control circuit 36 controls the injection current into the active part and the DBR part of the tunable DBR semiconductor laser 27 in order to control the oscillation wavelength of the tunable DBR semiconductor laser 27 based on the signal from the photodetector 35. (Iop and Idbr).
【０１９７】上記のような構成を有する本実施形態の短
波長光源２００では、具体的には、波長８５１ｎｍで出
力１００ｍＷの波長可変半導体レーザ２８に対して、７
０ｍＷの光が光導波路内に結合した。In the short-wavelength light source 200 of the present embodiment having the above-described configuration, specifically, the wavelength tunable semiconductor laser 28 having a wavelength of 851 nm and an output of 100 mW is applied with a wavelength of 7 mV.
0 mW of light was coupled into the optical waveguide.
【０１９８】動作時には、波長可変型ＤＢＲ半導体レー
ザ２７のＤＢＲ部に電流注入を行って、波長可変型ＤＢ
Ｒ半導体レーザ２７の発振波長を、光波長変換素子２８
の位相整合波長８５２ｎｍに一致させる。具体的には、
ＤＢＲ部への注入電流が５０ｍＡの場合に、波長可変型
ＤＢＲ半導体レーザ２７の発振波長は８５２ｎｍに可変
されて、光波長変換素子２８の高調波光出力特性（チュ
ーニングカーブ特性）の平坦部に固定され、５ｍＷのブ
ルー光（４２６ｎｍ）が得られた。In operation, current is injected into the DBR portion of the wavelength tunable DBR semiconductor laser 27 to
The oscillation wavelength of the R semiconductor laser 27 is
Of 852 nm. In particular,
When the injection current into the DBR unit is 50 mA, the oscillation wavelength of the wavelength-tunable DBR semiconductor laser 27 is changed to 852 nm and fixed to the flat part of the harmonic light output characteristic (tuning curve characteristic) of the optical wavelength conversion element 28. 5 mW blue light (426 nm) was obtained.
【０１９９】図１３は、本実施形態の短波長光源３００
の構成について、サーミスタ２９にて温度をモニタしな
がら高調波光出力を安定化する制御方法のフローチャー
トを示す図である。FIG. 13 shows a short-wavelength light source 300 according to this embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a flowchart of a control method for stabilizing the harmonic light output while monitoring the temperature with the thermistor 29 in the configuration of FIG.
【０２００】まず、第２の実施形態と同様の制御方法に
より、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザ２７の発振波長
を、光波長変換素子２８の高調波光出力特性（チューニ
ングカーブ特性）の平坦部（出力レベルがピーク出力レ
ベルから５％だけ低下する波長幅＝許容波長幅）に固定
する。その後に環境温度変化によって発振波長と位相整
合波長との関係がずれると、高調波光出力が低下する。
このとき、環境温度（モジュール温度）の変化（例えば
ＴからＴ’への変化）を検出すれば、ＤＢＲ部への注入
電流を増加させるべきか或いは減少させるべきかが判定
できる。例えば、温度が上昇した場合（すなわち、Ｔ＜
Ｔ’）には、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの発振波長
が長波長側にシフトし、発振波長が平坦部の許容波長幅
から外れた時点で高調波光出力が低下する。そこで、Ｄ
ＢＲ部の温度を低下させるようにＤＢＲ部への注入電流
を減少することにより、発振波長を再び平坦部に位置す
るように制御することが可能となる。一方、温度が低下
した場合（すなわち、Ｔ＞Ｔ’）には、ＤＢＲ部の温度
を増加させるようにＤＢＲ部への注入電流を増加させれ
ばよい。First, the oscillation wavelength of the wavelength tunable DBR semiconductor laser 27 is adjusted by the same control method as that of the second embodiment so that the harmonic light output characteristic (tuning curve characteristic) of the optical wavelength conversion element 28 becomes flat (output level). Is fixed to a wavelength width that decreases by 5% from the peak output level = allowable wavelength width). Thereafter, if the relationship between the oscillation wavelength and the phase matching wavelength shifts due to a change in the environmental temperature, the output of the harmonic light decreases.
At this time, if a change in the environmental temperature (module temperature) (for example, a change from T to T ′) is detected, it is possible to determine whether the injection current to the DBR section should be increased or decreased. For example, if the temperature rises (ie, T <
At T ′), the oscillation wavelength of the tunable DBR semiconductor laser shifts to the longer wavelength side, and the harmonic light output decreases when the oscillation wavelength deviates from the allowable wavelength width of the flat portion. So D
By reducing the injection current into the DBR part so as to lower the temperature of the BR part, it becomes possible to control the oscillation wavelength so as to be located again at the flat part. On the other hand, when the temperature decreases (that is, T> T ′), the current injected into the DBR section may be increased so as to increase the temperature of the DBR section.
【０２０１】光波長変換素子の高調波光出力特性におけ
る平坦部の波長幅が０.１３ｎｍである場合には、波長
可変型ＤＢＲ半導体レーザの発振波長が平坦部に固定さ
れている温度範囲は±５℃程度である。このような関係
を予測するとともに、更に環境温度を検出することによ
り、発振波長を出力特性の平坦部に固定することができ
る。例えば、環境温度が増加した場合には発振波長が位
相整合波長よりも大きくなるが、ＤＢＲ部への注入電流
Ｉｄｂｒを減少させると、再び特性の平坦部に発振波長
を固定することができる。When the wavelength width of the flat portion in the harmonic light output characteristics of the optical wavelength conversion element is 0.13 nm, the temperature range in which the oscillation wavelength of the tunable DBR semiconductor laser is fixed to the flat portion is ± 5. It is about ° C. By predicting such a relationship and further detecting the environmental temperature, the oscillation wavelength can be fixed to a flat portion of the output characteristic. For example, when the environmental temperature increases, the oscillation wavelength becomes larger than the phase matching wavelength. However, when the injection current Idbr to the DBR portion is reduced, the oscillation wavelength can be fixed to a flat portion of the characteristic again.
【０２０２】これにより、０℃〜６０℃の環境温度範囲
において、出力変動±１０％以内で高調波光出力５ｍＷ
を得ることができた。なお、本実施形態では、図６のモ
ードホップ間隔に相当する注入電流Ｉｄｂｒの値が５ｍ
Ａであるので、図１１（ａ）〜（ｄ）を参照して先に説
明した△Ｉに相当する△Ｉ'を、５ｍＡに設定してい
る。As a result, in the environment temperature range of 0 ° C. to 60 ° C., the output of the harmonic light is 5 mW with the output fluctuation within ± 10%.
Could be obtained. In this embodiment, the value of the injection current Idbr corresponding to the mode hop interval in FIG.
Since it is A, △ I ′ corresponding to △ I described above with reference to FIGS. 11A to 11D is set to 5 mA.
【０２０３】或いは、温度モニタが設けられていない場
合においても、第２の実施形態と同様の制御方法を高調
波光出力の低下時に繰り返すことにより、高調波光出力
の安定化が同様に実現できる。この場合には、図１３に
示すフローチャートに従った制御方法と比較して、高調
波光出力の低下時に制御によって再び特性の平坦部に発
振波長を固定するまでに必要とする時間が長くなるが、
制御回路の簡素化が図れる。従って、この制御方法は、
出力変動時の調整時間を比較的長くしても問題が生じな
いようなシステムに含まれる装置に対して、適してい
る。Alternatively, even when the temperature monitor is not provided, the same control method as that of the second embodiment is repeated when the harmonic light output decreases, whereby the harmonic light output can be similarly stabilized. In this case, as compared with the control method according to the flowchart shown in FIG. 13, the time required until the oscillation wavelength is fixed to the flat portion of the characteristic by the control when the harmonic light output decreases is longer,
The control circuit can be simplified. Therefore, this control method
It is suitable for a device included in a system in which no problem occurs even if the adjustment time during the output fluctuation is relatively long.
【０２０４】上記では、２つの位相調整部を有する３分
割構造の分極反転型光波長変換素子を用いたケースを説
明してきたが、１つの位相調整部を有する２分割構造の
分極反転型光波長変換素子を用いても、光波長変換素子
の高調波光出力特性（チューニングカーブ特性）のピー
ク出力近傍の平坦部を「出力レベルがピーク出力レベル
から２０％低下する部分」と考えた上で図１３に示した
制御方法を適用することによって、上記で説明したもの
と同様に高調波光出力の安定化を図ることができる。こ
の制御方法は、出力変動が比較的大きくてもよいシステ
ムに対して、有効に利用することができる。In the above description, the case of using the domain-inverted optical wavelength conversion element having a three-segment structure having two phase adjusters has been described. However, the domain-inverted optical wavelength converter having a two-segment structure having one phase adjuster has been described. Even when the conversion element is used, the flat part near the peak output of the harmonic light output characteristic (tuning curve characteristic) of the optical wavelength conversion element is considered as “a part where the output level is reduced by 20% from the peak output level” and FIG. By applying the control method shown in (1), the harmonic light output can be stabilized in the same manner as described above. This control method can be effectively used for a system in which output fluctuations may be relatively large.
【０２０５】或いは、活性領域の長さを長くすることに
より、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの発振縦モード間
隔を小さくすることができる。例えば、活性領域の長さ
が１．５ｍｍである波長可変型ＤＢＲ半導体レーザで
は、その縦モード間隔が０.０７ｎｍとなり、分極反転
型光波長変換素子の出力特性において、ピーク出力に対
して出力レベルが５％低下する許容波長幅０.０６ｎｍ
とほぼ同程度となる。これにより、高調波光出力を安定
化することができる。Alternatively, by increasing the length of the active region, the oscillation longitudinal mode interval of the wavelength tunable DBR semiconductor laser can be reduced. For example, in a wavelength tunable DBR semiconductor laser having an active region length of 1.5 mm, the longitudinal mode interval is 0.07 nm, and the output level with respect to the peak output in the output characteristics of the domain-inverted optical wavelength conversion element Is reduced by 5% to an allowable wavelength width of 0.06 nm.
And about the same. Thereby, the harmonic light output can be stabilized.
【０２０６】本実施形態では、波長可変型ＤＢＲ半導体
レーザの出力が一定になるようにＡＣＣ駆動させている
が、その代わりに、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの後
部にフォトダイオードを設置してＡＰＣ駆動させること
により、更に高調波光出力を安定化することができる。
すなわち、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの発振波長が
光波長変換素子の高調波光出力特性の平坦部に固定され
て高調波光出力が安定化されているときに、更に高調波
光出力を安定化するために、ある一定値に収束するよう
に半導体レーザの駆動電流をＡＰＣ駆動すれば、高調波
光出力のより一層の安定化が達成される。第２高調波の
発生では、基本波光出力変動の２乗の関係で高調波光出
力を制御することができ、基本波光出力が変動しても発
振波長は上記特性の平坦部に存在するため、高調波光出
力が一定になるように基本波光出力を制御できる。これ
により、高調波光出力が更に安定化される。In this embodiment, the ACC drive is performed so that the output of the tunable DBR semiconductor laser becomes constant. Instead, a photodiode is provided at the rear of the tunable DBR semiconductor laser to drive the APC. By doing so, the harmonic light output can be further stabilized.
That is, when the oscillation wavelength of the wavelength tunable DBR semiconductor laser is fixed to the flat portion of the harmonic light output characteristic of the optical wavelength conversion element and the harmonic light output is stabilized, the harmonic light output is further stabilized. If the drive current of the semiconductor laser is APC-driven so as to converge to a certain value, further stabilization of the harmonic light output can be achieved. In the generation of the second harmonic, it is possible to control the harmonic light output in the relation of the square of the fundamental light output fluctuation. Even if the fundamental light output fluctuates, the oscillation wavelength exists in the flat portion of the above characteristic. The fundamental wave light output can be controlled so that the wave light output becomes constant. Thereby, the harmonic light output is further stabilized.
【０２０７】高調波光出力をＡＰＣ駆動できるのは、光
波長変換素子のチューニングカーブ特性の平坦部の波長
幅が、半導体レーザの発振波長における縦モード間隔よ
りも大きいことによるものであり、本発明の大きな効果
の一つである。これは、特に光ディスクなどのシステム
への応用時には、サーボシステムなどを安定に動作させ
ることが可能になるために非常に都合がよく、その実用
的効果は大きい。The output of the harmonic light can be APC driven by the fact that the wavelength width of the flat portion of the tuning curve characteristic of the optical wavelength conversion element is larger than the longitudinal mode interval at the oscillation wavelength of the semiconductor laser. This is one of the great effects. This is very convenient, especially when applied to a system such as an optical disk, because the servo system can be operated stably, and its practical effect is great.
【０２０８】（第４の実施形態）上記で説明した本発明
の第１及び第２の実施形態では、波長可変型ＤＢＲ半導
体レーザ及び光波長変換素子が搭載されているモジュー
ルの温度が電子冷却素子により一定に保持されているの
で、半導体レーザをＡＣＣ駆動する場合でも、基本波で
ある半導体レーザ出力はほぼ一定に保持される。これに
対して、本発明の第３の実施形態のように、モジュール
温度の制御が行われずに環境温度の変化に伴って変化す
る場合には、半導体レーザ出力も環境温度の変化に伴っ
て大きく変化する。このような場合に半導体レーザをＡ
ＣＣ駆動すると、高温では半導体レーザ出力が低下する
一方で、低温ではその出力が向上する。更に、温度変化
に伴ってモジュールの形状が変化することの影響で、半
導体レーザから光波長変換素子の光導波路への光結合効
率が変化する。(Fourth Embodiment) In the first and second embodiments of the present invention described above, the temperature of the module on which the tunable DBR semiconductor laser and the optical wavelength conversion element are mounted is controlled by the electronic cooling element. Therefore, even when the semiconductor laser is driven by the ACC, the output of the semiconductor laser, which is the fundamental wave, is kept substantially constant. On the other hand, when the module temperature is not controlled and is changed with the change of the environmental temperature as in the third embodiment of the present invention, the output of the semiconductor laser is also greatly increased with the change of the environmental temperature. Change. In such a case, the semiconductor laser is changed to A
When the CC driving is performed, the output of the semiconductor laser decreases at a high temperature, while the output increases at a low temperature. Further, the efficiency of the optical coupling from the semiconductor laser to the optical waveguide of the optical wavelength conversion element changes due to the influence of the change in the shape of the module with the temperature change.
【０２０９】本実施形態では、上記のようなモジュール
温度の制御を行わない場合における課題を解決するため
に、光波長変換素子において変換されず光導波路から出
射される基本波光成分を光検出器で検出して、その検出
レベルが一定になるように、波長可変型ＤＢＲ半導体レ
ーザをＡＰＣ駆動させる。更に、これにあわせて、波長
可変型ＤＢＲ半導体レーザのＤＢＲ部への注入電流を制
御することによって、その発振波長を分極反転型光波長
変換素子の位相整合波長内に固定して、高調波光出力を
安定化させる。In this embodiment, in order to solve the problem in the case where the module temperature is not controlled as described above, the fundamental wave light component emitted from the optical waveguide without being converted by the optical wavelength conversion element is detected by the photodetector. After the detection, the wavelength tunable DBR semiconductor laser is APC-driven so that the detection level becomes constant. Further, in accordance with this, by controlling the injection current into the DBR portion of the wavelength tunable DBR semiconductor laser, the oscillation wavelength is fixed within the phase matching wavelength of the polarization inversion type optical wavelength conversion element, and the harmonic light output is adjusted. Stabilize.
【０２１０】本実施形態で用いられる波長可変型ＤＢＲ
半導体レーザは、活性部への注入電流の変化に対して、
発振波長が０.０２ｎｍ／１０ｍＡでシフトする。その
ため、従来はＡＰＣ駆動することが不可能であった。こ
れに対して、本実施形態では、チューニングカーブ特性
におけるピーク出力近傍の平坦部が０.１３ｎｍの波長
幅を有する光波長変換素子を用いる。この場合には、波
長可変型ＤＢＲ半導体レーザをＡＰＣ駆動しても、その
発振波長は光波長変換素子の出力特性（チューニングカ
ーブ特性）の平坦部に存在する。従って、波長可変型Ｄ
ＢＲ半導体レーザのＡＰＣ駆動が可能となり、高調波光
出力を安定化できる。The wavelength tunable DBR used in the present embodiment
The semiconductor laser responds to changes in the injection current into the active part.
The oscillation wavelength shifts at 0.02 nm / 10 mA. Therefore, conventionally, it has been impossible to perform APC driving. On the other hand, in the present embodiment, an optical wavelength conversion element having a flat part near the peak output in the tuning curve characteristic having a wavelength width of 0.13 nm is used. In this case, even if the wavelength tunable DBR semiconductor laser is driven by the APC, the oscillation wavelength exists in a flat portion of the output characteristic (tuning curve characteristic) of the optical wavelength conversion element. Therefore, the wavelength tunable D
APC driving of the BR semiconductor laser becomes possible, and the harmonic light output can be stabilized.
【０２１１】更に、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの発
振波長が光波長変換素子の高調波光出力特性の平坦部に
固定されて高調波光出力が安定化されているときに、更
に高調波光出力を安定化するために、ある一定値に収束
するように半導体レーザの駆動電流をＡＰＣ駆動すれ
ば、高調波光出力のより一層の安定化が達成される。第
２高調波の発生では、基本波光出力変動の２乗の関係で
高調波光出力を制御することができ、基本波光出力が変
動しても発振波長は上記特性の平坦部に存在するため、
高調波光出力が一定になるように基本波光出力を制御で
きる。これにより、高調波光出力が更に安定化される。Further, when the oscillation wavelength of the wavelength tunable DBR semiconductor laser is fixed to the flat portion of the harmonic light output characteristics of the optical wavelength conversion element and the harmonic light output is stabilized, the harmonic light output is further stabilized. In order to achieve this, if the drive current of the semiconductor laser is APC driven so as to converge to a certain value, further stabilization of the harmonic light output can be achieved. In the generation of the second harmonic, the output of the higher harmonic wave can be controlled by the square of the fluctuation of the output of the fundamental wave light. Even if the output of the fundamental wave light fluctuates, the oscillation wavelength exists in the flat portion of the above characteristic.
The fundamental light output can be controlled so that the harmonic light output becomes constant. Thereby, the harmonic light output is further stabilized.
【０２１２】高調波光出力をＡＰＣ駆動できるのは、光
波長変換素子のチューニングカーブ特性の平坦部の波長
幅が、半導体レーザの発振波長における縦モード間隔よ
りも大きいことによるものであり、本発明の大きな効果
の一つである。これは、特に光ディスクなどのシステム
への応用時には、サーボシステムなどを安定に動作させ
ることが可能になるために非常に都合がよく、その実用
的効果は大きい。The reason why the output of the harmonic light can be APC driven is that the wavelength width of the flat portion of the tuning curve characteristic of the optical wavelength conversion element is larger than the longitudinal mode interval at the oscillation wavelength of the semiconductor laser. This is one of the great effects. This is very convenient, especially when applied to a system such as an optical disk, because the servo system can be operated stably, and its practical effect is great.
【０２１３】図１２Ｂには、本実施形態における短波長
光源４００の概略構成図を示す。FIG. 12B is a schematic configuration diagram of the short wavelength light source 400 according to the present embodiment.
【０２１４】光波長変換素子２８と波長可変型ＤＢＲ半
導体レーザ２７とは、モジュール２９に固定されてい
る。光波長変換素子２８は、３分割構造の分極反転領域
と光導波路とを有しており、ＡｌＧａＡｓ系（発振波
長：８５１ｎｍ及び出力１００ｍＷ）の波長可変型ＤＢ
Ｒ半導体レーザ２７から出射されたレーザ光は、コリメ
ートレンズ３０とフォーカスレンズ３１とにより、基本
波光として光波長変換素子２８の上の光導波路に結合さ
れる。光波長変換素子２８はｘカット基板上に形成され
ているため、半導体レーザ２７と同じＴＥモードの光を
伝搬することができるので、半波長板を使用せずに光結
合することができる。The optical wavelength conversion element 28 and the wavelength tunable DBR semiconductor laser 27 are fixed to a module 29. The light wavelength conversion element 28 has a polarization-inverted region and an optical waveguide having a three-segment structure, and is a wavelength-variable DB of an AlGaAs system (oscillation wavelength: 851 nm and output: 100 mW).
The laser light emitted from the R semiconductor laser 27 is coupled to the optical waveguide above the light wavelength conversion element 28 as fundamental light by the collimator lens 30 and the focus lens 31. Since the light wavelength conversion element 28 is formed on the x-cut substrate, it can propagate the same TE mode light as the semiconductor laser 27, so that optical coupling can be performed without using a half-wave plate.
【０２１５】光波長変換素子２８に結合されたレーザ光
（基本波光）は、周期的分極反転領域により高調波光に
波長変換される。変換された高調波（ＳＨＧ）光Ｐ２ω
は、光導波路の出射端面から、変換されなかった基本波
光成分Ｐωと共に出射される。The laser light (fundamental light) coupled to the light wavelength conversion element 28 is wavelength-converted into harmonic light by the periodically poled region. The converted harmonic (SHG) light P2ω
Are emitted from the emission end face of the optical waveguide together with the unconverted fundamental light component Pω.
【０２１６】出射された基本波光Ｐω及び高調波光Ｐ２
ωは、誘電体多層膜から構成される波長選択ミラー３２
によって、分離される。これにより、基本波光成分Ｐω
は光検出器３４に導かれ、光検出器３４からは、基本波
光成分Ｐωの検出レベルを示す信号が、制御回路３６に
フィードバックされる。一方、高調波光成分Ｐ２ωは、
ビームスプリッタ３３で反射して光検出器３５に導かれ
る。光検出器３５からは、高調波光成分Ｐ２ωの検出レ
ベルを示す信号が、制御回路３６にフィードバックされ
る。制御回路３６は、これらの光検出器３４及び３５か
らの信号に基づいて、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザ２
７の発振波長を制御する目的で、波長可変型ＤＢＲ半導
体レーザ２７の活性部及びＤＢＲ部への注入電流（Ｉｏ
ｐ及びＩｄｂｒ）を制御する。The emitted fundamental light Pω and harmonic light P2
ω is a wavelength selection mirror 32 composed of a dielectric multilayer film.
Is separated by Thus, the fundamental light component Pω
Is guided to the photodetector 34, from which a signal indicating the detection level of the fundamental light component Pω is fed back to the control circuit 36. On the other hand, the harmonic light component P2ω is
The light is reflected by the beam splitter 33 and guided to the photodetector 35. From the photodetector 35, a signal indicating the detection level of the harmonic light component P2ω is fed back to the control circuit 36. The control circuit 36 controls the wavelength tunable DBR semiconductor laser 2 based on the signals from the photodetectors 34 and 35.
7, the injection current (Io) into the active part and the DBR part of the wavelength tunable DBR semiconductor laser 27 is controlled.
p and Idbr).
【０２１７】但し、本実施形態では、上記の制御にあた
ってサーミスタ３７からの信号は使用しない。However, in the present embodiment, the signal from the thermistor 37 is not used in the above control.
【０２１８】図１４は、本実施形態の短波長光源４００
の構成について、高調波光出力を安定化する制御方法の
フローチャートを、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの出
力（基本波光の出力）を５０ｍＷに設定した場合を例に
とって示す図である。FIG. 14 shows a short wavelength light source 400 according to this embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a flowchart of a control method for stabilizing the output of the harmonic light in the case of setting the output of the tunable DBR semiconductor laser (output of the fundamental light) to 50 mW.
【０２１９】まず、光波長変換素子の光導波路に結合す
る波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの出力を一定にするた
めに、光導波路からの基本波光出力Ｐωを検出する光検
出器３４での検出信号が一定レベルに維持されるよう
に、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの活性部への注入電
流（すなわち駆動電流）Ｉｏｐを制御する。この制御
は、一般にミリ秒オーダで行われる。First, in order to keep the output of the wavelength tunable DBR semiconductor laser coupled to the optical waveguide of the optical wavelength conversion element constant, a detection signal from the photodetector 34 for detecting the fundamental wave optical output Pω from the optical waveguide is used. The injection current (ie, drive current) Iop to the active part of the wavelength tunable DBR semiconductor laser is controlled so as to be maintained at a constant level. This control is generally performed on the order of milliseconds.
【０２２０】次に、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの発
振波長を、光波長変換素子の高調波光出力特性（チュー
ニングカーブ特性）における出力ピーク近傍の平坦部に
固定するために、ＤＢＲ部への注入電流Ｉｄｂｒを制御
する。具体的には、注入電流Ｉｄｂｒを０〜１００ｍＡ
の範囲でスキャニングする。このとき、同時にブルー光
（高調波光）出力Ｐ２ωを光検出器３５で検出して、最
大のブルー光（高調波光）出力が得られる注入電流値
Ｉ’ｄｂｒが得られたら、その値を制御回路中のメモリ
部に記憶する。次に、再びＤＢＲ部への注入電流Ｉｄｂ
ｒを０ｍＡに戻し、この後にＤＢＲ部への注入電流Ｉｄ
ｂｒを、先に得られたＩ’ｄｂｒの値に設定する。Next, in order to fix the oscillation wavelength of the wavelength tunable DBR semiconductor laser to a flat portion near the output peak in the harmonic light output characteristic (tuning curve characteristic) of the optical wavelength conversion element, the injection current into the DBR part was fixed. Control Idbr. Specifically, the injection current Idbr is set to 0 to 100 mA.
Scan within the range. At this time, at the same time, the blue light (harmonic light) output P2ω is detected by the photodetector 35, and when the injection current value I′dbr at which the maximum blue light (harmonic light) output is obtained is obtained, the value is controlled by the control circuit. It is stored in the memory section inside. Next, the injection current Idb into the DBR section is again
r is returned to 0 mA, and thereafter, the injection current Id
br is set to the value of I'dbr obtained earlier.
【０２２１】これにより、波長可変型ＤＢＲ半導体レー
ザの発振波長を、光波長変換素子の高調波光出力特性
（チューニングカーブ特性）における出力ピーク近傍の
平坦部に安定に固定することができて、５０ｍＷの半導
体レーザ出力に対して安定に高調波光出力１．５ｍＷを
得ることができる。なお、ＤＢＲ部への注入電流を０ｍ
Ａに戻すのは、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの波長可
変時のヒステリシス特性を回避するためである。As a result, the oscillation wavelength of the wavelength tunable DBR semiconductor laser can be stably fixed to a flat portion near the output peak in the harmonic light output characteristic (tuning curve characteristic) of the optical wavelength conversion element, and 50 mW is obtained. A 1.5 mW harmonic light output can be obtained stably with respect to the semiconductor laser output. It should be noted that the injection current into the DBR part is 0 m
The reason for returning to A is to avoid the hysteresis characteristic of the wavelength tunable DBR semiconductor laser when the wavelength is tunable.
【０２２２】本実施形態の短波長光源４００で使用して
いる波長可変型ＤＢＲ半導体レーザ２７では、その発振
縦モードの間隔は典型的には０.１１ｎｍである。これ
に対して、光波長変換素子２８の高調波光出力特性（チ
ューニングカーブ特性）の平坦部の波長幅は、典型的に
は０.１３ｎｍである。この点を考慮して、波長可変型
ＤＢＲ半導体レーザ２７の発振波長を、光波長変換素子
２８の高調波光出力特性（チューニングカーブ特性）に
おける出力ピーク近傍の平坦部に固定するためのＤＢＲ
部への注入電流Ｉｄｂｒの制御にあたっては、基本波光
の検出周期よりも長い周期で（具体的には数秒毎に）高
調波光出力を検出して、高調波光出力のレベルがピーク
出力よりも３％低下したときに、実施する。In the wavelength tunable DBR semiconductor laser 27 used in the short wavelength light source 400 of this embodiment, the interval between the oscillation longitudinal modes is typically 0.11 nm. On the other hand, the wavelength width of the flat portion of the harmonic light output characteristic (tuning curve characteristic) of the optical wavelength conversion element 28 is typically 0.13 nm. In consideration of this point, the DBR for fixing the oscillation wavelength of the wavelength tunable DBR semiconductor laser 27 to a flat portion near the output peak in the harmonic light output characteristic (tuning curve characteristic) of the optical wavelength conversion element 28.
In controlling the injection current Idbr into the section, the harmonic light output is detected at a cycle longer than the detection cycle of the fundamental light (specifically, every few seconds), and the level of the harmonic light output is 3% of the peak output. Implement when it drops.
【０２２３】以上のような制御方法によって、０〜６０
℃までの温度範囲に対して、安定して１．５ｍＷのブル
ー光（高調波光）出力を得ることができる。With the control method as described above, 0 to 60
A blue light (harmonic light) output of 1.5 mW can be stably obtained in a temperature range up to ° C.
【０２２４】本実施形態のように、光波長変換素子２８
の光導波路に結合する波長可変型ＤＢＲ半導体レーザ２
７からの出力光（基本波光）を一定に制御することによ
り、環境温度変化に伴って半導体レーザ２７の出力光の
レベルやその光導波路への結合効率が変化しても、光波
長変換素子２８から得られる高調波光出力を一定に保持
することが可能であり、その実用的効果は大きい。As in the present embodiment, the light wavelength conversion element 28
Tunable DBR semiconductor laser 2 coupled to an optical waveguide
By controlling the output light (fundamental wave light) from the laser light 7 at a constant level, even if the level of the output light of the semiconductor laser 27 and the coupling efficiency to the optical waveguide change with the environmental temperature change, the light wavelength conversion element 28 It is possible to keep the harmonic light output obtained from the above constant, and its practical effect is great.
【０２２５】本実施形態において、電子冷却素子などを
使用したモジュール２９の温度制御を行わない短波長光
源４００にて光波長変換素子２８からの高調波光出力を
安定化できるのは、光波長変換素子２８として、その高
調波光出力特性（チューニングカーブ特性）のピーク近
傍の平坦部の波長幅が波長可変型ＤＢＲ半導体レーザ２
７の発振縦モードの間隔よりも大きい光波長変換素子を
使用しているためであり、本発明の大きな効果の一つで
ある。In this embodiment, the short-wavelength light source 400 that does not control the temperature of the module 29 using an electronic cooling element or the like can stabilize the harmonic light output from the light wavelength conversion element 28 because of the light wavelength conversion element. Reference numeral 28 denotes a wavelength tunable DBR semiconductor laser 2 having a flat portion near the peak of its harmonic light output characteristics (tuning curve characteristics).
This is because an optical wavelength conversion element larger than the interval between the oscillation longitudinal modes of No. 7 is used, which is one of the great effects of the present invention.
【０２２６】更に、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザ２７
の発振波長が光波長変換素子２８の出力特性（チューニ
ングカーブ特性）の平坦部に固定されているときには、
高調波光出力に対するＡＰＣ駆動も可能である。Further, the wavelength tunable DBR semiconductor laser 27
Is fixed to a flat portion of the output characteristic (tuning curve characteristic) of the optical wavelength conversion element 28,
APC driving for harmonic light output is also possible.
【０２２７】図１４のフローチャートで（Ｉ）として示
している箇所では、高調波光出力Ｐ２ωを検出してい
る。第２高調波発生時には、基本波光出力の２乗の関係
で高調波光出力を制御することが可能で、基本波光出力
が変動しても発振波長は上記特性の平坦部に存在するた
め、高調波光出力が一定になるように基本波光出力を制
御できる。これにより、高調波光出力が更に安定化され
る。高調波光出力をＡＰＣ駆動できることは、特に光デ
ィスクなどのシステムへの応用時に、サーボシステムな
どを安定に動作させることが可能になるために非常に都
合がよく、その実用的効果は大きい。At the point indicated by (I) in the flowchart of FIG. 14, the harmonic light output P2ω is detected. When the second harmonic is generated, it is possible to control the harmonic light output in the relation of the square of the fundamental light output. Even if the fundamental light output fluctuates, the oscillation wavelength exists in the flat portion of the above characteristics. The fundamental wave light output can be controlled so that the output becomes constant. Thereby, the harmonic light output is further stabilized. The ability to drive the harmonic light output by APC is very convenient, especially when applied to a system such as an optical disk, because it enables a servo system or the like to operate stably, and its practical effect is great.
【０２２８】なお、本実施形態の上記の説明では、波長
可変型ＤＢＲ半導体レーザ２７の発振波長を光波長変換
素子２８の高調波光出力特性（チューニングカーブ特
性）における出力ピーク近傍の平坦部に固定するための
ＤＢＲ部への注入電流Ｉｄｂｒの制御を、高調波光出力
のレベルがピーク出力よりも３％低下したときに実施し
ているが、このしきいレベルはシステム上の条件を考慮
して設定すればよい、例えば、１０％程度までの出力変
動が許されるシステムにおいては、高調波光出力のレベ
ルがピーク出力よりも１０％低下したときに上記の制御
を実施するように設定しても、上記で説明したものと同
様の出力安定化が実施できる。In the above description of the present embodiment, the oscillation wavelength of the wavelength tunable DBR semiconductor laser 27 is fixed to a flat portion near the output peak in the harmonic light output characteristic (tuning curve characteristic) of the optical wavelength conversion element. Of the injection current Idbr to the DBR section is performed when the level of the harmonic light output drops by 3% from the peak output, but this threshold level is set in consideration of system conditions. For example, in a system in which an output variation of up to about 10% is permitted, even if the above control is performed when the level of the harmonic light output is reduced by 10% from the peak output, Output stabilization similar to that described can be performed.
【０２２９】また、ＤＢＲ部への注入電流Ｉｄｂｒの制
御を、第２の実施形態にて説明した制御方法を用いて実
施することによって、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザ２
８の発振波長を光波長変換素子２８の高調波光出力特性
（チューニングカーブ特性）の平坦部に固定しても、上
記と同様の出力安定化が実現できる。Further, by controlling the injection current Idbr to the DBR section using the control method described in the second embodiment, the wavelength tunable DBR semiconductor laser 2 is controlled.
Even if the oscillation wavelength of No. 8 is fixed to the flat portion of the harmonic light output characteristic (tuning curve characteristic) of the optical wavelength conversion element 28, the same output stabilization as described above can be realized.
【０２３０】以上の各実施形態では、周期的分極反転領
域と光導波路とを有する分極反転型光波長変換素子と波
長可変型ＤＢＲ半導体レーザとを組み合わせて構成され
ている短波長光源を例にとって、本発明を説明してきて
いる。分極反転型光波長変換素子では、半導体プロセス
によって、位相調整部を精度良く設計且つ作製できる。
また、光導波路内の素子長方向において、均一な位相整
合条件を容易に維持できる。これらより、高調波光出力
特性におけるチューニングカーブのピーク出力近傍に平
坦部を有する本発明の光波長変換素子を、容易に精度良
く作製することができる。また、ＬｉＮｂＯ3やＬｉＴ
ａＯ3などの誘電体結晶（これらは、ＬｉＴａxＮｂ1-x
Ｏ3（０≦ｘ≦１）と総称的に表記され得る）は、直径
が２インチや３インチである結晶がＣＺ法により容易に
作製できることから、上記の半導体プロセスによって本
発明の光波長変換素子を形成するために適した材料であ
る。In each of the above embodiments, a short wavelength light source constituted by combining a polarization inversion type optical wavelength conversion element having a periodically domain inversion region and an optical waveguide and a wavelength tunable DBR semiconductor laser will be described as an example. The invention has been described. In the domain-inverted optical wavelength conversion element, the phase adjustment unit can be designed and manufactured with high precision by a semiconductor process.
Further, a uniform phase matching condition can be easily maintained in the element length direction in the optical waveguide. Thus, the optical wavelength conversion device of the present invention having a flat portion near the peak output of the tuning curve in the harmonic light output characteristics can be easily and accurately manufactured. In addition, LiNbO 3 or LiT
dielectric crystals such as aO 3 (these are LiTa x Nb 1-x
O 3 (which may be generically expressed as 0 ≦ x ≦ 1) is a light wavelength conversion of the present invention by the above-described semiconductor process because crystals having a diameter of 2 inches or 3 inches can be easily produced by the CZ method. It is a material suitable for forming an element.
【０２３１】また、以上の各実施形態では、光導波路型
擬似位相整合方式の分極反転型光波長変換素子を例にと
って本発明を説明してきている。しかしながら、更に高
出力の高調波光出力光を得る目的で、出力がワット級で
ある半導体レーザの出力を基本波として光導波路型光波
長変換素子に結合させると、結合される光のパワー密度
が大きすぎるために素子の光学的損傷が生じる可能性が
ある。これに対して、バルク型擬似位相整合方式の分極
反転型光波長変換素子を使用すれば、上記のような場合
でもパワー密度を低減することができて、ワット級の高
調波光出力の発生を実現できる。バルク型擬似位相整合
方式の分極反転型光波長変換素子においても、上記の各
実施形態での設計と同様に、高調波光出力特性（チュー
ニングカーブ特性）におけるピーク出力近傍に平坦部を
有するような光波長変換素子を設計・作製することが可
能であり、上記の各実施形態で説明したような制御を行
うことにより、高調波光出力の安定化が実現できる。Further, in each of the above embodiments, the present invention has been described by taking as an example a polarization inversion type optical wavelength conversion element of an optical waveguide type quasi phase matching system. However, if the output of a semiconductor laser having a watt-class output is coupled as a fundamental wave to an optical waveguide type optical wavelength conversion element for the purpose of obtaining higher output harmonic light output light, the power density of the coupled light becomes large. Too much can cause optical damage to the device. In contrast, the use of a bulk-type quasi-phase-matched polarization-inverted optical wavelength conversion device can reduce the power density even in the above-mentioned cases, realizing the generation of watt-class harmonic optical output. it can. In the bulk-type quasi-phase-matching polarization-inverted optical wavelength conversion element, as in the design in each of the above embodiments, light having a flat portion near the peak output in the harmonic optical output characteristic (tuning curve characteristic). The wavelength conversion element can be designed and manufactured, and by performing the control described in each of the above embodiments, the stabilization of the harmonic light output can be realized.
【０２３２】また、屈折率分散を有する膜を非線形光学
結晶の間に形成することで位相調整部を形成しても、高
調波光出力特性（チューニングカーブ特性）のピーク出
力近傍に平坦部を有する光波長変換素子を実現すること
ができる。この場合には、ＫＴＰ結晶やＫＮｂＯ3結晶
など屈折率分散を利用して位相整合を実現する結晶を用
いて光波長変換素子を作製しても、上記で説明した本発
明の効果が得られる。これより、波長可変半導体レーザ
の出力を基本波光として利用する、安定な短波長光源を
実現できる。Further, even if a phase adjusting portion is formed by forming a film having a refractive index dispersion between nonlinear optical crystals, a light having a flat portion near a peak output of a harmonic light output characteristic (tuning curve characteristic) can be obtained. A wavelength conversion element can be realized. In this case, the above-described effects of the present invention can be obtained even if the optical wavelength conversion element is manufactured using a crystal such as a KTP crystal or a KNbO 3 crystal that achieves phase matching using refractive index dispersion. As a result, a stable short-wavelength light source using the output of the wavelength-tunable semiconductor laser as the fundamental light can be realized.
【０２３３】（第５の実施形態）第１〜第４の実施形態
で説明したような、高調波出力が一定になるようにＡＰ
Ｃ駆動される短波長光源（青色光源）は、光源が変調動
作される場合においても、上記と同様の効果を奏する。
本実施形態では、この点を、基本波波長に対する高調波
出力特性がピークフラットな特性を示す３分割構造の分
極反転型光波長変換素子と、２電極型（活性部及びＤＢ
Ｒ部を有する）の波長可変型ＤＢＲ半導体レーザとから
構成される短波長光源を例にとって、以下に説明する。(Fifth Embodiment) As described in the first to fourth embodiments, the AP is controlled so that the harmonic output becomes constant.
The C-driven short-wavelength light source (blue light source) has the same effects as described above even when the light source is modulated.
In the present embodiment, this point is considered to be a polarization-inverted optical wavelength conversion element having a three-segment structure in which the harmonic output characteristic with respect to the fundamental wavelength exhibits a flat peak characteristic, and a two-electrode type (active portion and DB).
A short wavelength light source constituted by a wavelength tunable DBR semiconductor laser having an R section) will be described below as an example.
【０２３４】図１８には、図１２Ｂに示した本実施形態
の短波長光源４００の構成について、上記の手法に従っ
て高調波光出力を安定化する制御方法のフローチャート
を、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの出力（基本波光の
出力）を１００ｍＷに設定した場合を例にとって示す。FIG. 18 is a flowchart of a control method for stabilizing the harmonic light output according to the above-described method for the configuration of the short wavelength light source 400 of the present embodiment shown in FIG. 12B. An example in which (output of fundamental wave light) is set to 100 mW will be described.
【０２３５】まず、光波長変換素子の光導波路に結合す
る波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの出力を一定にするた
めに、光導波路からの基本波光出力Ｐωを検出する光検
出器３４での検出信号が一定レベルに維持されるよう
に、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの活性部への注入電
流（すなわち駆動電流）Ｉｏｐを制御する（第１の制
御）。この制御は、一般にミリ秒オーダで行われて、光
導波路からの基本波光出力Ｐωが一定になるように調整
される。これによって、基本波出力に対するＡＰＣ駆動
を行う。First, in order to keep the output of the wavelength tunable DBR semiconductor laser coupled to the optical waveguide of the optical wavelength conversion element constant, a detection signal from the photodetector 34 for detecting the fundamental light output Pω from the optical waveguide is used. An injection current (ie, drive current) Iop to the active portion of the wavelength tunable DBR semiconductor laser is controlled so as to be maintained at a constant level (first control). This control is generally performed on the order of milliseconds, and is adjusted so that the fundamental light output Pω from the optical waveguide becomes constant. As a result, APC driving for the fundamental wave output is performed.
【０２３６】次に、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの発
振波長を、光波長変換素子の高調波光出力特性（チュー
ニングカーブ特性）における出力ピーク近傍の平坦部に
固定するために、ＤＢＲ部への注入電流Ｉｄｂｒを制御
する（第２の制御）。具体的には、注入電流Ｉｄｂｒを
０〜１００ｍＡの範囲でスキャニングする。このとき、
同時にブルー光（高調波光）出力Ｐ２ωを光検出器３５
で検出して、最大のブルー光（高調波光）出力が得られ
る注入電流値Ｉ’ｄｂｒが得られたら、その値を制御回
路中のメモリ部に記憶する。次に、再びＤＢＲ部への注
入電流Ｉｄｂｒを０ｍＡに戻し、この後にＤＢＲ部への
注入電流Ｉｄｂｒを、先に得られたＩ’ｄｂｒの値に設
定する。Next, in order to fix the oscillation wavelength of the wavelength tunable DBR semiconductor laser to a flat portion near the output peak in the harmonic light output characteristic (tuning curve characteristic) of the optical wavelength conversion element, the injection current into the DBR part was fixed. Control Idbr (second control). Specifically, scanning is performed with the injection current Idbr in the range of 0 to 100 mA. At this time,
At the same time, the blue light (harmonic light) output P2ω is
When the injection current value I′dbr at which the maximum blue light (harmonic light) output is obtained is obtained, the value is stored in the memory unit in the control circuit. Next, the injection current Idbr to the DBR section is returned to 0 mA again, and thereafter, the injection current Idbr to the DBR section is set to the value of I′dbr obtained earlier.
【０２３７】これにより、波長可変型ＤＢＲ半導体レー
ザの発振波長を、光波長変換素子の高調波光出力特性
（チューニングカーブ特性）における出力ピーク近傍の
平坦部に安定に固定することができて、例えば、１００
ｍＷの半導体レーザ出力に対して、安定に高調波光ピー
ク出力１４ｍＷ（duty％＝３３％、平均光出力４．７ｍ
Ｗ）を得ることができる。なお、ＤＢＲ部への注入電流
を０ｍＡに戻すのは、波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの
波長可変時のヒステリシス特性を回避するためである。
なお、本実施形態の短波長光源４００で使用している波
長可変型ＤＢＲ半導体レーザ２７では、その発振縦モー
ドの間隔は典型的には０.１１ｎｍである。As a result, the oscillation wavelength of the wavelength tunable DBR semiconductor laser can be stably fixed to a flat portion near the output peak in the harmonic light output characteristic (tuning curve characteristic) of the optical wavelength conversion element. 100
For a semiconductor laser output of mW, a peak output of harmonic light of 14 mW (duty% = 33%, an average optical output of 4.7 m) stably.
W) can be obtained. The reason why the injection current to the DBR section is returned to 0 mA is to avoid the hysteresis characteristic of the wavelength tunable DBR semiconductor laser when the wavelength is tuned.
In the wavelength tunable DBR semiconductor laser 27 used in the short wavelength light source 400 of the present embodiment, the interval between the oscillation longitudinal modes is typically 0.11 nm.
【０２３８】次に、ブルー光（高調波光）出力Ｐ２ωが
所望の設定値Ｐ２ω（０）になるように、駆動電流Ｉｏ
ｐを再び調整する（第３の制御）。先に述べた第１の制
御では、基本波光出力Ｐωを光検出器３４で検出した
が、この第３の制御では、ブルー光（高調波光）出力Ｐ
２ωを光検出器３４で検出し、フィードバックして出力
制御を行う。なお、図１８のフローチャートで（ＩＩ）
として示している箇所では、高調波光出力の検出値を設
定値Ｐ２ω（０）と比較している。設定値Ｐ２ω（０）
としては、例えば、高調波光ピーク出力が１５ｍＷ（du
ty％＝３３％、平均光出力５ｍＷ）になるように、ＡＰ
Ｃ制御を行う。Next, the drive current Io is adjusted so that the blue light (harmonic light) output P2ω becomes a desired set value P2ω (0).
Adjust p again (third control). In the first control described above, the fundamental light output Pω is detected by the photodetector 34, but in the third control, the blue light (harmonic light) output Pω is detected.
2ω is detected by the photodetector 34 and output is controlled by feedback. Note that (II) in the flowchart of FIG.
, The detected value of the harmonic light output is compared with the set value P2ω (0). Set value P2ω (0)
For example, the harmonic light peak output is 15 mW (du
ty% = 33%, average light output 5 mW)
C control is performed.
【０２３９】上記の制御方法によっても、光波長変換素
子２８の光導波路に結合する波長可変型ＤＢＲ半導体レ
ーザ２７の発振波長が、光波長変換素子２８の波長整合
特性カーブにおけるピーク近傍の平坦部に固定されてい
るので、動作電流の増加に対してブルー光（高調波光）
出力も増加し、ＡＰＣ動作が実現される。以上のような
制御の結果、ブルー光（高調波光）の平均出力を５ｍＷ
に制御し、そのピーク出力を１５ｍＷに安定して制御で
きる。Also according to the above control method, the oscillation wavelength of the tunable DBR semiconductor laser 27 coupled to the optical waveguide of the optical wavelength conversion element 28 is reduced to a flat portion near the peak in the wavelength matching characteristic curve of the optical wavelength conversion element 28. Because it is fixed, blue light (harmonic light) increases in operating current
The output also increases, and the APC operation is realized. As a result of the above control, the average output of blue light (harmonic light) was reduced to 5 mW.
, And the peak output can be stably controlled to 15 mW.
【０２４０】このように、基本波波長に対する高調波出
力特性がピークフラットな特性を示す光波長変換素子と
波長可変型ＤＢＲ半導体レーザとから構成される短波長
光源は、変調動作時であってもブルー光（高調波光）の
ピーク出力を安定化させることが可能であり、その実用
的効果は大きい。As described above, the short-wavelength light source including the optical wavelength conversion element and the wavelength-variable DBR semiconductor laser exhibiting a peak-flat characteristic in the harmonic output characteristic with respect to the fundamental wavelength even when the modulation operation is performed. It is possible to stabilize the peak output of blue light (harmonic light), and its practical effect is great.
【０２４１】なお、本実施形態では、第３の制御とし
て、ブルー光（高調波光）出力に対するＡＰＣ駆動を行
っているが、ピーク出力を高精度に制御する必要がない
場合には、第１及び第２の制御によってピーク出力を安
定化させても良い。但し、この場合には、基本波光出力
がどの程度のレベルであるかを、あらかじめ認識してお
く必要がある。In this embodiment, the APC drive for the blue light (harmonic light) output is performed as the third control. However, if it is not necessary to control the peak output with high precision, the first and the second control are performed. The peak output may be stabilized by the second control. However, in this case, it is necessary to know in advance what level the fundamental light output is.
【０２４２】上記で説明したように変調ピーク光出力が
制御された短波長光源は、光ディスクドライブやフォト
プリンタなどの光情報処理装置に搭載されると、特に大
きな効果を発揮する。The short-wavelength light source whose modulated peak light output is controlled as described above exerts a particularly great effect when mounted on an optical information processing device such as an optical disk drive or a photo printer.
【０２４３】図１９には、本実施形態の短波長光源を利
用して構成された、相変化型光ディスクを用いた情報記
録再生システムの構成を、模式的に示す。FIG. 19 schematically shows the configuration of an information recording / reproducing system using a phase-change optical disk, which is configured using the short-wavelength light source of the present embodiment.
【０２４４】図１９の構成では、本実施形態の特徴を有
する短波長光源４５から出た光は、レンズ４６によって
コリメートされ、偏光ビームスプリッタ４７及びλ／４
板５７を透過後に、対物レンズ４９により、光ディスク
５０の上に集光される。光ディスク５０からの反射光
は、対物レンズ４９でコリメートされ、更にλ／４板５
７を透過後に、偏光ビームスプリッタ４７反射されて光
検出器４８に導かれて、ここで信号が読みとられる。In the configuration shown in FIG. 19, the light emitted from the short wavelength light source 45 having the features of this embodiment is collimated by the lens 46, and is split by the polarization beam splitter 47 and the λ / 4.
After passing through the plate 57, the light is focused on the optical disk 50 by the objective lens 49. The reflected light from the optical disk 50 is collimated by the objective lens 49 and further collimated by the λ / 4 plate 5.
After passing through 7, the light is reflected by the polarization beam splitter 47 and guided to the photodetector 48, where the signal is read.
【０２４５】相変化型光ディスクでは、記録層を構成す
る材料のアモルファス状態と結晶状態との屈折率の差に
よって、情報（マーク）を記録する。このとき、記録マ
ークは、結晶状態の記録層をレーザで照射して、照射部
分の温度を融点以上に上昇させ、その後に急冷すること
によってアモルファス状態に変化させて、形成される。
また、記録マークの消去は、レーザ照射によって、アモ
ルファス部が結晶状態に変化する温度（融点以下）まで
記録層の温度を上昇させて、行われる。In a phase change optical disk, information (mark) is recorded by the difference in the refractive index between the amorphous state and the crystalline state of the material forming the recording layer. At this time, the recording mark is formed by irradiating the recording layer in a crystalline state with a laser to raise the temperature of the irradiated portion to a temperature equal to or higher than the melting point, and then rapidly cooling to change to an amorphous state.
The erasing of the recording mark is performed by increasing the temperature of the recording layer to a temperature (below the melting point) at which the amorphous portion changes to a crystalline state by laser irradiation.
【０２４６】このように、相変化型光ディスクでは記録
層の熱現象によって記録マークの形成が行われるので、
均一な記録マークを形成するためには、記録時及び消去
時に照射されるレーザ出力を高精度に制御する必要があ
る。図１８に示すフローチャートに従ってブルー光ピー
ク出力が制御された本実施形態の短波長光源を用いれ
ば、均一な記録マークの形成及び消去が可能になって、
安定した記録再生システムを実現することができる。As described above, in the phase-change optical disk, the recording mark is formed by the thermal phenomenon of the recording layer.
In order to form a uniform recording mark, it is necessary to control the laser output applied during recording and erasing with high precision. The use of the short-wavelength light source of the present embodiment in which the blue light peak output is controlled according to the flowchart shown in FIG. 18 makes it possible to form and erase uniform recording marks,
A stable recording / reproducing system can be realized.
【０２４７】これに対して、高調波光出力特性がピーク
フラットな特性を有さない光波長変換素子を用いて構成
される短波長光源では、変調時のピーク出力を制御する
ことが困難であり、２０ｄＢ以上の信号強度でマーク消
去を行うことができないが、本実施形態の短波長光源を
使用すれば、マーク長０．３μｍの単一信号記録におい
て、約３０ｄＢの消去率、及び５０ｄＢ以上の信号強度
での均一なマーク形成を、実現できる。On the other hand, it is difficult to control the peak output at the time of modulation with a short wavelength light source using an optical wavelength conversion element whose harmonic light output characteristics do not have a peak flat characteristic. Mark erasure cannot be performed with a signal intensity of 20 dB or more. However, if the short-wavelength light source of the present embodiment is used, in a single signal recording with a mark length of 0.3 μm, an erasure rate of about 30 dB and a signal of 50 dB or more are obtained. Uniform mark formation with strength can be realized.
【０２４８】一方、図２０には、本実施形態の短波長光
源を利用して構成された、フォトプリンタシステムの構
成を、模式的に示す。On the other hand, FIG. 20 schematically shows a configuration of a photo printer system configured using the short wavelength light source of the present embodiment.
【０２４９】この構成では、赤色レーザ光源５１、緑色
コヒーレント光源５２、及び本実施形態に従って変調時
の出力が安定化されたブルー光源（短波長光源）５３
が、光源として使用されている。各光源５１〜５３から
出射された光は、ポリゴンミラー５４によって、その方
向が制御され、更にＦθレンズ５５によってカラーペー
パ５６の上に集光される。これによって、デジタル画像
データが、カラーペーパ５６の上に描かれる。このと
き、各光源５１〜５３の出力は、高精度に制御される必
要があるが、図１８に示すフローチャートに従ってブル
ー光ピーク出力が安定化された本実施形態の短波長光源
をブルー光源５３として用いれば、高精細の画像をカラ
ーペーパ５６の上に描くことができる。In this configuration, a red laser light source 51, a green coherent light source 52, and a blue light source (short wavelength light source) 53 whose output during modulation is stabilized according to the present embodiment.
Is used as a light source. The direction of the light emitted from each of the light sources 51 to 53 is controlled by the polygon mirror 54, and the light is focused on the color paper 56 by the Fθ lens 55. Thereby, the digital image data is drawn on the color paper 56. At this time, the output of each of the light sources 51 to 53 needs to be controlled with high precision, but the short wavelength light source of the present embodiment in which the blue light peak output is stabilized according to the flowchart shown in FIG. If used, a high-definition image can be drawn on the color paper 56.
【０２５０】なお、以上の本実施形態の説明では、光源
変調時に得られる効果を説明しているが、第１〜第４の
実施形態で説明したように連続光において出力安定化制
御が行われている短波長光源は、光源を変調する必要が
ない用途、例えば、光ディスクの再生や外部変調器を用
いて構成されているフォトプリンタにおいて、大きな実
用的効果を発揮する。In the above description of the present embodiment, the effect obtained at the time of light source modulation is described. However, as described in the first to fourth embodiments, output stabilization control is performed for continuous light. The short-wavelength light source has a great practical effect in applications in which the light source does not need to be modulated, for example, in reproduction of an optical disk or in a photo printer configured using an external modulator.
【０２５１】上記の第１〜第５の実施形態では、波長可
変型半導体レーザとして、２電極を有する波長可変型Ｄ
ＢＲ半導体レーザを例にとって説明しているが、これに
代えて、ある特定波長の光を外部共振器ミラーから帰還
させるように構成されている波長可変型半導体レーザの
出射光を基本波光として用いて、短波長光源を構成する
場合においても、上記と同様の効果を得ることができ
る。その場合には、反射型グレーティング、狭帯域バン
ドパスフィルタ、或いはエタロンなどが、波長選択性光
学素子として、用いられる。In the first to fifth embodiments, the wavelength tunable semiconductor laser having two electrodes is used as the wavelength tunable semiconductor laser.
Although a BR semiconductor laser is described as an example, instead of this, light emitted from a wavelength tunable semiconductor laser configured to return light of a specific wavelength from an external resonator mirror is used as fundamental light. Even when a short-wavelength light source is configured, the same effect as described above can be obtained. In that case, a reflection grating, a narrow band-pass filter, an etalon, or the like is used as the wavelength-selective optical element.
【０２５２】更に本発明は、非線形光学効果を利用した
光波長変換素子における出力の安定化を目的とし、高効
率特性を維持したまま位相整合波長を安定に可変する素
子構造を提案するものである。ポイントは等しい位相整
合条件を有する非線形光学結晶間に位相調整部を設け、
位相調整部の屈折率或いは長さを可変することで位相整
合波長を安定に変化させる機能を持たせた点である。実
施の形態を用いてそれぞれ説明する。Further, the present invention aims at stabilizing the output of an optical wavelength conversion element utilizing the nonlinear optical effect, and proposes an element structure capable of stably varying the phase matching wavelength while maintaining high efficiency characteristics. . The point is to provide a phase adjustment unit between nonlinear optical crystals having the same phase matching condition,
The point is that a function of stably changing the phase matching wavelength by changing the refractive index or the length of the phase adjustment unit is provided. Each of the embodiments will be described.
【０２５３】（第６の実施形態）まず最初に、波長変換
素子における位相整合波長可変の原理について、説明す
る。(Sixth Embodiment) First, the principle of variable phase matching wavelength in a wavelength conversion element will be described.
【０２５４】図２１（ａ）に、本発明の光波長変換素子
の構成を示す。図２１（ｂ）は、本発明の光波長変換素
子の位相整合特性を表している。FIG. 21A shows the structure of the optical wavelength conversion element of the present invention. FIG. 21B shows the phase matching characteristics of the optical wavelength conversion device of the present invention.
【０２５５】本発明の光波長変換素子は、位相整合条件
の等しい２つの結晶１００１及び１００２とこれらの２
つの結晶１００１及び１００２の間に設けた位相調整部
１００３とから、構成される。非線形光学結晶１００１
の側から入射された基本波Ｐ１は、非線形光学結晶１０
０１、位相調整部１００３、及び非線形光学結晶１００
２の順に通過し、この間に高調波Ｐ２に変換される。The optical wavelength conversion device according to the present invention comprises two crystals 1001 and 1002 having the same phase matching condition, and
And a phase adjustment unit 1003 provided between the two crystals 1001 and 1002. Nonlinear optical crystal 1001
Is incident on the nonlinear optical crystal 10
01, phase adjustment unit 1003, and nonlinear optical crystal 100
2 and is converted to a harmonic P2 during this time.
【０２５６】ここで、基本波Ｐ１と高調波Ｐ２との波長
をそれぞれλ及びλ／２とし、第２高調波Ｐ２の発生を
例にとって考える。Here, the wavelength of the fundamental wave P1 and the wavelength of the harmonic wave P2 are set to λ and λ / 2, respectively, and the generation of the second harmonic wave P2 is considered as an example.
【０２５７】位相整合条件が成立している場合、非線形
光学結晶１００１及び１００２の内部において、基本波
及び高調波が感じる屈折率Ｎｗ及びＮ２ｗは等しい。位
相調整部１００３において、同様にＮｗ＝Ｎ２ｗの関係
が満足された場合は、位相調整部１００３の存在に関係
なく、結晶１００１で発生した基本波と高調波の関係が
維持されたまま、非線形光学結晶１００２内でも位相整
合し、位相整合波長の可変は発生しない。ところが、位
相調整部１００３に非線形光学結晶１００１及び１００
２とは異なる分散関係を有する材料を設けると、非線形
光学結晶１００２で発生する基本波と高調波の位相関係
は、非線形光学結晶１００１におけるものとは異なり、
干渉効果を生じる。When the phase matching condition is satisfied, the refractive indices Nw and N2w felt by the fundamental wave and the harmonic wave are equal inside the nonlinear optical crystals 1001 and 1002. Similarly, when the relationship of Nw = N2w is satisfied in the phase adjustment unit 1003, the nonlinear optical system maintains the relationship between the fundamental wave and the harmonic generated in the crystal 1001 regardless of the presence of the phase adjustment unit 1003. Even in the crystal 1002, phase matching is performed, and the phase matching wavelength does not vary. However, the nonlinear optical crystals 1001 and 1001
When a material having a dispersion relationship different from 2 is provided, the phase relationship between the fundamental wave and the harmonics generated in the nonlinear optical crystal 1002 is different from that in the nonlinear optical crystal 1001,
Produces interference effects.
【０２５８】このときの位相整合特性の計算結果を、図
２２に示す。位相調整部１００３における位相関係Ｐｈ
＝λ／２（Ｎ２ｗ−Ｎｗ）の変化量をΔＰｈとしたと
き、ΔＰｈの変化とともに、図２２に示されるように、
位相整合特性（位相整合カーブ）のピーク値が変化（シ
フト）する。ΔＰｈ／Ｐｈの変化が約０．５で、変換効
率は約半分に低下する。FIG. 22 shows the calculation result of the phase matching characteristics at this time. Phase relation Ph in phase adjustment section 1003
= Λ / 2 (N2w-Nw) as ΔPh, together with the change in ΔPh, as shown in FIG.
The peak value of the phase matching characteristic (phase matching curve) changes (shifts). When the change in ΔPh / Ph is about 0.5, the conversion efficiency is reduced by about half.
【０２５９】これより、本願発明者らは、位相調整部１
００３のΔＰｈを可変することで、変換効率は低下する
が、位相整合波長を変化させることができることを、新
たに見出した。Thus, the inventors of the present invention set the phase adjustment unit 1
By varying ΔPh of 003, it has been newly found that the conversion efficiency is reduced, but the phase matching wavelength can be changed.
【０２６０】なお、非線形光学結晶として周期状分極反
転構造を有する、擬似位相整合型の光波長変換素子を用
いることも可能である。このような場合には、位相整合
条件の等しい条件は、分極反転構造の周期を等しくする
ことで達成できる。It is also possible to use a quasi-phase matching type optical wavelength conversion element having a periodically poled structure as the nonlinear optical crystal. In such a case, the equal phase matching condition can be achieved by making the periods of the domain-inverted structures equal.
【０２６１】次に、位相整合波長の可変範囲の拡大につ
いて検討した。Next, the expansion of the variable range of the phase matching wavelength was examined.
【０２６２】前述したように、位相調整部１００３のΔ
Ｐｈを可変することで位相整合波長を変化させることが
できるが、得られる位相整合波長の変化量が限られてい
る。これに関して、変化量の拡大について検討した結
果、光波長変換素子の波長可変範囲は、位相調整部１０
０３の数を増やすことで拡大可能なことを見出した。こ
の点を、ＬｉＮｂＯ3結晶に周期状分極反転構造を形成
した光波長変換素子を例にとって、説明する。As described above, Δ of phase adjustment section 1003
Although the phase matching wavelength can be changed by changing Ph, the amount of change in the obtained phase matching wavelength is limited. In this regard, as a result of studying the expansion of the amount of change, the wavelength tunable range of the optical wavelength conversion element is
It has been found that it can be expanded by increasing the number of 03. This point will be described by taking, as an example, an optical wavelength conversion element in which a periodically poled structure is formed in a LiNbO 3 crystal.
【０２６３】図２３に、本発明の光波長変換素子の構成
図を示す。FIG. 23 shows a configuration diagram of the optical wavelength conversion element of the present invention.
【０２６４】この素子では、ＬｉＮｂＯ3結晶に周期状
の分極反転構造を形成した結晶１００１及び１００２の
間に、位相調整部として液晶１００６を設けている。液
晶１００６に電圧を印加することで、その屈折率を可変
することができる。分極反転構造の周期は約３．２μｍ
で、位相整合波長の中心は約８５２．５ｎｍである。液
晶１００６の屈折率を変化させることにより、ΔＰｈが
生じて、位相整合波長を可変することができる。In this element, a liquid crystal 1006 is provided as a phase adjusting section between crystals 1001 and 1002 in which a periodically poled structure is formed in a LiNbO 3 crystal. By applying a voltage to the liquid crystal 1006, the refractive index can be changed. The period of the domain-inverted structure is about 3.2 μm
The center of the phase matching wavelength is about 852.5 nm. By changing the refractive index of the liquid crystal 1006, ΔPh is generated, and the phase matching wavelength can be changed.
【０２６５】更に、非線形光学結晶の分割数を増やして
位相調整部を複数設けて、位相整合波長可変の範囲と結
晶の分割数との関係について、検討した。図２４は、位
相調整部を複数設けた場合の、位相整合波長と変換効率
との関係である。Further, the number of divisions of the nonlinear optical crystal was increased to provide a plurality of phase adjusters, and the relationship between the range of the phase matching wavelength variable and the number of divisions of the crystal was examined. FIG. 24 shows the relationship between the phase matching wavelength and the conversion efficiency when a plurality of phase adjustment units are provided.
【０２６６】これより、分割数を増加させると、波長可
変な位相整合波長範囲が拡大する。素子長が１０ｍｍの
場合、波長可変な範囲（半値全幅）は、２分割構造で約
０．１４ｎｍ、３分割構造で約０．２ｎｍ、５分割構造
で約０．３４ｎｍとなり、結晶の分割数に比例して増大
する。As a result, as the number of divisions is increased, the wavelength range of the wavelength matching phase-matching wavelength is expanded. When the element length is 10 mm, the wavelength variable range (full width at half maximum) is about 0.14 nm for the two-part structure, about 0.2 nm for the three-part structure, and about 0.34 nm for the five-part structure. Increase in proportion.
【０２６７】ＬｉＮｂＯ3結晶の場合、波長可変範囲
は、以上の結果より容易に決定できる。すなわち、Ｌｉ
ＮｂＯ3結晶を用いた素子長１０ｍｍの素子において、
波長可変範囲として半値全幅でΔλだけ必要な場合、分
割数をΔλ／０．０７ｎｍとすればよい。また、素子長
がＬの場合には、分割数は（Δλ／０．０７ｎｍ）×
（１０ｍｍ／Ｌ）で概算できる。このように、分割数を
増加させることで、容易に波長可変範囲が増大できる。In the case of LiNbO 3 crystal, the wavelength variable range can be easily determined from the above results. That is, Li
In a device having a device length of 10 mm using an NbO 3 crystal,
When Δλ is required as the wavelength variable range in the full width at half maximum, the division number may be set to Δλ / 0.07 nm. When the element length is L, the number of divisions is (Δλ / 0.07 nm) ×
(10 mm / L). As described above, the wavelength variable range can be easily increased by increasing the number of divisions.
【０２６８】また、ＭｇＯをドープしたＬｉＮｂＯ3結
晶の場合も、ほぼ同様の結果が得られた。In the case of LiNbO 3 crystal doped with MgO, almost the same results were obtained.
【０２６９】次に、複数の結晶のそれぞれの長さについ
て検討した。Next, the length of each of the plurality of crystals was examined.
【０２７０】２分割構造において、位相調整部の両端の
結晶長の長さが異なる場合の波長可変特性について検討
したところ、位相調整部に位置は、あまり波長可変特性
に影響を与えないことが分かった。一方、位相調整部の
数が増大すると、各結晶長の長さの差が、位相整合波長
の可変特性に影響を与えることが分かった。具体的に
は、３分割以上の構造においては、各結晶の長さのバラ
ツキが増大すると、位相整合波長の可変範囲が縮小す
る。例えば、各結晶の長さのバラツキが１０％以内なら
ば、位相整合波長の可変特性に影響を与えないが、４０
％以上のバラツキがあると、位相整合波長の可変範囲が
１０％程度減少することが分かった。更にバラツキが増
大すると、波長可変範囲は、より小さくなる。A study was made on the wavelength tunable characteristics in the case where the crystal lengths at both ends of the phase adjusting portion were different in the two-segment structure. As a result, it was found that the position of the phase adjusting portion did not significantly affect the wavelength tunable characteristics. Was. On the other hand, it was found that when the number of phase adjustment units increased, the difference in length between the crystal lengths affected the variable characteristics of the phase matching wavelength. Specifically, in a structure of three or more divisions, as the variation in the length of each crystal increases, the variable range of the phase matching wavelength decreases. For example, if the variation in the length of each crystal is within 10%, it does not affect the variable characteristic of the phase matching wavelength.
%, The variable range of the phase matching wavelength was reduced by about 10%. As the variation further increases, the wavelength variable range becomes smaller.
【０２７１】これより、分割された各結晶の長さのバラ
ツキは、４０％以内に抑制することが望ましい。更に高
効率な特性を達成するには、上記のバラツキを１０％以
内に抑制することが、より好ましい。From this, it is desirable that the variation in the length of each divided crystal be suppressed to within 40%. In order to achieve more efficient characteristics, it is more preferable to suppress the above variation to within 10%.
【０２７２】また、位相整合波長可変な波長変換素子の
構成として、微動ステージを用いた構成も可能である。Further, as a configuration of the wavelength conversion element capable of changing the phase matching wavelength, a configuration using a fine movement stage is also possible.
【０２７３】ピエゾ素子を用いた微動台を用いて結晶間
距離を精密に制御したところ、位相整合波長を精密にコ
ントロールできた。このときに重要な点は、結晶間に、
分散特性を有する材料を挿入することである。気体中で
は基本波と高調波との間の分散の差がほとんどないた
め、位相調整部の距離を変えても、ΔＰｈが発生しな
い。これに対して、マッチングオイル等の液体や可塑性
の材料を用いれば、ΔＰｈを生じさせて位相整合波長を
可変することができる。When the distance between crystals was precisely controlled by using a fine movement table using a piezo element, the phase matching wavelength could be precisely controlled. The important point at this time is that
Inserting a material with dispersive properties. Since there is almost no difference in dispersion between the fundamental wave and the harmonic in a gas, ΔPh does not occur even if the distance of the phase adjustment unit is changed. On the other hand, if a liquid such as matching oil or a plastic material is used, ΔPh can be generated to change the phase matching wavelength.
【０２７４】分割数を増加させたときのΔＰｈと変換効
率との関係を求めると、分割数に関係なく、ΔＰｈ／Ｐ
ｈの値が約０．５程度になると、変換効率は約５０％ま
で低下する。これより、位相調整部によるΔＰｈの値の
可変範囲は、ΔＰｈ／Ｐｈの値が約０．５程度までの範
囲になるようにすることが好ましい。位相調整部におけ
る可変範囲がこの値を越えると、変換効率の低下が激し
くなる。When the relationship between ΔPh and the conversion efficiency when the number of divisions is increased is obtained, ΔPh / P
When the value of h is about 0.5, the conversion efficiency decreases to about 50%. Accordingly, it is preferable that the variable range of the value of ΔPh by the phase adjustment unit is set so that the value of ΔPh / Ph is up to about 0.5. If the variable range in the phase adjustment section exceeds this value, the conversion efficiency will be greatly reduced.
【０２７５】このように、位相調整部の可変範囲を増大
させることは、変換効率の低下を招くので、好ましくな
い。従って、波長可変範囲の増大は、結晶の分割数を増
やして位相調整部の数を多くすることによって達成する
ことが好ましい。As described above, increasing the variable range of the phase adjustment unit is not preferable because conversion efficiency is reduced. Therefore, it is preferable to increase the wavelength variable range by increasing the number of divided crystals and increasing the number of phase adjustment units.
【０２７６】位相整合波長可変な波長変換素子は、第２
高調波発生のほか、パラメトリック発生等に応用可能で
ある。周期状分極反転構造によりパラメトリック発生を
行う波長変換素子は波長可変光源として応用されている
が、従来は、発生波長を可変するために異なる分極反転
周期構造の素子が必要であり、連続的な波長可変を行う
ことが難しい。第２高調波は、パラメトリック発生の一
種であり、同様の素子構造で位相整合波長を可変でき
る。本発明をパラメトリック発生に利用すると、連続波
長可変の素子が構成できるため、有用である。更に、本
発明は、パラメトリック発生の応用として、和周波発生
や差周波発生などの波長変換にも、同様に適用可能であ
る。The wavelength conversion element capable of changing the phase matching wavelength is the second type.
In addition to harmonic generation, it can be applied to parametric generation and the like. A wavelength conversion element that performs parametric generation using a periodically poled structure has been applied as a wavelength tunable light source.However, conventionally, a device having a different poled periodic structure is required to change the generated wavelength, and a continuous wavelength is required. Difficult to change. The second harmonic is a kind of parametric generation, and the phase matching wavelength can be varied with a similar element structure. When the present invention is applied to parametric generation, it is useful because a continuously variable element can be configured. Further, the present invention is similarly applicable to wavelength conversion such as sum frequency generation and difference frequency generation as an application of parametric generation.
【０２７７】なお、本実施形態では、光波長変換が、基
本波のシングルパス（単一通過）の場合について説明し
たが、共振器内に光波長変換素子を挿入して高効率化を
図る場合に、より効果的である。In the present embodiment, the case where the optical wavelength conversion is a single pass (single pass) of the fundamental wave has been described. However, when the optical wavelength conversion element is inserted into the resonator to improve the efficiency. Is more effective.
【０２７８】例えば、２つの共振器ミラーにより構成さ
れた共振器内に、非線形光学結晶或いは周期状の分極反
転構造を有する非線形光学結晶を挿入し、共振器内で基
本波を共振させることで共振器内の基本波のパワーを増
大させて、変換効率の向上が図れる。しかし、この構成
において、基本波の共振条件と位相整合条件とを同時に
満足するように、共振器長、結晶の長さ、結晶の位置、
屈折率などを制御することは難しい。これに対して、本
実施形態の構造を用いた光波長変換素子を共振器内に挿
入すれば、これらの問題が解決できる。具体的には、基
本波の共振条件を満足させるように共振器のミラー間隔
を調整した状態で、位相整合条件が満たされるように位
相調整部を調整することで、高効率の波長変換が容易に
実現できる。For example, a nonlinear optical crystal or a nonlinear optical crystal having a periodically poled structure is inserted into a resonator constituted by two resonator mirrors, and a fundamental wave is resonated in the resonator to resonate. The conversion efficiency can be improved by increasing the power of the fundamental wave in the vessel. However, in this configuration, the resonator length, the crystal length, the crystal position,
It is difficult to control the refractive index and the like. On the other hand, these problems can be solved by inserting an optical wavelength conversion element using the structure of the present embodiment into a resonator. Specifically, by adjusting the phase adjustment unit so that the phase matching condition is satisfied while adjusting the mirror spacing of the resonator so as to satisfy the resonance condition of the fundamental wave, highly efficient wavelength conversion can be easily performed. Can be realized.
【０２７９】更に、共振器内で基本波と高調波とを同時
に共振させるダブル共振構造も、容易に実現できる。ダ
ブル共振構造では、共振器内で基本波及び高調波が同時
に共振条件を満足し、且つ位相整合条件も達成しなけれ
ばならない。このため、非常に厳しい屈折率、共振器
長、波長安定性が要求される。本発明の光波長変換素子
を用いれば、共振器内で基本波と高調波の位相関係を制
御できるため、ダブル共振条件も容易に満足することが
可能である。Further, a double resonance structure in which a fundamental wave and a harmonic wave resonate simultaneously in a resonator can be easily realized. In the double resonance structure, the fundamental wave and the harmonics must simultaneously satisfy the resonance condition in the resonator and also satisfy the phase matching condition. Therefore, very severe refractive index, resonator length, and wavelength stability are required. By using the optical wavelength conversion element of the present invention, the phase relationship between the fundamental wave and the harmonic can be controlled in the resonator, so that the double resonance condition can be easily satisfied.
【０２８０】このように、共振器構造内に本発明の光波
長変換素子を挿入することは、実用上、効果的である。As described above, inserting the optical wavelength conversion element of the present invention into the resonator structure is practically effective.
【０２８１】なお、位相調整部は、屈折率分散の異なる
材料から構成されていればよいが、更に光波長変換素子
の特性を高めるためには、その屈折率、特に基本波に対
する屈折率が、非線形光学材料にほぼ等しい材料を用い
ることが望まれる。結晶間に屈折率の異なる材料を挿入
すると、その屈折率差からフレネル反射が生じ、基本波
或いは第２高調波の伝搬損失となる。従って、屈折率の
近い材料を用いることで、位相制御におけるフレネル損
失を低減することができる。The phase adjusting section may be made of a material having a different refractive index dispersion. In order to further improve the characteristics of the optical wavelength conversion element, the refractive index, particularly the refractive index for the fundamental wave, must be different. It is desirable to use a material approximately equal to the nonlinear optical material. When a material having a different refractive index is inserted between the crystals, Fresnel reflection occurs due to the difference in the refractive index, resulting in a propagation loss of a fundamental wave or a second harmonic. Therefore, by using a material having a close refractive index, Fresnel loss in phase control can be reduced.
【０２８２】なお、位相調整部を非線形光学材料と等し
い屈折率を有する材料で構成することが難しい場合（適
当な材料が無い場合）には、位相調整部と非線形光学結
晶との界面に、反射防止膜を堆積することが望ましい。When it is difficult to form the phase adjusting section from a material having a refractive index equal to that of the nonlinear optical material (when there is no suitable material), the interface between the phase adjusting section and the nonlinear optical crystal is not reflected. It is desirable to deposit a barrier film.
【０２８３】例えば、ＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3などの
高非線形材料は、屈折率が２以上と高い値を有する。こ
のため、位相調整部を、これらと等しい屈折率を有する
材料で構成することが難しい。そこで、反射防止膜とし
て、厚さ約１４０ｎｍのＳｉＯ2膜を堆積することで、
界面における基本波の反射率を０．１％以下に抑えるこ
とが可能となる。このような反射防止膜を用いれば、位
相調整部におけるフレネル損失を低減し、光波長変換素
子の変換効率を増大することができる。For example, a highly nonlinear material such as LiNbO 3 or LiTaO 3 has a high refractive index of 2 or more. For this reason, it is difficult to form the phase adjustment unit from a material having the same refractive index as these. Therefore, by depositing a SiO 2 film having a thickness of about 140 nm as an anti-reflection film,
The reflectance of the fundamental wave at the interface can be suppressed to 0.1% or less. If such an antireflection film is used, the Fresnel loss in the phase adjustment unit can be reduced, and the conversion efficiency of the optical wavelength conversion device can be increased.
【０２８４】反射防止膜として単層膜を用いる場合は、
基本波或いは高調波の一方にしか機能しない。フレネル
反射による損失の影響は、基本波の減衰による影響が、
高調波による影響より大きいため、単層の反射膜を用い
る場合は、基本波に対する反射防止膜を形成することが
好ましい。一方、多層膜の反射防止膜を用いれば、基本
波及び高調波の両方に反射防止膜機能を有することが可
能である。従って、反射防止膜として多層膜を用いて、
基本波及び高調波の両方に対する反射防止機能を有する
方が、好ましい。When a single-layer film is used as the antireflection film,
Only works for one of the fundamental and harmonics. The effect of the loss due to Fresnel reflection is due to the attenuation of the fundamental wave,
When a single-layer reflecting film is used, it is preferable to form an anti-reflection film for the fundamental wave because the effect is larger than the influence of the harmonic. On the other hand, if a multilayer anti-reflection film is used, it is possible to have an anti-reflection film function for both the fundamental wave and the harmonic. Therefore, using a multilayer film as an anti-reflection film,
It is preferable to have an antireflection function for both fundamental waves and harmonics.
【０２８５】なお、上記の説明では、バルク状の結晶に
おける波長変換素子について述べたが、非線形光学結晶
に光導波路を構成する場合も、同様の構成が実現でき
る。光導波路は、導波光間で光波長変換を行うことで光
の閉じ込めを強化し且つ長い相互作用長を実現できるた
め、高効率の波長変換が可能であり、有効である。In the above description, the wavelength conversion element in a bulk crystal has been described. However, the same configuration can be realized when an optical waveguide is formed in a nonlinear optical crystal. The optical waveguide can enhance the confinement of light and realize a long interaction length by performing light wavelength conversion between guided lights, so that wavelength conversion with high efficiency is possible and effective.
【０２８６】次に、分極反転周期が各領域間で異なる場
合に、位相整合波長の可変特性に与える影響について解
析した。Next, an analysis was made of the effect on the tunable characteristics of the phase matching wavelength when the domain inversion period differs between the regions.
【０２８７】位相調整部で隔てられた第１の分極反転領
域と第２の分極反転領域との間で分極反転周期がわずか
に異なる場合を仮定して、計算を行った。その結果、
０．０２％以上の分極反転周期の差がある場合には、波
長可変範囲はあまり変化しないが、変換効率の最大値が
低下する事が分かった。これより、変換効率を高めるに
は、分極反転周期の差を０．０２％以下に抑える必要が
ある。The calculation was performed on the assumption that the domain-inverted periods are slightly different between the first domain-inverted region and the second domain-inverted region separated by the phase adjustment unit. as a result,
It was found that when there was a difference in the polarization inversion period of 0.02% or more, the wavelength variable range did not change much, but the maximum value of the conversion efficiency was reduced. Thus, in order to increase the conversion efficiency, it is necessary to suppress the difference in the domain inversion period to 0.02% or less.
【０２８８】これと同様に、位相整合条件の等しい２つ
の結晶における位相整合波長の差が与える影響について
も、同様の精度が要求される。すなわち、位相整合波長
がほぼ等しい結晶としては、位相整合波長の差が０．０
２％以下であることが望ましい。Similarly, the effect of the difference in the phase matching wavelength between two crystals having the same phase matching condition requires the same accuracy. That is, as a crystal having substantially the same phase matching wavelength, the difference in the phase matching wavelength is 0.0
Desirably, it is 2% or less.
【０２８９】（第７の実施形態）本実施形態では、本発
明の光波長変換素子を用いた位相整合波長の許容度拡大
について、述べる。(Seventh Embodiment) In this embodiment, a description will be given of the expansion of the tolerance of the phase matching wavelength using the optical wavelength conversion element of the present invention.
【０２９０】位相整合波長のほぼ等しい結晶間に位相調
整部を挿入する構造により、位相整合波長の許容幅を大
幅に拡大することができる。例えば、結晶を３分割して
位相調整部を２カ所に挿入するとき、各々の位相調整部
の厚みをｔ１及びｔ２とし、位相調整部における基本波
と高調波の伝搬定数をそれぞれβω及びβ２ωとする
と、位相調整部の厚みがｔ１＋ｔ２＝２ｎπ／（β２ω
−２・βω）、（但し、ｎ＝０、１、２、３、．．．）
の値をほぼ満足するときに、波長変換素子の位相整合特
性は、図２５に示すように、ピークフラットな特性（ピ
ークフラットな位相整合カーブ）を示す。位相整合波長
がピークフラット化すれば、基本波の波長変動が生じて
も、安定な出力特性が得られる。With the structure in which the phase adjusting portion is inserted between crystals having substantially the same phase matching wavelength, the allowable width of the phase matching wavelength can be greatly increased. For example, when the crystal is divided into three and the phase adjusters are inserted at two positions, the thickness of each phase adjuster is t1 and t2, and the propagation constants of the fundamental wave and the harmonic in the phase adjuster are βω and β2ω, respectively. Then, the thickness of the phase adjustment unit is t1 + t2 = 2nπ / (β2ω
−2 · βω) (where n = 0, 1, 2, 3,...)
When the value of (1) is substantially satisfied, the phase matching characteristic of the wavelength conversion element exhibits a peak flat characteristic (peak flat phase matching curve) as shown in FIG. If the phase matching wavelength is flattened, stable output characteristics can be obtained even if the wavelength of the fundamental wave fluctuates.
【０２９１】しかし、設計に従って実際に分極反転構造
を形成し、光波長変換素子の位相整合特性を測定する
と、図２５に示すようなピークフラットな位相整合特性
を有する光波長変換素子を得ることが非常に難しく、歩
留まりが悪いことが判明した。実際に光波長変換素子を
作製すると、図２６（ａ）及び（ｂ）に示すように、ピ
ークフラットな部分が傾いたり、複数のピークが存在し
たりするなど、設計と異なる特性が得られる場合がほと
んどであり、歩留まりは数％であった。この原因は、設
計通りの位相整合特性を実現するには、伝搬定数の均一
性及び分極反転周期の均一性に対して、非常に高い値
が、素子長全域に渡って要求されるからである。設計値
に近い値を実現するには、屈折率変動で０．０１％以下
の均一性が必要であり。例えば、導波路型の素子でこの
条件を実現しようとすると、光導波路の線幅を０．０５
μｍ以下の精度で、光導波路の厚みに換算すると数オン
グストローム以下の精度で制御する必要である。素子長
１０ｍｍに渡ってこの精度を達成することは、現実的に
難しい。However, when a domain-inverted structure is actually formed according to the design and the phase matching characteristics of the optical wavelength conversion element are measured, an optical wavelength conversion element having a peak flat phase matching characteristic as shown in FIG. 25 can be obtained. It turned out to be very difficult and the yield was poor. When an optical wavelength conversion element is actually manufactured, as shown in FIGS. 26A and 26B, when a characteristic different from the design is obtained, for example, a peak flat portion is inclined or a plurality of peaks are present. And the yield was several percent. The reason for this is that in order to achieve the designed phase matching characteristics, a very high value is required over the entire element length for the uniformity of the propagation constant and the uniformity of the polarization inversion period. . In order to realize a value close to the design value, uniformity of 0.01% or less in fluctuation of refractive index is required. For example, if this condition is to be realized with a waveguide type device, the line width of the optical waveguide is set to 0.05.
When converted to the thickness of the optical waveguide with an accuracy of μm or less, it is necessary to control with an accuracy of several angstroms or less. It is practically difficult to achieve this accuracy over an element length of 10 mm.
【０２９２】そこで、本願発明者らは、位相調整部にお
ける基本波と高調波の位相関係を調整することで、この
問題の解決を図った。即ち、作製誤差による位相整合特
性の位相整合カーブ（チューニングカーブ）の不均一性
を、位相調整部によって調整することで補償した。その
結果、ピークフラットな位相整合特性を有する素子の歩
留まりを、数％から５０％以上に大幅に向上させること
に成功した。位相調整部の特性が固定されている場合に
は、作製精度のみで歩留まりが決定してしまうが、位相
調整部の屈折率或いは長さを変化させることで、チュー
ニングカーブを制御することが可能であり、歩留まりが
向上した。The inventors of the present invention have solved this problem by adjusting the phase relationship between the fundamental wave and the harmonic in the phase adjuster. That is, the non-uniformity of the phase matching curve (tuning curve) of the phase matching characteristic due to the manufacturing error was compensated for by adjusting the phase adjustment unit. As a result, the yield of an element having a peak flat phase matching characteristic has been significantly improved from several percent to 50% or more. If the characteristics of the phase adjustment unit are fixed, the yield is determined only by the manufacturing accuracy, but the tuning curve can be controlled by changing the refractive index or the length of the phase adjustment unit. Yes, the yield has improved.
【０２９３】更に、位相調整部により、出力変調も可能
になる。具体的には、チューニングカーブの形を変える
ことが可能であるから、基本波の波長を固定した状態で
位相調整部を変化させることで、出力を１００％〜０％
まで、自由に調整することができる。Further, output modulation can be performed by the phase adjusting section. Specifically, since the shape of the tuning curve can be changed, the output can be changed from 100% to 0% by changing the phase adjustment unit while the wavelength of the fundamental wave is fixed.
Until it can be adjusted freely.
【０２９４】なお、本実施形態では、非線形光学結晶に
ついて説明したが、非線形光学結晶に光導波路を形成し
た場合も、同様の効果が得られる。光導波路を用いれ
ば、更なる高効率化が可能であるとともに、位相調整部
を光導波路上に集積化できる。この場合には、電気光学
効果を利用して印加電界により位相調整部の屈折率を変
化させたり、温度により位相調整部の屈折率を変化させ
たりすることが、可能である。また、液晶を光導波路の
一部のクラッド層として用いて、この部分を位相調整部
とし、液晶の屈折率を変えることで、位相調整部の実効
屈折率を変化させることも可能である。In this embodiment, the nonlinear optical crystal has been described. However, similar effects can be obtained when an optical waveguide is formed in the nonlinear optical crystal. If an optical waveguide is used, the efficiency can be further improved, and the phase adjustment unit can be integrated on the optical waveguide. In this case, it is possible to change the refractive index of the phase adjustment unit by the applied electric field or change the refractive index of the phase adjustment unit by the temperature using the electro-optic effect. Further, it is also possible to change the effective refractive index of the phase adjustment unit by using the liquid crystal as a part of the cladding layer of the optical waveguide and using this portion as a phase adjustment unit to change the refractive index of the liquid crystal.
【０２９５】更に、本実施形態では、位相整合条件を満
足する非線形光学結晶を用いているが、周期状の分極反
転構造を有する結晶、或いは光導波路も、同様に使用で
きる。分極反転構造を用いる場合、位相整合条件は擬似
位相整合条件になるが、上記と同様の特性を得ることが
できる。分極反転を用いれば、任意の波長に位相整合可
能であり、高効率の特性を実現できるため、有用であ
る。Further, in this embodiment, a non-linear optical crystal satisfying the phase matching condition is used, but a crystal having a periodic domain-inverted structure or an optical waveguide can also be used. When the domain-inverted structure is used, the phase matching condition is a quasi-phase matching condition, but the same characteristics as described above can be obtained. The use of polarization inversion is useful because phase matching can be performed at an arbitrary wavelength and high efficiency characteristics can be realized.
【０２９６】（第８の実施形態）ここでは、光波長変換
素子の位相整合状態を制御する方法として、非線形光学
結晶の一部の位相整合状態を変化させる方法について、
説明する。(Eighth Embodiment) Here, as a method of controlling the phase matching state of the optical wavelength conversion element, a method of changing the phase matching state of a part of the nonlinear optical crystal will be described.
explain.
【０２９７】本実施形態における光波長変換素子の構成
を、図２７に示す。基板１００７は、ＸカットのＭｇ
Ｏ：ＬｉＮｂＯ3基板であり、周期３．２μｍの分極反
転構造１００８が、素子長１０ｍｍに渡って形成されて
いる。更に、プロトン交換処理及びアニール処理によ
り、分極反転構造１００８の上に光導波路１００９が形
成されている。例えば、光導波路１００９の幅は５μ
ｍ、深さは２．５μｍである。位相整合波長は８５０ｎ
ｍであり、高調波として、第２高調波の光（波長４２５
ｎｍ）を出射する。変換効率は、１０００％／Ｗであっ
た。FIG. 27 shows the configuration of the optical wavelength conversion element in this embodiment. Substrate 1007 is made of X-cut Mg
O: a LiNbO 3 substrate in which a domain-inverted structure 1008 having a period of 3.2 μm is formed over an element length of 10 mm. Further, an optical waveguide 1009 is formed on the domain-inverted structure 1008 by the proton exchange process and the annealing process. For example, the width of the optical waveguide 1009 is 5 μm.
m, and the depth is 2.5 μm. The phase matching wavelength is 850n
m, and the second harmonic light (wavelength 425)
nm). The conversion efficiency was 1000% / W.
【０２９８】更に、図２７の構成では、光導波路１００
９の入射部の近傍に、長さ３．３ｍｍに渡って薄膜ヒー
タ１０１０を形成し、屈折率変調部としている。ヒータ
１０１０により、光導波路１００９の温度分布を変え
て、屈折率を変化させることが可能となる。Further, in the configuration of FIG.
A thin film heater 1010 is formed over a length of 3.3 mm in the vicinity of the light-incident part 9 to form a refractive index modulation part. With the heater 1010, the refractive index can be changed by changing the temperature distribution of the optical waveguide 1009.
【０２９９】温度を変えたときの位相整合特性の変化
を、図２８（ａ）及び（ｂ）を参照して説明すると、図
２８（ａ）は、ヒータ１０１０に電流を流さない場合、
即ち温度を変化させない場合の位相整合特性であり、図
２８（ｂ）は、ヒータ１０１０の温度を約１０℃変えた
時の位相整合特性である。このように温度を変えること
で、変換効率は４００％／Ｗ程度に低下したが、位相整
合波長の許容度が増大して、ピークフラットな位相整合
特性が実現できた。The change in the phase matching characteristic when the temperature is changed will be described with reference to FIGS. 28A and 28B. FIG. 28A shows the case where no current is supplied to the heater 1010.
That is, FIG. 28B shows the phase matching characteristics when the temperature is not changed, and FIG. 28B shows the phase matching characteristics when the temperature of the heater 1010 is changed by about 10 ° C. By changing the temperature in this manner, the conversion efficiency was reduced to about 400% / W, but the tolerance of the phase matching wavelength was increased, and a peak flat phase matching characteristic was realized.
【０３００】次に、ヒータ１０１０の長さを変えて、位
相整合特性とヒータ１０１０の長さとの関係を観測した
ところ、位相整合波長許容度を拡大するには、ヒータ１
０１０の長さを素子全長の１５％〜４０％にする必要が
あった。更に、ピークフラットな位相整合波長特性を実
現するには、ヒータ１０１０の長さを素子全長の約３０
％とし、これを±５％程度の精度で実現する必要であ
る。Next, when the relationship between the phase matching characteristics and the length of the heater 1010 was observed while changing the length of the heater 1010, it was found that the heater 1 10
The length of 010 needs to be 15% to 40% of the total length of the device. Further, in order to realize peak-flat phase matching wavelength characteristics, the length of the heater 1010 is set to about 30
%, Which must be realized with an accuracy of about ± 5%.
【０３０１】また、ヒータ１０１０の作製位置に注意す
る必要がある。具体的には、ヒータ１０１０は、素子の
両端近傍に形成する必要がある。ヒータ１０１０を素子
の中心近傍に形成しても、位相整合波長許容度の拡大は
効率よく行われない。但し、ヒータ１０１０は、光導波
路１００９の端面近傍からは、数μｍ程度離す必要があ
る。ヒータ１０１０を光導波路１００９の端面に形成す
ると、光導波路１００９に光を結合する際に、ヒータ１
０１０を構成する端面近傍の金属部分に基本波が吸収さ
れて、温度上昇により端面が破壊される。従って、ヒー
タ１０１０は、端面から僅かに離れた部分に形成しなけ
ればならない。It is necessary to pay attention to the position where the heater 1010 is formed. Specifically, the heater 1010 needs to be formed near both ends of the element. Even if the heater 1010 is formed near the center of the element, the expansion of the phase matching wavelength tolerance is not efficiently performed. However, the heater 1010 needs to be separated from the vicinity of the end face of the optical waveguide 1009 by about several μm. When the heater 1010 is formed on the end face of the optical waveguide 1009, when light is coupled to the optical waveguide 1009, the heater 1
The fundamental wave is absorbed by the metal portion near the end face constituting 010, and the end face is destroyed by the temperature rise. Therefore, the heater 1010 must be formed at a portion slightly away from the end face.
【０３０２】次に、屈折率変調を用いた他の光波長変換
素子の構成について述べる。Next, the configuration of another optical wavelength conversion element using refractive index modulation will be described.
【０３０３】第７の実施形態で述べたように、位相整合
特性の等しい結晶と位相調整部とにより光波長変換素子
の波長許容度の拡大が可能であるが、その作製には、高
い精度が要求される。これを解決する方法として、位相
調整部を変調することで位相整合特性をコントロールす
る方法を述べたが、それに代えて、結晶の一部に屈折率
変調部を形成することで、同様に位相整合特性を制御で
きる。As described in the seventh embodiment, the wavelength tolerance of the optical wavelength conversion element can be increased by using a crystal having the same phase matching characteristics and the phase adjusting section. Required. As a method for solving this problem, a method of controlling the phase matching characteristic by modulating the phase adjustment unit has been described. Alternatively, by forming a refractive index modulation unit in a part of the crystal, the phase matching characteristic is similarly controlled. Can control characteristics.
【０３０４】図２９は、上記の手法に従って構成される
本発明の光波長変換素子の構成を示す斜視図である。具
体的には、２分割構造によって波長許容度が拡大された
素子を形成している。FIG. 29 is a perspective view showing the structure of an optical wavelength conversion device according to the present invention constructed in accordance with the above-mentioned method. Specifically, an element whose wavelength tolerance is expanded by a two-part structure is formed.
【０３０５】図２９の構成では、ＭｇＯドープしたＸ板
のＬｉＮｂＯ3基板１００７の上に、周期３．２μｍの
分極反転構造１００８が、１０ｍｍに渡って形成されて
いる。素子端部から約１．６ｍｍ離れた部分には、１．
６μｍに渡って分極反転構造１００８を設けずに、ここ
を位相調整部１０１１とする。更に、端部と位相調整部
１０１１との間の基板表面には、長さ約１．６ｍｍの薄
膜ヒータ１０が形成されている。In the configuration shown in FIG. 29, a 3.2 μm-period domain-inverted structure 1008 is formed over 10 mm on an MgO-doped X-plate LiNbO 3 substrate 1007. In the portion about 1.6 mm away from the end of the element,
This is referred to as a phase adjuster 1011 without providing the domain-inverted structure 1008 over 6 μm. Further, a thin film heater 10 having a length of about 1.6 mm is formed on the surface of the substrate between the end portion and the phase adjusting portion 1011.
【０３０６】このような構成で、ヒータ１０１０の温度
を上げないときの位相整合特性は、僅かにピークフラッ
トな特性からずれているが、ヒータ１０１０の温度を約
３℃程度上昇させると、理想的なピークフラットな特性
を実現できる。これより、位相調整部１０１１を有さな
い構造に比べて、約１／３の温度変化で、所望の制御が
可能である。このように、位相調整部１０１１を有する
構造は、屈折率の僅かな変化でピークフラットな位相整
合特性に制御できるため、有効である。In such a configuration, the phase matching characteristic when the temperature of the heater 1010 is not increased slightly deviates from the peak flat characteristic. However, when the temperature of the heater 1010 is increased by about 3 ° C., the ideal Peak flat characteristics can be realized. As a result, desired control can be performed with a temperature change of about 1/3 as compared with a structure without the phase adjustment unit 1011. As described above, the structure having the phase adjustment unit 1011 is effective because the phase matching characteristic can be controlled to be a flat peak with a slight change in the refractive index.
【０３０７】上記のように、薄膜ヒータ等による屈折率
変調により光波長変換素子の位相整合特性を変調する構
成は、半導体レーザと光波長変換素子の直接結合により
短波長光源を実現した場合に、特に有効である。この場
合には、基台上にて、光導波路型の光波長変換素子と半
導体レーザとを直接結合させて固定することで、小型の
コヒーレント光源が実現できる。更に、本発明に従って
光波長変換素子の波長許容度を拡大することで、安定な
出力特性が実現できる。As described above, the configuration in which the phase matching characteristic of the optical wavelength conversion element is modulated by the refractive index modulation by the thin film heater or the like is realized when a short wavelength light source is realized by directly coupling the semiconductor laser and the optical wavelength conversion element. Especially effective. In this case, a compact coherent light source can be realized by directly coupling and fixing the optical waveguide type optical wavelength conversion element and the semiconductor laser on the base. Furthermore, by expanding the wavelength tolerance of the optical wavelength conversion element according to the present invention, stable output characteristics can be realized.
【０３０８】但し、光源として高出力の半導体レーザを
用いると、基台を通じて半導体レーザからの熱が光波長
変換素子に伝わり、光波長変換素子の入射部近傍に熱の
分布が形成される。この熱分布により、光波長変換素子
の位相整合特性が変化して、設計した位相整合特性が得
られないことがある。However, when a high-power semiconductor laser is used as a light source, heat from the semiconductor laser is transmitted to the optical wavelength conversion element through the base, and a heat distribution is formed near the incident portion of the optical wavelength conversion element. Due to this heat distribution, the phase matching characteristic of the optical wavelength conversion element changes, and the designed phase matching characteristic may not be obtained.
【０３０９】この問題を解決するために、光波長変換素
子の入射部近傍に光導波路の屈折率を調整するヒータ
（調整ヒータ）を堆積し、これを用いて位相整合特性を
調整した結果、半導体レーザから熱が伝達される場合で
も、上記の調整ヒータの温度を調整することで、ピーク
フラットな波長許容度特性が実現されて、安定な出力特
性が得られた。また、形成した調整ヒータは、光波長変
換素子の１／２以下の領域を占める程度の小さいもので
あり、占有面積が小さいために、消費電力を従来の１／
２以下に低減できる。In order to solve this problem, a heater (adjustment heater) for adjusting the refractive index of the optical waveguide is deposited near the entrance of the optical wavelength conversion element, and the phase matching characteristics are adjusted using the heater. Even when heat is transmitted from the laser, by adjusting the temperature of the adjusting heater, a peak-flat wavelength tolerance characteristic is realized, and a stable output characteristic is obtained. Further, the formed adjustment heater is small enough to occupy less than half the area of the light wavelength conversion element, and the occupied area is small.
It can be reduced to 2 or less.
【０３１０】上記のようなヒータを用いる方法を、位相
調整部の屈折率を変化させる方法と併用しても、位相整
合特性を変調できる。[0310] The phase matching characteristic can be modulated by using the above-described method using a heater together with the method of changing the refractive index of the phase adjustment unit.
【０３１１】なお、本実施形態では、屈折率変調部とし
て薄膜ヒータ１０１０を用いているが、他に、液晶を用
いたクラッド層も利用できる。液晶によりクラッド部を
形成し、電界により液晶部の屈折率を変化させること
で、光導波路の実効屈折率を変えることができる。液晶
を用いると、消費電力が少なくなるので有効である。そ
の他に、電気光学効果を利用して結晶に電界を印加する
ことで、光導波路の実効屈折率を変えることができる。In this embodiment, the thin-film heater 1010 is used as the refractive index modulation section, but a clad layer using liquid crystal can also be used. The effective refractive index of the optical waveguide can be changed by forming the clad portion with the liquid crystal and changing the refractive index of the liquid crystal portion with the electric field. The use of liquid crystal is effective because power consumption is reduced. In addition, the effective refractive index of the optical waveguide can be changed by applying an electric field to the crystal using the electro-optic effect.
【０３１２】なお、上記では、非線形光学結晶の分割数
が２である光波長変換素子を用いたが、更に分割数の多
い素子にも、本発明は適用できる。分割数を増やせば、
許容度のより広い素子が形成できるため、有効である。In the above description, the optical wavelength conversion element in which the number of divisions of the nonlinear optical crystal is 2 is used, but the present invention can be applied to an element having a larger number of divisions. If you increase the number of divisions,
This is effective because an element having a wider tolerance can be formed.
【０３１３】（第９の実施形態）ここでは、半導体レー
ザと光波長変換素子からなるコヒーレント光発生装置
（コヒーレント光源とも称する）において、常に安定な
出力特性の実現が可能な構造について述べる。(Ninth Embodiment) Here, a structure capable of always achieving stable output characteristics in a coherent light generator (also referred to as a coherent light source) including a semiconductor laser and an optical wavelength conversion element will be described.
【０３１４】具体的には、本実施形態では、半導体レー
ザと光波長変換素子によりコヒーレント光源を構成する
場合に、光波長変換素子から出射する高調波出力を安定
化させるために、最低不可欠な光波長変換素子の位相整
合波長の可変範囲を明らかにしている。Specifically, in the present embodiment, when a coherent light source is constituted by a semiconductor laser and an optical wavelength conversion element, at least the light indispensable for stabilizing the harmonic output emitted from the optical wavelength conversion element is required. The variable range of the phase matching wavelength of the wavelength conversion element is clarified.
【０３１５】図３０に、本実施形態によるコヒーレント
光源の構造を示す。この構成は、光波長変換素子１０２
１と半導体レーザ１０２２とから構成されて、光波長変
換素子１０２１は、本発明による位相調整部１００３で
分離された入射部１０２３と出射部１０２４とを有す
る。半導体レーザ１０２２は、出射波長を可変できる機
能を有しており、光波長変換素子１０２１の位相整合条
件を満足する波長に出射波長を合わせることで、出力の
安定化を図っている。FIG. 30 shows the structure of the coherent light source according to the present embodiment. This configuration is based on the optical wavelength conversion element 102.
1 and a semiconductor laser 1022, the optical wavelength conversion element 1021 has an incidence part 1023 and an emission part 1024 separated by the phase adjustment part 1003 according to the present invention. The semiconductor laser 1022 has a function of changing the emission wavelength, and stabilizes the output by adjusting the emission wavelength to a wavelength that satisfies the phase matching condition of the optical wavelength conversion element 1021.
【０３１６】この様な構成において、光波長変換素子１
０２１から出射される高調波の出力安定化のために必要
な特性について、検討した。In such a configuration, the optical wavelength conversion element 1
The characteristics required for stabilizing the output of the harmonics emitted from O.21 were examined.
【０３１７】半導体レーザの発振波長は、グレーティン
グフィードバックや波長フィルターを利用した光フィー
ドバックにより、可変できる。また、半導体レーザにお
ける光導波路の一部にＤＢＲグレーティングを集積化
し、ＤＢＲグレーティングの反射波長を温度やプラズマ
効果を利用して可変することによっても、半導体レーザ
の発振波長を可変することが可能である。しかし、半導
体レーザは、半導体レーザの共振器構造に起因する縦モ
ード間隔でしか発振しないため、その発振波長は、飛び
飛びの発振波長でのみ可変となる。例えば、０．１ｎｍ
程度の間隔で、発振波長を制御できる。The oscillation wavelength of the semiconductor laser can be changed by grating feedback or optical feedback using a wavelength filter. Also, the oscillation wavelength of the semiconductor laser can be varied by integrating the DBR grating in a part of the optical waveguide in the semiconductor laser and varying the reflection wavelength of the DBR grating by using the temperature and the plasma effect. . However, since the semiconductor laser oscillates only at the longitudinal mode interval due to the resonator structure of the semiconductor laser, its oscillation wavelength can be changed only at discrete oscillation wavelengths. For example, 0.1 nm
The oscillating wavelength can be controlled at such intervals.
【０３１８】一方、光波長変換素子は、通常、波長許容
度の非常に狭い特性を有する。例えば、素子長１０ｍｍ
のＬｉＮｂＯ3で作製した導波路型光波長変換素子など
では、０．１ｎｍ以下の半値全幅を有する。このときの
光波長変換素子の位相整合特性と、半導体レーザの発振
波長との関係を、図３１（ａ）及び（ｂ）に模式的に示
す。図３１（ａ）及び（ｂ）において、１６２５は半導
体レーザの発振モード（縦モード）であり、１６２６が
光波長変換素子のチューニングカーブである。On the other hand, an optical wavelength conversion element usually has a very narrow wavelength tolerance. For example, the element length is 10 mm
In such a waveguide type optical wavelength conversion element manufactured in LiNbO 3 of, it has the following FWHM 0.1 nm. FIGS. 31A and 31B schematically show the relationship between the phase matching characteristics of the optical wavelength conversion element and the oscillation wavelength of the semiconductor laser at this time. In FIGS. 31A and 31B, reference numeral 1625 denotes an oscillation mode (longitudinal mode) of the semiconductor laser, and reference numeral 1626 denotes a tuning curve of the optical wavelength conversion element.
【０３１９】図３１（ａ）においては、チューニングカ
ーブ１６２６のピークと半導体レーザの発振モード１６
２５が重なっている。この場合、半導体レーザの縦モー
ド１６２５をチューニングカーブ１６２６のピークの位
置に調整することで、最大の高調波出力が得られる。と
ころが、図３１（ｂ）に示すように、チューニングカー
ブ１６２６のピークが半導体レーザの縦モード１６２５
の中央近傍に位置する場合、半導体レーザの発振波長を
調整しても、高調波の出力を最大にすることができなく
なる。従って、このようなコヒーレント光源において
は、半導体レーザの波長を調整しても、安定な高調波出
力が得られない。In FIG. 31A, the peak of the tuning curve 1626 and the oscillation mode 16 of the semiconductor laser are shown.
25 overlap. In this case, by adjusting the longitudinal mode 1625 of the semiconductor laser to the peak position of the tuning curve 1626, the maximum harmonic output can be obtained. However, as shown in FIG. 31B, the peak of the tuning curve 1626 is equal to the longitudinal mode 1625 of the semiconductor laser.
, The output of harmonics cannot be maximized even if the oscillation wavelength of the semiconductor laser is adjusted. Therefore, in such a coherent light source, a stable harmonic output cannot be obtained even if the wavelength of the semiconductor laser is adjusted.
【０３２０】これを解決するには、光波長変換素子の位
相整合波長をチューニングして、半導体レーザの発振波
長の中心に、位相整合波長を調整する必要がある。即
ち、光波長変換素子には、用いる半導体レーザの発振波
長の縦モード間隔より広い波長範囲に渡って、位相整合
波長を可変できる特性が要求される。To solve this, it is necessary to tune the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element and adjust the phase matching wavelength to the center of the oscillation wavelength of the semiconductor laser. That is, the optical wavelength conversion element is required to have a characteristic capable of changing the phase matching wavelength over a wavelength range wider than the longitudinal mode interval of the oscillation wavelength of the semiconductor laser used.
【０３２１】この点を、周期状分極反転構造を有するＬ
ｉＮｂＯ3結晶を５分割した構造（位相調整部を４ヶ所
有する構造）からなる光波長変換素子で、確認した。こ
の構造における位相整合波長の可変範囲は、半値全幅で
０．３４ｎｍであるが、半導体レーザの縦モード間隔で
ある０．１ｎｍの範囲で位相整合波長を可変させた場合
は、中心の位相整合波長から±０．０５ｎｍだけ位相整
合波長が変化しても、出力の低下は５％程度であった。
従って、環境温度の変化により位相整合波長が大きく変
化した場合においても、半導体レーザの発振波長と光波
長変換素子の位相整合波長とを同時に制御することで、
出力を５％の変動以内に安定化させることができる。こ
の結果、出力の安定なコヒーレント光源が実現できる。[0321] This point can be explained by using L
It was confirmed with an optical wavelength conversion element having a structure in which the iNbO 3 crystal was divided into five pieces (a structure having four phase adjusting portions). The variable range of the phase matching wavelength in this structure is 0.34 nm in full width at half maximum, but when the phase matching wavelength is changed in the range of 0.1 nm which is the longitudinal mode interval of the semiconductor laser, the center phase matching wavelength is changed. However, even if the phase matching wavelength changes by ± 0.05 nm, the decrease in output was about 5%.
Therefore, even when the phase matching wavelength greatly changes due to a change in environmental temperature, by simultaneously controlling the oscillation wavelength of the semiconductor laser and the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element,
The output can be stabilized within a variation of 5%. As a result, a coherent light source with a stable output can be realized.
【０３２２】更に、パラメトリック発振を利用しても、
波長可変レーザの可変波長領域の拡大が可能である。Further, even if parametric oscillation is used,
The tunable wavelength range of the tunable laser can be expanded.
【０３２３】周期状の分極反転構造を有する光波長変換
素子とレーザ光源を用いれば、パラメトリック発振が可
能である。パラメトリック発振によれば、波長λ３の基
本波を入力すると、１／λ３＝１／λ１＋１／λ２の関
係を満足する波長λ２のシグナル光及び波長λ１のアイ
ドラー光を発生することが可能である。これより、波長
λ３の基本波を用いて、上記の条件を満足する波長を有
する光を、波長可変しながら出力することができて、波
長可変なレーザ光源が実現できる。By using an optical wavelength conversion element having a periodically poled structure and a laser light source, parametric oscillation is possible. According to the parametric oscillation, when a fundamental wave of the wavelength λ3 is input, it is possible to generate signal light of the wavelength λ2 and idler light of the wavelength λ1 satisfying the relationship of 1 / λ3 = 1 / λ1 + 1 / λ2. As a result, light having a wavelength satisfying the above condition can be output while tunable using the fundamental wave of wavelength λ3, and a tunable laser light source can be realized.
【０３２４】このようなパラメトリック発振を可能にす
る構成としては、従来より、周期状分極反転構造を有す
る光波長変換素子によって高効率の波長変換が可能であ
り、例えばＬｉＮｂＯ3を用いた光波長変換素子が商品
化されている。しかし、従来のパラメトリック発生を利
用したコヒーレント光源では、周期の異なる分極反転構
造を複数形成し、分極反転周期を変えることで発振波長
を可変しているために、発振波長は離散的に可変であ
り、連続的に波長変換を行うことは難しかった。これに
対して、本発明の光波長変換素子を用いれば、位相整合
波長を連続的に可変させることが可能となるため、連続
的に発振波長を変えることが可能なコヒーレント光源を
実現できる。更に、周期の異なる複数の分極反転構造と
組み合わせることにより、広い範囲に渡って連続的に位
相整合波長を連続可変できるコヒーレント光源が実現で
きる。また、高効率で且つ変換効率の変動が小さい安定
な出力特性も、実現できる。As a configuration that enables such parametric oscillation, conventionally, highly efficient wavelength conversion can be performed by an optical wavelength conversion element having a periodically poled structure. For example, an optical wavelength conversion using LiNbO 3 is possible. The device has been commercialized. However, in the conventional coherent light source using parametric generation, the oscillation wavelength is discretely variable because a plurality of domain-inverted structures with different periods are formed and the oscillation wavelength is changed by changing the domain-inversion period. However, it was difficult to continuously perform wavelength conversion. On the other hand, if the optical wavelength conversion element of the present invention is used, the phase matching wavelength can be continuously varied, so that a coherent light source capable of continuously changing the oscillation wavelength can be realized. Further, by combining with a plurality of domain-inverted structures having different periods, a coherent light source capable of continuously varying the phase matching wavelength over a wide range can be realized. In addition, stable output characteristics with high efficiency and little change in conversion efficiency can be realized.
【０３２５】（第１０の実施形態）ここでは、本発明に
よって構成される光情報処理装置について、説明を行
う。(Tenth Embodiment) Here, an optical information processing apparatus constituted by the present invention will be described.
【０３２６】図３２に、本発明の光情報処理装置の構成
を示す。図３２において、第９の実施形態に示した特徴
を有するコヒーレント光発生装置１６４０から出た出力
１０ｍＷのビームは、ビームスプリッタ１６４１を透過
し、レンズ１６４２により、情報再生媒体である光ディ
スク１６４３に照射される。光ディスク１６４３からの
反射光は、逆にレンズ１６４２によりコリメートされ、
ビームスプリッタ１６４１で反射されて、光検出器１６
４４で信号が読みとられる。更に、コヒーレント光発生
装置１６４０の出力を強度変調することで、光ディスク
１６４３に情報を書き込むことができる。FIG. 32 shows the configuration of the optical information processing apparatus of the present invention. In FIG. 32, a beam with an output of 10 mW emitted from a coherent light generator 1640 having the features shown in the ninth embodiment passes through a beam splitter 1641 and is irradiated on an optical disc 1643 as an information reproducing medium by a lens 1642. You. The reflected light from the optical disk 1643 is conversely collimated by the lens 1642,
The light reflected by the beam splitter 1641 is
At 44, the signal is read. Further, by modulating the intensity of the output of the coherent light generator 1640, information can be written to the optical disk 1643.
【０３２７】本発明によれば、コヒーレント光発生装置
１６４０を構成する光波長変換素子の位相整合波長を安
定して可変することで、出力の安定化が図れて、外部の
温度変化に対しても５％以下の出力変動に抑えることが
できる。According to the present invention, by stably varying the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element constituting the coherent light generating device 1640, the output can be stabilized, and even when an external temperature change occurs. Output fluctuation can be suppressed to 5% or less.
【０３２８】更に、高出力の青色光の発生が可能となる
ため、読み取りだけでなく、上記のように、光ディスク
１６４３へ情報を書き込むことも可能となる。また、半
導体レーザを基本波光源として用いることで、非常に小
型になるため、民生用の小型の光ディスク読み取り／記
録装置にも利用できる。Furthermore, since high-output blue light can be generated, not only reading but also writing information on the optical disk 1643 as described above is possible. In addition, since a semiconductor laser is used as a fundamental wave light source, it becomes very small, so that it can be used for a small-sized consumer optical disk reading / recording device.
【０３２９】続いて、以下では、本発明に従って構成さ
れる、非線形光学効果を利用した光波長変換素子におけ
る出力の安定化を目的とした素子構造、並びにそれを用
いたコヒーレント光源及び光情報処理装置を説明する。Subsequently, an element structure for stabilizing the output of the optical wavelength conversion element utilizing the nonlinear optical effect, which is configured according to the present invention, and a coherent light source and an optical information processing apparatus using the same will be described below. Will be described.
【０３３０】（第１１の実施形態）以下ではまず、広い
波長領域において第２高調波の発生が可能な本発明によ
る光波長変換素子の構造を、説明する。(Eleventh Embodiment) First, the structure of an optical wavelength conversion element according to the present invention capable of generating a second harmonic in a wide wavelength range will be described.
【０３３１】第１の実施形態で説明したように、本発明
の光波長変換素子は、広い許容波長幅を有し、且つチュ
ーニングカーブ特性においてピーク出力近傍で平坦部を
有する。これによって、基本波の波長変動に対する出力
変化が非常に小さい。更に、許容波長幅の拡大による波
長変換効率の低下を最小限に抑え、許容波長幅の拡大と
高効率特性とを同時に達成できる。As described in the first embodiment, the optical wavelength conversion element of the present invention has a wide allowable wavelength width and has a flat portion near the peak output in the tuning curve characteristics. As a result, the output change with respect to the wavelength change of the fundamental wave is very small. Further, a decrease in the wavelength conversion efficiency due to the expansion of the allowable wavelength width is minimized, and the expansion of the allowable wavelength width and high efficiency characteristics can be achieved at the same time.
【０３３２】本発明による光波長変換素子の具体的な構
造を、図３６を参照して説明する。ここに示される構成
は、第１の実施形態の構成（図１参照）と同じであり、
対応する構成要素には同じ参照符号を付しているので、
その詳細な説明は、ここでは省略することがある。The specific structure of the optical wavelength conversion device according to the present invention will be described with reference to FIG. The configuration shown here is the same as the configuration of the first embodiment (see FIG. 1),
Corresponding components are given the same reference numerals,
The detailed description may be omitted here.
【０３３３】図３６に示すように、光波長変換素子は、
互いにほぼ等しい位相整合条件を満足する複数の非線形
光学結晶、例えば３つの非線形光学結晶１、２、及び３
を含み、各々の非線形光学結晶１、２、及び３の間に
は、厚さがそれぞれｔ１及びｔ２である位相調整部４及
び５が挿入されている。As shown in FIG. 36, the light wavelength conversion element
A plurality of nonlinear optical crystals satisfying substantially equal phase matching conditions, for example, three nonlinear optical crystals 1, 2, and 3
And phase adjusters 4 and 5 having thicknesses t1 and t2, respectively, are inserted between the nonlinear optical crystals 1, 2, and 3, respectively.
【０３３４】従来技術において、位相整合条件の異なる
結晶を組み合わせる方法が提案されている。これは、位
相整合条件の異なる結晶を組み合わせて、それぞれの結
晶における位相整合波長を足し合わせて、波長許容度の
拡大を図る方法である。しかし、位相整合条件の異なる
結晶を組み合わせると、互いに異なる位相整合条件をそ
れぞれの結晶が有しているため、結晶の長さや光の波長
がわずかに変動した場合に、それぞれの結晶で発生した
基本波と高調波の位相関係が大きく変動する。これが干
渉効果となって、高調波の出力が基本波の波長変化によ
り大きく変動する。これを解決するには、各結晶におけ
る基本波と高調波の位相関係が、等しく変化する構成が
望まれる。すなわち、位相整合条件の等しい結晶を用い
て、位相整合波長許容度を拡大する必要がある。In the prior art, there has been proposed a method of combining crystals having different phase matching conditions. In this method, crystals having different phase matching conditions are combined, and the phase matching wavelength of each crystal is added to increase the wavelength tolerance. However, when crystals with different phase matching conditions are combined, each crystal has different phase matching conditions, so that when the length of the crystal or the wavelength of light slightly fluctuates, the basic The phase relationship between the wave and the harmonic fluctuates greatly. This causes an interference effect, and the output of the harmonic wave largely fluctuates due to a change in the wavelength of the fundamental wave. In order to solve this, a configuration is desired in which the phase relationship between the fundamental wave and the harmonic in each crystal changes equally. That is, it is necessary to increase the phase matching wavelength tolerance by using crystals having the same phase matching conditions.
【０３３５】そこで、本願発明者らは、位相整合条件の
等しい結晶からなる構造で位相整合波長を拡大する方法
について種々検討した結果、各結晶長の長さを最適化
し、同時に結晶間に位相調整部を設ける構成により、こ
れを実現できることを見出した。The inventors of the present invention have conducted various studies on a method of expanding the phase matching wavelength in a structure made of crystals having the same phase matching conditions, and as a result, optimized the length of each crystal length and simultaneously adjusted the phase between crystals. It has been found that this can be realized by the configuration in which the unit is provided.
【０３３６】同一の位相整合条件を有する結晶におい
て、位相調整部が無い場合には、結晶内で全域にわたり
基本波と高調波の位相は整合しているが、位相整合波長
許容度は極端に狭くなる。これに対して、結晶間に位相
調整部を設けると、この部分で基本波と高調波の間に位
相差が生じる。しかし、位相調整部で発生した基本波と
高調波の位相差は、次の結晶を伝搬する間に、大きさが
保たれる。更に、基本波の波長変動に対しても、それぞ
れの結晶における位相整合状態は等しく変化し、位相調
整部における位相差もほとんど変化しない。これは、位
相調整部の前後の結晶において位相整合条件が等しく、
基本波と高調波間の位相速度の関係が等しいからであ
る。従って、位相調整部で発生した位相差は、結晶の長
さに関係なく保たれ、基本波の波長変動に対する位相整
合条件のズレも同時に起こる。これより、各結晶で発生
した高調波には、それぞれ位相調整部により位相差が生
じているが、その関係は基本波の波長が変化しても常に
一定となり、それぞれの結晶で発生する高調波間の干渉
効果の変動が、端に低減される。その結果、基本波の波
長に対する高調波の出力変動を大幅に低減でき、位相整
合特性を非常に平坦な特性にすることが可能となる。In a crystal having the same phase matching condition, when there is no phase adjusting portion, the phases of the fundamental wave and the harmonic wave are matched in the entire region in the crystal, but the tolerance of the phase matching wavelength is extremely narrow. Become. On the other hand, when a phase adjustment unit is provided between crystals, a phase difference occurs between the fundamental wave and the harmonic at this portion. However, the magnitude of the phase difference between the fundamental wave and the harmonic generated by the phase adjustment unit is maintained while propagating through the next crystal. Furthermore, the phase matching state of each crystal changes equally with respect to the wavelength fluctuation of the fundamental wave, and the phase difference in the phase adjustment unit hardly changes. This is because the phase matching conditions are equal in the crystals before and after the phase adjustment unit,
This is because the relation of the phase velocities between the fundamental wave and the harmonics is equal. Therefore, the phase difference generated in the phase adjustment unit is maintained irrespective of the length of the crystal, and the deviation of the phase matching condition with respect to the wavelength fluctuation of the fundamental wave also occurs. As a result, a phase difference is generated in each of the harmonics generated in each crystal by the phase adjustment unit, but the relationship is always constant even when the wavelength of the fundamental wave changes, and the harmonics generated in each crystal are different. The fluctuation of the interference effect is reduced to the edge. As a result, the output fluctuation of the harmonic with respect to the wavelength of the fundamental wave can be greatly reduced, and the phase matching characteristics can be made extremely flat.
【０３３７】以上の説明は、本願の第１の実施形態の構
成にも適用される。The above description also applies to the configuration of the first embodiment of the present application.
【０３３８】図３７（ａ）は、図２（ａ）としても示し
た、位相調整部を有さない従来の構成における位相整合
特性（チューニングカーブ特性）、すなわち、基本波光
の波長に対する高調波光（ＳＨＧ）の出力特性であり、
第１の実施形態で図２（ａ）を参照して説明した特徴を
有する。FIG. 37 (a) shows a phase matching characteristic (tuning curve characteristic) in a conventional configuration having no phase adjustment unit, also shown in FIG. 2 (a), that is, a harmonic light (wavelength) with respect to the wavelength of the fundamental light. SHG) output characteristics.
It has the features described in the first embodiment with reference to FIG.
【０３３９】次に、図３７（ｂ）は、位相整合条件が異
なる結晶を複数組み合わせて位相整合波長の許容度を拡
大を図った従来の光波長変換素子におけるチューニング
カーブ特性である。これは３つの位相整合波長の異なる
結晶を組み合わせた場合であり、波長許容度は図３７
（ａ）に比べかなり広がっているものの、高調波出力が
基本波の波長変動に対して大きく変動する。特に、出力
のピーク近傍での出力変動が大きく、ピークの最大値に
比較して１０％以上の出力変動が見られる。これは、各
結晶の位相整合波長が異なるためである。FIG. 37 (b) shows the tuning curve characteristics of a conventional optical wavelength conversion element in which a plurality of crystals having different phase matching conditions are combined to increase the tolerance of the phase matching wavelength. This is a case where three crystals having different phase matching wavelengths are combined, and the wavelength tolerance is shown in FIG.
Although considerably widened as compared to (a), the harmonic output greatly fluctuates with respect to the wavelength fluctuation of the fundamental wave. In particular, the output fluctuation near the output peak is large, and the output fluctuation is 10% or more compared to the maximum value of the peak. This is because each crystal has a different phase matching wavelength.
【０３４０】これに対して、図３７（ｃ）は、本発明の
光波長変換素子で得られる位相整合特性（チューニング
カーブ特性）であり、第１の実施形態で説明した図２
（ｂ）と同じ特徴を有する特性である。第１の実施形態
でも説明したように、本発明の構成によれば、チューニ
ングカーブ特性の最大値近傍のピークにおいて、高調波
（ＳＨＧ）光の出力強度は非常に平坦で、その出力変動
は数％以内である。更に、基本波光波長に対する高調波
光出力レベルがピークレベルから５％低下する波長範囲
（許容波長幅）は、図３７（ａ）に比べて図３７（ｃ）
では約６倍に拡大されている。また、図３７（ｃ）にお
いても、許容波長幅拡大に伴って変換効率が低下するも
のの、依然として図２（ａ）で得られる変換効率の２９
％のレベルが達成可能である（図３７（ｂ）では約１２
％のレベルまで低下する）。On the other hand, FIG. 37 (c) shows the phase matching characteristic (tuning curve characteristic) obtained by the optical wavelength conversion element of the present invention, which is shown in FIG. 2 described in the first embodiment.
This is a characteristic having the same characteristics as (b). As described in the first embodiment, according to the configuration of the present invention, the output intensity of the harmonic (SHG) light is very flat at the peak near the maximum value of the tuning curve characteristic, and the output fluctuation is several tens. %. Further, the wavelength range (allowable wavelength width) in which the harmonic light output level with respect to the fundamental light wavelength is reduced by 5% from the peak level is shown in FIG.
In the figure, it is expanded about 6 times. Also in FIG. 37 (c), although the conversion efficiency decreases with the increase in the allowable wavelength width, the conversion efficiency of 29 obtained in FIG.
% Level is achievable (about 12 in FIG. 37 (b)).
%).
【０３４１】このように、本発明によれば、互いに等し
い位相整合条件を有する結晶間に位相調整部を設けるこ
とで、平坦なピークを有するチューニングカーブが得ら
れ、かつ従来より高い波長変換効率を実現することがで
きる。As described above, according to the present invention, a tuning curve having a flat peak can be obtained by providing a phase adjusting portion between crystals having the same phase matching condition, and a wavelength conversion efficiency higher than the conventional one can be obtained. Can be realized.
【０３４２】次に、光波長変換素子を構成する非線形光
学結晶の位相整合条件について述べる。Next, the phase matching condition of the nonlinear optical crystal constituting the light wavelength conversion element will be described.
【０３４３】図１や図３６に示す本発明の光波長変換素
子は、位相整合条件の等しい非線形光学結晶を、位相調
整部を介して接合することで構成されている。そこで、
各結晶の位相整合条件の差がどれほど許容されるか、検
討した。The optical wavelength conversion device of the present invention shown in FIGS. 1 and 36 is constituted by joining non-linear optical crystals having the same phase matching conditions via a phase adjusting section. Therefore,
We examined how much the difference in the phase matching conditions of each crystal is acceptable.
【０３４４】各結晶間の位相整合条件の差は、各結晶に
おける位相整合波長の差で表せる。そこで、位相整合条
件の異なる結晶を組み合わせた場合のチューニングカー
ブの変化を、観測した。その結果、位相整合波長が０．
１％異なる結晶を組み合わせて光波長変換素子を作製す
ると、チューニングカーブの対称性が得られず、ピーク
フラットなチューニングカーブを得るのは困難になっ
た。位相整合波長の差が増大するに従って、この傾向は
顕著になった。The difference in the phase matching condition between the crystals can be expressed by the difference in the phase matching wavelength between the crystals. Therefore, a change in the tuning curve when crystals having different phase matching conditions were combined was observed. As a result, when the phase matching wavelength is 0.1 mm.
When an optical wavelength conversion element is produced by combining crystals different by 1%, symmetry of the tuning curve cannot be obtained, and it is difficult to obtain a peak flat tuning curve. This tendency became remarkable as the difference between the phase matching wavelengths increased.
【０３４５】上記のような検討の結果、ピークフラット
なチューニングカーブが実現できる位相整合波長の誤差
は、各結晶間で０．０２％以下と非常に厳しいことが明
らかになった。すなわち、広い波長許容度を有し且つピ
ークフラットなチューニングカーブを実現するには、非
線形光学結晶間の位相整合波長の誤差は、０．０２％以
下に低減することが望ましい。As a result of the above study, it has been found that the error of the phase matching wavelength at which a peak flat tuning curve can be realized is extremely strict at 0.02% or less between crystals. That is, in order to realize a tuning curve having a wide wavelength tolerance and a flat peak, it is desirable to reduce the error of the phase matching wavelength between the nonlinear optical crystals to 0.02% or less.
【０３４６】次に、本発明の光波長変換素子の設計につ
いて、あらためて説明する。Next, the design of the optical wavelength conversion element of the present invention will be described again.
【０３４７】結晶内で基本波と第２高調波に対する伝搬
損失が無視できるほど小さく、２つの伝搬ビームがほぼ
等しい形状で伝搬していると仮定したときに、図３８
（ａ）に示される２分割構造の光波長変換素子における
位相調整部の距離ｔが、第１の実施形態に関連して説明
した以下の式（２）を満たすとき、チューニングカーブ
特性がピークフラットな特性を有する。When it is assumed that the propagation loss for the fundamental wave and the second harmonic wave in the crystal is negligibly small and the two propagation beams propagate in substantially the same shape, FIG.
When the distance t of the phase adjuster in the optical wavelength conversion device having the two-segment structure shown in FIG. 7A satisfies the following expression (2) described in relation to the first embodiment, the tuning curve characteristic has a peak flat. It has various characteristics.
【０３４８】 ｔ＝（２ｎ＋１）π／（β２ω−２・βω） （２） 但し、β２ωは位相調整部における高調波光の伝搬定
数、βωは位相調整部における基本波光の伝搬定数、ｎ
＝０、１、２、３、……、である。T = (2n + 1) π / (β2ω−2βω) (2) where β2ω is the propagation constant of the harmonic light in the phase adjustment unit, βω is the propagation constant of the fundamental light in the phase adjustment unit, and n
= 0, 1, 2, 3,...
【０３４９】上記の式（２）をより一般的に表せば、 ｔ＝（２ｎ＋α）π／（β２ω−２・βω） （２ａ） となる。図３８（ｂ）には、上記の式（２ａ）における
αの値を変化させた場合のチューニングカーブを描いて
いる。これより、２分割構造の場合にはα＝１が最適で
あり、αの値がこれより増加しても減少しても、位相整
合特性の波長依存性の対称性が崩れていく。第１の実施
形態において説明したように、チューニングカーブの対
称性の差が５％以内に収まるのはα＝０．９５〜１．０
５の範囲であり、この範囲であれば使用上、問題無い。
更に、位相調整部の長さを最適化すると、α＝０．９〜
１．１の範囲でチューニングカーブの対称性が５％以内
におさまり、ほぼフラットなピークを有するようにな
る。If the above equation (2) is more generally expressed, t = (2n + α) π / (β2ω−2βω) (2a) FIG. 38B shows a tuning curve when the value of α in the above equation (2a) is changed. Accordingly, in the case of a two-part structure, α = 1 is optimal, and the symmetry of the wavelength dependence of the phase matching characteristic is lost even if the value of α increases or decreases. As described in the first embodiment, the difference in the symmetry of the tuning curve within 5% is α = 0.95 to 1.0.
5 is within this range, and there is no problem in use within this range.
Further, when the length of the phase adjustment unit is optimized, α = 0.9 to
In the range of 1.1, the symmetry of the tuning curve falls within 5%, and a substantially flat peak is obtained.
【０３５０】次に、結晶の長さについて検討した。Next, the length of the crystal was examined.
【０３５１】２つの結晶の長さについて、全長に対する
一方の長さを変えた場合の位相整合特性の関係を、図３
９（ａ）及び（ｂ）を参照して説明すると、図３９
（ａ）は、素子全長に対する一方の結晶の長さの割合と
チューニングカーブのピーク近傍部分の凹部の大きさ及
び波長許容度（チューニングカーブにおいて、ＳＨＧ出
力が最大値から５％低下する波長の幅に設定する）の関
係を示す。結晶長の値が素子全長の約１７％より大きく
なると、凹部が増大し始め、波長許容度も、この近傍で
大きく増大する。従って、チューニングカーブのピーク
近傍での凹部の発生を極力抑えるには、結晶長の長さを
素子全長の約１７％程度以下にする必要がある。その一
方で、許容度を２倍以上に拡大するには、結晶長の長さ
を素子全長の１３％以上にする必要がある。FIG. 3 shows the relationship between the phase matching characteristics when the length of one crystal is changed with respect to the length of the two crystals.
9 (a) and 9 (b), FIG.
(A) shows the ratio of the length of one crystal to the entire length of the element, the size of the concave portion near the peak of the tuning curve, and the wavelength tolerance (in the tuning curve, the width of the wavelength at which the SHG output decreases by 5% from the maximum value). ) Is shown. When the value of the crystal length becomes larger than about 17% of the total length of the element, the number of concave portions starts to increase, and the wavelength tolerance greatly increases in the vicinity thereof. Therefore, in order to minimize the occurrence of concave portions near the peak of the tuning curve, the length of the crystal must be about 17% or less of the entire length of the element. On the other hand, in order to increase the tolerance twice or more, the length of the crystal must be 13% or more of the entire length of the device.
【０３５２】これより、結晶長の長さを素子全長の約１
３％〜約１７％に設定して、チューニングカーブのピー
ク近傍での凹部の発生を抑えることが好ましい。この範
囲を外れると、チューニングカーブにピークが２つ以上
存在することになるが、この場合、出力特性をフィード
バックして基本波波長を制御し第２高調波の安定化を図
る場合のピーク検出において、２つのピーク間での位相
整合波長の特定が難しくなり、出力の安定化が難しくな
る場合が有るからである。Thus, the length of the crystal can be reduced to about 1% of the total length of the device.
It is preferable to set 3% to about 17% to suppress the occurrence of a concave portion near the peak of the tuning curve. Outside this range, there are two or more peaks in the tuning curve. In this case, in the peak detection when the output characteristics are fed back to control the fundamental wavelength and stabilize the second harmonic, This is because it is sometimes difficult to specify the phase matching wavelength between the two peaks and it is difficult to stabilize the output.
【０３５３】更に、ピークの凹部の影響を考えない場合
には、第２高調波の最大値が９５％以下に低下しないよ
うに、図３９（ｂ）から、結晶長の長さを全体の約１３
％〜約１８％に設定することが好ましい。Further, when the influence of the concave portion of the peak is not considered, the length of the crystal length is reduced from FIG. 39 (b) so that the maximum value of the second harmonic does not drop below 95%. 13
% To about 18%.
【０３５４】図３９（ｂ）には、素子全長に対する素子
長の割合をパラメータとして、幾つかのチューニングカ
ーブを描いている。これより、結晶長が増大すると、ピ
ーク近傍の凹部が増大する。結晶長が素子全長の１７％
になると、チューニングカーブのピーク近傍がほぼフラ
ットになり、安定で広い位相整合特性が実現できること
が示されている。２分割構造において、伝搬損失が無視
できる場合には、位相調整部の位置は、短い結晶と長い
結晶との位置関係には依存せず、良好なチューニングカ
ーブが得られる。FIG. 39 (b) shows several tuning curves using the ratio of the element length to the total element length as a parameter. Thus, as the crystal length increases, the number of recesses near the peak increases. The crystal length is 17% of the total element length
, The vicinity of the peak of the tuning curve becomes almost flat, indicating that a stable and wide phase matching characteristic can be realized. In the two-segment structure, when the propagation loss is negligible, the position of the phase adjustment unit does not depend on the positional relationship between the short crystal and the long crystal, and a good tuning curve can be obtained.
【０３５５】以上の結果、互いに位相整合条件のほぼ等
しい２つ以上の結晶を位相調整部を介して接合して位相
整合波長許容度の拡大を図るにあたっては、それぞれの
結晶の長さの一方が、素子全長の１３〜１８％にするこ
とが好ましい。As a result, in order to increase the phase matching wavelength tolerance by joining two or more crystals having substantially the same phase matching condition via the phase adjustment unit, one of the lengths of the crystals must be adjusted. It is preferable that the total length be 13 to 18%.
【０３５６】但し、上記の検討は、基本波と高調波の伝
搬損失があまり大きくないとの仮定の下に計算した値で
あり、実際の素子に適用して伝搬損失が大きい場合の実
験を行った結果、結晶の長さが素子全長に対して５〜３
０％の間の値を取るときに、ピークフラットなチューニ
ングカーブが得られた。従って、一方の結晶長の長さ
は、素子全長の５〜３０％の範囲に設定することが好ま
しい。However, the above study is a value calculated on the assumption that the propagation loss of the fundamental wave and the higher harmonic wave is not so large. As a result, the crystal length was 5 to 3
When taking a value between 0%, a peak flat tuning curve was obtained. Therefore, the length of one crystal is preferably set in the range of 5 to 30% of the entire length of the device.
【０３５７】以上の結果、２分割構造では、結晶間に設
ける位相調整部の厚さｔが、 ｔ＝（２ｎ＋α）π／（β２ω−２・βω） （２ａ） の関係を満足し、且つα＝０．９〜１．１の範囲である
ときに、ピークフラットな位相整合特性を有する構造が
実現できる。但し、上記のαの範囲は、結晶における伝
搬損失の値が比較的小さい場合に適用できる範囲であ
り、結晶の伝搬損失が大きい場合、或いは伝搬光のパワ
ー密度が場所により異なる場合には、α＝０．５〜１．
５の範囲が有効である。As a result, in the two-segment structure, the thickness t of the phase adjusting portion provided between the crystals satisfies the relationship of t = (2n + α) π / (β2ω-2 · βω) (2a), and α = 0.9 to 1.1, a structure having peak flat phase matching characteristics can be realized. However, the above range of α is a range that can be applied when the value of the propagation loss in the crystal is relatively small, and when the propagation loss of the crystal is large, or when the power density of the propagating light varies from place to place, α = 0.5-1.
A range of 5 is valid.
【０３５８】次に、３つの非線形光学結晶と２つの位相
調整部（厚さｔ１及びｔ２）とが組み合わされている３
分割構造では、各位相調整部の距離ｔ１及びｔ２が、先
に第１の実施形態に関連して説明した以下の式（３）及
び式（４）： ｔ１＝（２ｎ＋α１）π／（β２ω−２・βω） （３） ｔ２＝（２ｍ＋α２）π／（β２ω−２・βω） （４） 但し、ｎ及びｍ＝０、１、２、３、……、を満たし、更
にα１＋α２＝２であるのでＪ＝０、１、２、３、…
…、としたときに、 ｔ１＋ｔ２＝２Ｊπ／（β２ω−２・βω） （５） が成立するときに、チューニングカーブ特性がピークフ
ラットな特性を有する。Next, three nonlinear optical crystals and two phase adjusting portions (thicknesses t1 and t2) are combined.
In the divided structure, the distances t1 and t2 of each phase adjustment unit are determined by the following equations (3) and (4) described above in relation to the first embodiment: t1 = (2n + α1) π / (β2ω− 2 · βω) (3) t2 = (2m + α2) π / (β2ω−2 · βω) (4) where n and m = 0, 1, 2, 3,..., And α1 + α2 = 2. So J = 0, 1, 2, 3, ...
, When t1 + t2 = 2Jπ / (β2ω−2βω) (5), the tuning curve characteristic has a peak flat characteristic.
【０３５９】上記の式（３）〜式（５）の関係から外れ
ると、チューニングカーブが左右非対称になり、ピーク
フラット部の傾斜がきつくなって、平坦な出力特性を得
るのが難しい。また、第１の実施形態にて説明したよう
に、α１＝０．７９及びα２＝１．２１近傍で、チュー
ニングカーブ特性におけるピーク出力近傍の平坦部が、
ほぼフラットな特性を示す。また、対称性が５％以内に
収まるのは、α１＝０．７〜０．９の範囲であり、この
ときα２＝２−α１に設定する。α１及びα２の値が入
れ替わっても、同様の特性を示す。If the relationship between the above equations (3) to (5) is not satisfied, the tuning curve becomes asymmetrical, the slope of the peak flat portion becomes steep, and it is difficult to obtain a flat output characteristic. Further, as described in the first embodiment, when α1 = 0.79 and α2 = 1.21, the flat portion near the peak output in the tuning curve characteristic is:
Shows almost flat characteristics. The symmetry within 5% is in the range of α1 = 0.7 to 0.9, and α2 = 2−α1 at this time. Even if the values of α1 and α2 are interchanged, similar characteristics are exhibited.
【０３６０】次に、結晶の長さについて検討した。Next, the length of the crystal was examined.
【０３６１】３分割構造では、ピークフラットなチュー
ニングカーブが得られるのは、中心の結晶に対して、両
側の結晶の長さが等しい場合であった。そこで、結晶の
全長に対する両側の結晶の長さの割合と位相整合特性と
の関係を図４０（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する
と、図４０（ａ）は、素子全長に対する一方の結晶の長
さの割合とチューニングカーブのピーク近傍部分の凹部
の大きさ及び波長許容度の関係を示す。結晶長の値が素
子全長の約１３％より大きくなると、凹部が増大し始
め、波長許容度も、この近傍で大きく増大する。従っ
て、チューニングカーブのピーク近傍での凹部の発生を
極力抑えるには、結晶長の長さを素子全長の約１４％程
度以下にする必要がある。その一方で、許容度を２倍以
上に拡大するには、結晶長の長さを素子全長の１０％以
上にする必要がある。In the three-divided structure, a peak flat tuning curve is obtained when the length of the crystal on both sides is equal to the center crystal. Therefore, the relationship between the ratio of the length of the crystals on both sides to the total length of the crystal and the phase matching characteristics will be described with reference to FIGS. 40 (a) and 40 (b). The relationship between the ratio of the crystal length, the size of the concave portion near the peak of the tuning curve, and the wavelength tolerance is shown. When the value of the crystal length becomes larger than about 13% of the total length of the element, the concave portion starts to increase, and the wavelength tolerance also largely increases in the vicinity thereof. Therefore, in order to minimize the occurrence of concave portions near the peak of the tuning curve, the length of the crystal must be about 14% or less of the entire length of the element. On the other hand, in order to increase the tolerance twice or more, the length of the crystal must be 10% or more of the entire length of the device.
【０３６２】これより、結晶長の長さを素子全長の約１
０％〜約１４％に設定して、チューニングカーブのピー
ク近傍での凹部の発生を抑えることが好ましい。この範
囲を外れると、チューニングカーブにピークが２つ以上
存在することになるが、これに伴う問題点は２分割構造
に関して前述した通りである。Thus, the length of the crystal is set to about 1% of the total length of the device.
It is preferable to set the value to 0% to about 14% to suppress the occurrence of concave portions near the peak of the tuning curve. Outside this range, there are two or more peaks in the tuning curve, but the problems involved are as described above with respect to the two-segment structure.
【０３６３】更に、ピークの凹部の影響を考えない場合
には、第２高調波の最大値が９５％以下に低下しないよ
うに、図４０（ｂ）から、結晶長の長さを全体の約１３
％〜約１５％に設定することが好ましい。Further, when the influence of the peak recess is not considered, the length of the crystal length is reduced from FIG. 40 (b) so that the maximum value of the second harmonic does not drop below 95%. 13
% Is preferably set to about 15%.
【０３６４】図４０（ｂ）には、素子全長に対する素子
長の割合をパラメータとして、幾つかのチューニングカ
ーブを描いている。これより、結晶長が増大すると、ピ
ーク近傍の凹部が増大する。結晶長が素子全長の１３．
８％になると、チューニングカーブのピーク近傍がほぼ
フラットになり、安定で広い位相整合特性が実現できる
ことが示されている。FIG. 40 (b) shows several tuning curves using the ratio of the element length to the total element length as a parameter. Thus, as the crystal length increases, the number of recesses near the peak increases. The crystal length is 13.
At 8%, the vicinity of the peak of the tuning curve becomes almost flat, indicating that stable and wide phase matching characteristics can be realized.
【０３６５】以上の結果、３分割構造では、結晶間に設
ける位相調整部の厚さｔ１及びｔ２が前述の式（３）〜
式（５）の関係を満たし、且つα１＝０．７〜０．９の
範囲の位相調整部を介した接合として、両端の各結晶の
長さが素子全長の約１３％〜約１５％であるときに、ピ
ークフラットな位相整合特性を有する構造が実現でき
る。As a result, in the three-segment structure, the thicknesses t1 and t2 of the phase adjusting portion provided between the crystals are determined by the above equations (3) to (3).
The length of each crystal at both ends is about 13% to about 15% of the total length of the element as a junction that satisfies the relationship of the expression (5) and is interposed via a phase adjustment unit in the range of α1 = 0.7 to 0.9. At some point, a structure having peak flat phase matching characteristics can be realized.
【０３６６】但し、上記の検討は、基本波と高調波の伝
搬損失があまり大きくないとの仮定の下に計算した値で
あり、実際の素子に適用して伝搬損失が大きい場合の実
験を行った結果、結晶の長さが素子全長に対して８〜２
５％の間の値を取るときに、ピークフラットなチューニ
ングカーブが得られた。従って、一方の結晶長の長さ
は、素子全長の８〜２５％の範囲に設定することが好ま
しい。また、上記のα１の範囲は、結晶における伝搬損
失の値が比較的小さい場合に適用できる範囲であり、結
晶の伝搬損失が大きい場合、或いは伝搬光のパワー密度
が場所により異なる場合には、α１＝０．５〜１．５の
範囲が有効である。However, the above study is a value calculated on the assumption that the propagation loss of the fundamental wave and the harmonic wave is not so large, and an experiment is performed in a case where the propagation loss is large when applied to an actual device. As a result, the length of the crystal was 8 to 2
When taking a value between 5%, a peak flat tuning curve was obtained. Therefore, the length of one crystal is preferably set in the range of 8 to 25% of the entire length of the device. The range of α1 is a range applicable when the value of the propagation loss in the crystal is relatively small. When the propagation loss of the crystal is large, or when the power density of the propagating light varies depending on the location, α1 is used. = 0.5 to 1.5 is effective.
【０３６７】以上の検討により得られた、本発明によっ
て２分割構造及び３分割構造を用いて光波長変換素子を
形成した場合の位相整合特性、具体的にはＳＨＧ出力の
大きさ及び位相整合波長許容度を、分割なしの場合の値
を１として、以下の表１にまとめる（非線形光学素子の
全長が等しいとする）。The phase matching characteristics obtained when the optical wavelength conversion element is formed by using the two-segment structure and the three-segment structure according to the present invention, specifically, the magnitude of the SHG output and the phase matching wavelength obtained by the above study. The tolerances are summarized in Table 1 below, assuming that the value in the case of no division is 1 (assuming that the entire lengths of the nonlinear optical elements are equal).
【０３６８】[0368]
【表１】 [Table 1]
【０３６９】このように、本発明の構成により、ＳＨＧ
出力の低下を抑えながら、位相整合波長許容度を大幅に
拡大できる。As described above, according to the structure of the present invention, SHG
The phase matching wavelength tolerance can be greatly expanded while suppressing a decrease in output.
【０３７０】以上、非線形光学効果による第２高調波の
場合の位相調整部による波長許容度の設計について述べ
たが、上記の設計は、第２高調波以外の高調波発生、例
えば、和周波を発生する場合やパラメトリック発振の場
合にも、同様の設計が適用できる。第２高調波発生が和
周波発生及びパラメトリック発振の一種であることは、
これまでの実施形態に関連して説明した通りであり、第
２高調波における関係は、和周波及びパラメトリック発
振に適用可能である。In the above, the design of the wavelength tolerance by the phase adjustment unit in the case of the second harmonic due to the nonlinear optical effect has been described. In the above design, generation of harmonics other than the second harmonic, for example, sum frequency A similar design can be applied to the case of occurrence or parametric oscillation. That the second harmonic generation is a kind of sum frequency generation and parametric oscillation,
As described in relation to the above embodiments, the relationship at the second harmonic is applicable to sum frequency and parametric oscillation.
【０３７１】従って、第２高調波の発生における位相調
整部の厚みｔの式： ｔ＝（２ｎ＋α）π／（β２ω−２・βω） （２ａ） において、β２ωの代わりにβ３、βωの代わりにβ
１、βωの代わりにβ２を代入すると、上記の式（２
ａ）は、 ｔ＝（２ｎ＋α）π／（β３−β１−β２） （２ｂ） となり、この式（２ｂ）を式（２）と同じ条件で満足す
ることで、同様の波長許容度拡大特性が得られる。但
し、ｎ＝０、１、２、３、・・・、であり、β１は位相
調整部における波長λ１の光の伝搬定数、β２は位相調
整部における波長λ２の光の伝搬定数、β３は位相調整
部における波長λ３の光の伝搬定数である。Accordingly, in the expression for the thickness t of the phase adjusting portion in the generation of the second harmonic, t = (2n + α) π / (β2ω−2βω) (2a) In place of β2ω, β3 and βω are used instead of β2ω. β
1, when β2 is substituted for βω, the above equation (2
a) is t = (2n + α) π / (β3-β1-β2) (2b). By satisfying the expression (2b) under the same condition as the expression (2), a similar wavelength tolerance expansion characteristic can be obtained. can get. Where n = 0, 1, 2, 3,..., Β1 is the propagation constant of light of wavelength λ1 in the phase adjustment unit, β2 is the propagation constant of light of wavelength λ2 in the phase adjustment unit, and β3 is the phase It is a propagation constant of light of wavelength λ3 in the adjustment unit.
【０３７２】αの値及び結晶の長さｔが満たすべき条件
も、第２高調波の場合に関して上述した条件と全く同じ
であり、同様の設計により、位相整合波長許容度の拡大
が可能となる。これによって、和周波発生或いはパラメ
トリック発振における波長許容度の拡大が可能な光波長
変換素子の構造が、実現される。The conditions to be satisfied by the value of α and the length t of the crystal are exactly the same as those described above with respect to the case of the second harmonic, and the same design allows the phase matching wavelength tolerance to be increased. . As a result, a structure of the optical wavelength conversion element capable of expanding the wavelength tolerance in sum frequency generation or parametric oscillation is realized.
【０３７３】また、差周波発生にも、本発明の同様の構
造が適用できる。差周波発生においては、λ３の波長の
光とλ２の波長の光とを非線形光学結晶に入射して、λ
１の波長の光を出射する。このときのλ１、λ２、λ３
の関係は、和周波発生での光の波長の関係と等しく、従
って、上記に示した位相調整部の設計を適用して、位相
整合波長許容度を拡大することができる。The same structure according to the present invention can be applied to the difference frequency generation. In the generation of the difference frequency, light having a wavelength of λ3 and light having a wavelength of λ2 are incident on the nonlinear optical crystal, and
Emit light of one wavelength. At this time, λ1, λ2, λ3
Is equal to the relationship of the wavelength of the light in the generation of the sum frequency. Therefore, the above-described design of the phase adjustment unit can be applied to expand the tolerance of the phase matching wavelength.
【０３７４】なお、位相調整部は、先述の、 ｔ＝（２ｎ＋α）π／（β２ω−２・βω） （２ａ） なる関係を満足する厚さ及び屈折率分散を有する膜であ
ればよいが、更に光波長変換素子の特性を高めるために
は、非線形光学材料の屈折率にほぼ等しい屈折率を有す
る材料を用いることが望ましい。すなわち、結晶間に屈
折率の異なる材料を挿入すると、その屈折率差から界面
でフレネル反射が生じて、基本波或いは第２高調波の伝
搬損失となる。従って、位相調整部を、非線形光学結晶
に近い屈折率を有する材料で構成すれば、位相調整部に
おけるフレネル損失を低減することができる。The phase adjusting section may be a film having a thickness and a refractive index dispersion satisfying the relationship t = (2n + α) π / (β2ω−2βω) (2a) In order to further improve the characteristics of the light wavelength conversion element, it is desirable to use a material having a refractive index substantially equal to the refractive index of the nonlinear optical material. That is, when a material having a different refractive index is inserted between crystals, Fresnel reflection occurs at the interface due to the difference in the refractive index, resulting in a propagation loss of a fundamental wave or a second harmonic. Therefore, if the phase adjustment unit is made of a material having a refractive index close to that of the nonlinear optical crystal, Fresnel loss in the phase adjustment unit can be reduced.
【０３７５】更に、位相調整部と非線形光学結晶とは、
接着固定することが望ましい。非線形光学結晶を波長変
換素子に用いるには、高い精度の安定性が必要であり、
温度や振動による変動が発生すると、結晶間での光の位
相状態が変化して、特性が劣化する。非線形光学結晶と
位相調整部とを接着固定することで、これらの問題を回
避できる。Further, the phase adjustment unit and the nonlinear optical crystal are:
It is desirable to fix by adhesion. In order to use a nonlinear optical crystal for a wavelength conversion element, high-precision stability is required.
When fluctuations due to temperature or vibration occur, the phase state of light between crystals changes, and the characteristics deteriorate. These problems can be avoided by bonding and fixing the nonlinear optical crystal and the phase adjustment unit.
【０３７６】また、同一の結晶内に位相調整部を形成す
ることが、更に望ましい。従来の構造は、位相整合条件
の異なる結晶を組み合わせて形成されているため、同一
の結晶上に位相整合条件の異なる部分を形成することは
困難であるが、本発明の構成では、位相調整部を部分的
に形成することで、光波長変換素子を構成することがで
きる。例えば、拡散やイオン変換によって結晶の一部の
組成を変えて、位相調整部を形成することができる。It is more desirable to form a phase adjusting section in the same crystal. Since the conventional structure is formed by combining crystals having different phase matching conditions, it is difficult to form portions having different phase matching conditions on the same crystal. Is formed partially, an optical wavelength conversion element can be formed. For example, the phase adjustment portion can be formed by changing the composition of a part of the crystal by diffusion or ion conversion.
【０３７７】更に、非線形光学結晶上に光導波路を形成
し、その光導波路の一部にイオン交換、金属拡散、或い
はクラッド部の付加などによって、位相調整部を容易に
形成することができる。光導波路は基板表面に存在する
ために、位相調整部の形成が容易であるとともに、光導
波路内の光パワー密度が高いので、高効率の波長変換が
実現できる。Furthermore, an optical waveguide is formed on the nonlinear optical crystal, and a phase adjusting section can be easily formed by ion exchange, metal diffusion, or addition of a clad part on a part of the optical waveguide. Since the optical waveguide exists on the surface of the substrate, it is easy to form the phase adjusting portion, and the optical power density in the optical waveguide is high, so that highly efficient wavelength conversion can be realized.
【０３７８】なお、位相調整部を、非線形光学材料と等
しい屈折率を有する材料で構成することが困難である場
合に、位相調整部と非線形光学材料との界面に反射防止
膜を堆積することが望ましいことは、第６の実施形態に
関連して既に説明したが、このように反射防止膜を挿入
する場合は、反射防止膜における基本波と第２高調波の
伝搬定数の差を、考慮する必要がある。具体的には、位
相調整部の両側に反射防止膜を堆積する場合、反射防止
膜の厚みをｔ１２、そこにおける基本波と第２高調波の
伝搬定数をβａ及びβ２ａ、位相調整部の厚さをｔ１
１、そこにおける基本波と第２高調波の伝搬定数をβω
及びβ２ωとすると、 ２×ｔ１２×（β２ａ−２×βａ）＋ｔ１（β２ω−２
×βω）＝（２ｎ＋α）×π なる関係を満足しなければならない。反射防止膜が多層
膜からなる場合には、上記のβａ及びβ２ａの値は、各
膜の平均値でよい。When it is difficult to form the phase adjusting section with a material having the same refractive index as the nonlinear optical material, an antireflection film may be deposited on the interface between the phase adjusting section and the nonlinear optical material. Desirably, as described in connection with the sixth embodiment, when the antireflection film is inserted as described above, the difference between the propagation constant of the fundamental wave and the second harmonic in the antireflection film is considered. There is a need. Specifically, when an antireflection film is deposited on both sides of the phase adjustment unit, the thickness of the antireflection film is t12, the propagation constants of the fundamental wave and the second harmonic there are βa and β2a, and the thickness of the phase adjustment unit is To t1
1. The propagation constant of the fundamental wave and the second harmonic there is βω
And β2ω, 2 × t12 × (β2a−2 × βa) + t1 (β2ω−2
× βω) = (2n + α) × π. When the antireflection film is formed of a multilayer film, the values of βa and β2a may be average values of the respective films.
【０３７９】上記の説明では、バルク状の結晶における
波長変換素子について述べたが、非線形光学結晶に光導
波路を構成する場合も、同様の構成が実現できる。光導
波路では、導波光間で光波長変換を行うことで光の閉じ
込めを強化し、かつ長い相互作用長を実現できるため、
高効率の波長変換が可能であり、有効である。In the above description, the wavelength conversion element in a bulk crystal has been described. However, the same configuration can be realized when an optical waveguide is formed in a nonlinear optical crystal. In optical waveguides, light wavelength conversion is performed between guided light beams to enhance light confinement and achieve a long interaction length.
Highly efficient wavelength conversion is possible and effective.
【０３８０】なお、以上の説明では、分割構造の設計と
して２分割構造及び３分割構造における最適化について
詳細に述べたが、分割数を更に増やすと、許容度をさら
に拡大することが可能となる。但し、位相整合波長許容
度を拡大すると、許容度の拡大に比例して変換効率が低
下する結果となるので、高効率で且つ広い許容度を得る
には、２分割構造或いは３分割構造が適当である。In the above description, the optimization of the two-partition structure and the three-partition structure has been described in detail as the design of the divisional structure. However, if the number of divisions is further increased, the tolerance can be further increased. . However, if the phase matching wavelength tolerance is increased, the conversion efficiency will decrease in proportion to the increase in the tolerance, so that a two-part structure or a three-part structure is appropriate for obtaining high efficiency and a wide tolerance. It is.
【０３８１】更に、本願発明者らは、前述した位相調整
部の概念を、擬似位相整合に適用できることを見出し
た。Further, the inventors of the present application have found that the concept of the above-described phase adjustment section can be applied to quasi-phase matching.
【０３８２】すなわち、図４１に示すように、基板内に
分極反転領域１１、１２、及び１３が形成され、分極反
転領域１１、１２、及び１３の間に位相調整部１４及び
１５が形成されている構成において、分極反転周期Λ
が、 Λ＝２ｍπ／（β２ω−２・βω） （１） なる関係を満足するように構成する。但し、ｍ＝０、
１、２、３、……、であり、β２ωは位相調整部におけ
る高調波光の伝搬定数、βωは位相調整部における基本
波光の伝搬定数である。That is, as shown in FIG. 41, domain-inverted regions 11, 12, and 13 are formed in the substrate, and phase adjusters 14 and 15 are formed between domain-inverted regions 11, 12, and 13. In some configurations, the polarization inversion period Λ
Λ = 2mπ / (β2ω−2 · βω) (1) Where m = 0,
Where β2ω is the propagation constant of the harmonic light in the phase adjustment unit, and βω is the propagation constant of the fundamental wave light in the phase adjustment unit.
【０３８３】各分極反転構造における位相整合条件を等
しくするため、分極反転周期を等しく設定する。更に、
位相調整部の距離ｔの設計には、結晶を組み合わせた構
造と同じく、式（２）で表される関係を満たすような設
計の適用が可能である。In order to equalize the phase matching conditions in each domain-inverted structure, the domain-inverted period is set to be equal. Furthermore,
For the design of the distance t of the phase adjustment unit, a design that satisfies the relationship represented by the expression (2) can be applied as in the case of the structure combining crystals.
【０３８４】擬似位相整合では、分極反転構造及び位相
調整部が、分極反転周期構造を変えるだけで容易に実現
できる。すなわち、フォトリソグラフィ法によるパター
ニング技術を利用して周期状分極反転構造が製造でき
て、分極反転周期構造の間に位相調整部を有する構造
を、容易に作製できる。更に、位相調整部の距離につい
ても、精確に制御が可能である等の利点を有する。加え
て、位相調整部における伝搬損失がほとんど発生しない
ため、高効率の光波長変換素子の作製が容易である。結
晶を組み合わせて光波長変換素子を構成する場合、位相
整合特性の異なる材料を位相調整部として結晶間に設け
る必要があるため、位相調整部の厚みを精密に制御する
必要があり、結晶接合間での損失が生じる。ところが、
擬似位相整合の場合、位相調整部も分極反転部も同じ結
晶からなるため、接合による損失や屈折率の違いからく
るフレネル反射が全くない。In the quasi-phase matching, the domain-inverted structure and the phase adjusting unit can be easily realized only by changing the domain-inverted periodic structure. That is, a periodic domain-inverted structure can be manufactured using a patterning technique by a photolithography method, and a structure having a phase adjustment portion between the domain-inverted periodic structures can be easily manufactured. Further, there is an advantage that the distance of the phase adjustment unit can be accurately controlled. In addition, since little propagation loss occurs in the phase adjustment unit, it is easy to manufacture a highly efficient optical wavelength conversion element. When an optical wavelength conversion element is formed by combining crystals, it is necessary to provide a material having different phase matching characteristics between the crystals as a phase adjustment unit. Therefore, it is necessary to precisely control the thickness of the phase adjustment unit. Loss in However,
In the case of the quasi-phase matching, the phase adjustment section and the domain-inverted section are made of the same crystal, so that there is no Fresnel reflection caused by the loss due to the junction or the difference in the refractive index.
【０３８５】次に、分極反転周期が各領域間で異なる場
合に、チューニングカーブに与える影響について解析し
た。Next, the effect on the tuning curve when the polarization reversal period differs between regions was analyzed.
【０３８６】第１の分極反転領域と第２の分極反転領域
の間で分極反転周期がわずかに異なる場合を仮定し、計
算を行った結果、０．０２％以上の分極反転周期の差が
ある場合は、チューニングカーブの対称性は大きく崩
れ、ピーク近傍での平坦性が得られない事が分かった。
ピークが平坦なチューニングカーブを実現するには、分
極反転周期の差を０．０２％以下に抑える必要がある。Assuming that the domain inversion periods are slightly different between the first domain-inverted region and the second domain-inverted region, the calculation results show that there is a difference in domain inversion period of 0.02% or more. In this case, it was found that the symmetry of the tuning curve was greatly broken and flatness near the peak could not be obtained.
In order to realize a tuning curve with a flat peak, it is necessary to suppress the difference between the polarization inversion periods to 0.02% or less.
【０３８７】以上のように本実施形態では、等しい分極
反転周期構造を有する複数の分極反転領域の間に位相調
整部を設けることで、従来の光波長変換素子と異なり、
基本波の波長変動に対する高調波の出力変動が極端に小
さく、かつ広い波長許容度を有する特性が実現できた。
更に、実際の分極反転領域の長さの関係、及び位相調整
部の距離等の最適設計の値についても、明らかになっ
た。As described above, in the present embodiment, unlike the conventional optical wavelength conversion element, by providing the phase adjusting portion between a plurality of domain-inverted regions having the same domain-inverted periodic structure,
The characteristic that the output fluctuation of the harmonic with respect to the wavelength fluctuation of the fundamental wave is extremely small and has a wide wavelength tolerance.
Further, the relationship between the actual length of the domain-inverted region and the value of the optimal design such as the distance of the phase adjustment unit has been clarified.
【０３８８】（第１２の実施形態）ここでは、光波長変
換素子内部における欠陥、或いは位相整合を利用したチ
ューニング等に対して、安定な位相整合波長特性を有す
る光波長変換素子の構造を、説明する。(Twelfth Embodiment) Here, the structure of an optical wavelength conversion element having a stable phase matching wavelength characteristic with respect to a defect inside the optical wavelength conversion element or tuning using phase matching will be described. I do.
【０３８９】具体的には、本願発明者は、光波長変換素
子内部における基本波と高調波の伝搬損失が光波長変換
素子の特性に大きな影響を与えることを発見し、基本波
と高調波の伝搬損失が適当な関係を有するときに、この
影響を飛躍的に低減できることを見出した。Specifically, the inventor of the present application discovered that the propagation loss of the fundamental wave and the harmonics inside the optical wavelength conversion element has a great effect on the characteristics of the optical wavelength conversion element, and It has been found that when the propagation loss has an appropriate relationship, this effect can be significantly reduced.
【０３９０】まず最初に、伝搬損失がある場合の光波長
変換素子の位相整合特性について、検討した。First, the phase matching characteristics of the optical wavelength conversion element when there is a propagation loss was examined.
【０３９１】これまでに示した検討では、光波長変換素
子における基本波及び高調波の伝搬損失がほとんど無視
できる程小さい場合を想定しているが、実際の光波長変
換素子の構成、特に光導波路を利用する構成では、比較
的に大きな伝搬損失が存在する。そこで、伝搬損失が存
在する場合における光波長変換素子のチューニングカー
ブについて検討を行った。In the studies described so far, it is assumed that the propagation loss of the fundamental wave and the harmonic wave in the optical wavelength conversion element is so small as to be almost negligible. However, the actual configuration of the optical wavelength conversion element, in particular, the optical waveguide , There is a relatively large propagation loss. Then, the tuning curve of the optical wavelength conversion element when the propagation loss exists was examined.
【０３９２】図４２（ａ）には、基本波の伝搬損失のみ
が存在する場合の計算結果、図４２（ｂ）には、高調波
の伝搬損失のみが存在する場合の計算結果を、それぞれ
示す。これより、基本波の伝搬損失に対しては右肩下が
りのチューニングカーブになり、高調波の伝搬損失に対
しては右肩上がりのチューニングカーブになる。FIG. 42 (a) shows a calculation result when only the propagation loss of the fundamental wave exists, and FIG. 42 (b) shows a calculation result when only the propagation loss of the harmonic wave exists. . As a result, the tuning curve has a downward slope with respect to the propagation loss of the fundamental wave, and the tuning curve has a downward slope with respect to the propagation loss of the harmonic.
【０３９３】更に、基本波の伝搬損失が多いと、出射部
の近傍における位相調整部の影響が小さくなってくる。
これは、伝搬するに従って基本波が減衰し、出射部近傍
において発生する高調波の強度が小さくなるためであ
る。例えば、２分割構造では、一方の結晶の長さが素子
全長の約１７％である場合が適切であり、位相調整部
は、出射部或いは入射部の何れかの近傍に形成される。
例えば、基本波の伝搬損失が多い場合には、位相調整部
を入射部の近傍に形成することが、伝搬損失の影響をう
け難いために、望ましい。Furthermore, if the propagation loss of the fundamental wave is large, the influence of the phase adjustment section near the emission section becomes smaller.
This is because the fundamental wave is attenuated as it propagates, and the intensity of harmonics generated near the emission part decreases. For example, in the two-segment structure, it is appropriate that the length of one crystal is about 17% of the total length of the element, and the phase adjustment unit is formed near either the emission unit or the incidence unit.
For example, when the propagation loss of the fundamental wave is large, it is desirable to form the phase adjustment unit near the incident unit because it is hardly affected by the propagation loss.
【０３９４】本願発明者らは、図４２（ａ）及び（ｂ）
に示すように、基本波の伝搬損失ｂ１によるチューニン
グカーブの非対称性の発生と、高調波の伝搬損失ｂ２に
よるチューニングカーブの非対称性の発生とが、逆の効
果を示すことに着目した。すなわち、伝搬損失を基本は
及び高調波の間で最適化すれば、チューニングカーブの
対称性を補正できると考えた。そこで、基本波及び高調
波の伝搬損失とチューニングカーブとの関係を様々に検
討した結果を、図４３に示す。これより、基本波及び高
調波の伝搬損失ｂ１及びｂ２がｂ２＝２×ｂ１なる関係
を満足するときに、基本波及び高調波の伝搬損失に関係
なく、基本波の波長に対して対称な形状を有するチュー
ニングカーブが実現できることを見いだした。このよう
に、基本波及び高調波の伝搬損失の関係を最適化するこ
とで、伝搬損失に起因して発生するチューニングカーブ
の非対称性を、ほとんど無視し得る程度まで小さくする
ことができる。The present inventors have shown in FIGS. 42 (a) and (b)
As shown in (1), attention was paid to the fact that the occurrence of asymmetry of the tuning curve due to the propagation loss b1 of the fundamental wave and the occurrence of asymmetry of the tuning curve due to the propagation loss b2 of the harmonic wave have opposite effects. That is, it was considered that the symmetry of the tuning curve could be corrected by optimizing the propagation loss between the fundamental and the harmonics. FIG. 43 shows the results of various studies on the relationship between the propagation loss of the fundamental wave and the harmonic wave and the tuning curve. Thus, when the propagation losses b1 and b2 of the fundamental wave and the harmonic wave satisfy the relationship of b2 = 2 × b1, regardless of the propagation loss of the fundamental wave and the harmonic wave, the shape is symmetrical with respect to the wavelength of the fundamental wave. It has been found that a tuning curve having the following can be realized. By optimizing the relationship between the propagation loss of the fundamental wave and the harmonic, the asymmetry of the tuning curve generated due to the propagation loss can be reduced to a level that can be almost ignored.
【０３９５】実際には、高調波の伝搬損失ｂ２が６ｄＢ
／ｃｍ以下と小さい場合には、ｂ２＝０．５×ｂ１〜
１．５×ｂ１の範囲で、ほぼ対称なチューニングカーブ
が得られることが確認され、この範囲の伝搬損失を有す
る光波長変換素子を製作することが好ましいことが分か
った。In practice, the propagation loss b2 of the harmonic is 6 dB.
/ Cm or less, b2 = 0.5 × b1
It was confirmed that a substantially symmetrical tuning curve was obtained in the range of 1.5 × b1, and it was found that it was preferable to manufacture an optical wavelength conversion element having a propagation loss in this range.
【０３９６】更に、上述したｂ２＝２×ｂ１なる関係
は、光波長変換素子における位相整合波長許容度の拡大
を目的としてピークフラットなチューニングカーブを得
るために見いだした条件であるが、位相整合条件を満足
する光波長変換素子においては、非常に重要な意味があ
る。Further, the above-mentioned relationship of b2 = 2 × b1 is a condition found to obtain a peak flat tuning curve for the purpose of expanding the tolerance of phase matching wavelength in the optical wavelength conversion element. This is very important in an optical wavelength conversion element that satisfies the following.
【０３９７】光波長変換素子の位相整合特性は、伝搬損
失によって大きな影響を受け、変換効率の低下の他に、
チューニングカーブの非対称性の発生など、素子設計が
複雑化する。例えば、上記の位相整合波長許容度の拡大
においても、設けるべき位相調整部の位置や大きさが、
伝搬損失の影響を受ける。その他に、光波長変換素子に
おいて、光の伝搬方向に機能素子を集積化する場合、例
えば、電極を集積化して光の強度を変調する場合やグレ
ーティング素子を集積化して高調波或いは基本波の一部
の回折を利用する場合には、得られる集積化素子の特性
は、基本波及び高調波の伝搬損失の影響を受ける。これ
は、光波長変換素子のどの位置に他の素子を集積化する
かによって、伝搬損失による基本波及び高調波の光強度
の関係が異なるからである。[0397] The phase matching characteristics of the optical wavelength conversion element are greatly affected by the propagation loss.
Element design becomes complicated, such as occurrence of asymmetry in the tuning curve. For example, even in the expansion of the phase matching wavelength tolerance, the position and size of the phase adjustment unit to be provided are
Affected by propagation loss. In addition, in the optical wavelength conversion element, when the functional element is integrated in the light propagation direction, for example, when the electrode is integrated to modulate the light intensity, or when the grating element is integrated to integrate the harmonic or fundamental wave. When utilizing the diffraction of the part, the characteristics of the obtained integrated device are affected by the propagation loss of the fundamental wave and the harmonic. This is because the relationship between the light intensity of the fundamental wave and the light intensity of the higher harmonic wave due to the propagation loss differs depending on where the other element is integrated in the optical wavelength conversion element.
【０３９８】また、結晶欠陥や屈折率の不均一性が存在
して伝搬定数が部分的に異なる部分が存在する場合や、
疑似位相整合型の素子において分極反転周期の欠陥や乱
れが存在する場合には、チューニングカーブが理論的な
形状を外れるが、この場合に見、基本波を入射部側から
入れる場合と出射部側から入れる場合とで、位相整合特
性が大きく異なる。この非可逆的な特性により、逆伝搬
時の素子特性は、性伝搬時の素子特性から大きく異な
る。例えば、共振構造内に光波長変換素子を挿入して高
効率の波長変換を行う共振器型の光波長変換素子や反射
型の光波長変換素子では、正方向と逆方向とでチューニ
ングカーブ特性が異なるために、変換効率の低下の大き
な原因となっていた。Also, when there is a portion where the propagation constant is partially different due to the existence of crystal defects or non-uniformity of the refractive index,
In the case of a quasi-phase-matching type device, when there is a defect or disorder of the polarization reversal period, the tuning curve deviates from the theoretical shape, but in this case, the fundamental wave is input from the incident side and the output side. The phase matching characteristics are greatly different from the case of inserting from the beginning. Due to this irreversible characteristic, the element characteristics at the time of back propagation are greatly different from the element characteristics at the time of sexual propagation. For example, in a resonator-type optical wavelength conversion element or a reflection-type optical wavelength conversion element that performs high-efficiency wavelength conversion by inserting an optical wavelength conversion element into a resonance structure, the tuning curve characteristics in the forward and reverse directions are different. Due to the difference, the conversion efficiency has been a major cause.
【０３９９】これに対して、本発明に従って、光波長変
換素子の基本波及び高調波の伝搬損失ｂ１及びｂ２が、
前述のｂ２＝ｂ１×２なる関係を満たせば、光波長変換
素子に機能素子を集積化する際に伝搬損失の影響を無視
することが可能になり、素子設計が非常に容易になる。
これは、基本波の伝搬損失が光波長変換特性に与える入
射光伝搬方向に沿った変化と、高調波の伝搬損失による
変化とが、お互いに相殺するためである。これによっ
て、光波長変換素子は、入射光の伝搬方向に対して可逆
的な特性を有して、逆方向の伝搬光を利用する場合で
も、欠陥や不均一性の影響をほとんど受けない光波長変
換素子が実現される。On the other hand, according to the present invention, the propagation loss b1 and b2 of the fundamental wave and the harmonic of the optical wavelength conversion element are
If the above-described relationship of b2 = b1 × 2 is satisfied, the influence of propagation loss can be ignored when the functional element is integrated in the optical wavelength conversion element, and the element design becomes very easy.
This is because the change along the incident light propagation direction that the propagation loss of the fundamental wave gives to the optical wavelength conversion characteristics and the change due to the propagation loss of the harmonic wave cancel each other. As a result, the optical wavelength conversion element has a reversible characteristic with respect to the propagation direction of the incident light, and has a light wavelength that is hardly affected by defects and non-uniformity even when using the propagation light in the opposite direction. A conversion element is realized.
【０４００】以上の説明では、波長λの基本波を波長λ
／２の第２高調波に波長変換する構成において、伝搬損
失の最適関係を説明したが、同様に、３つの波長λ１、
λ２、及びλ３の光が関与するパラメトリック変換、和
周波発生や差周波発生においても、光の伝搬損失に最適
な関係が存在する。具体的には、各波長λ１、λ２、及
びλ３の伝搬損失がお互いに等しい場合に、伝搬損失に
よる素子特性の伝搬距離依存性が無視できる。従って、
３波長間の波長変換時には、各波長における伝搬損失を
等しくすることが好ましい。但し、各伝搬損失が６ｄＢ
／ｃｍ以下と比較的小さい場合には、各伝搬損失の間の
差が２０％以内であれば、良好な特性が得られる。In the above description, the fundamental wave of wavelength λ is
In the configuration in which the wavelength is converted to the second harmonic of / 2, the optimum relationship of the propagation loss has been described.
In parametric conversion involving the light of λ2 and λ3, generation of a sum frequency and generation of a difference frequency, there is an optimal relationship with the propagation loss of light. Specifically, when the propagation loss of each of the wavelengths λ1, λ2, and λ3 is equal to each other, the dependence of the element characteristics on the propagation distance due to the propagation loss can be ignored. Therefore,
At the time of wavelength conversion between three wavelengths, it is preferable to make the propagation loss at each wavelength equal. However, each propagation loss is 6 dB
/ Cm or less, good characteristics can be obtained if the difference between the propagation losses is within 20%.
【０４０１】（第１３の実施形態）ここでは、半導体レ
ーザと光波長変換素子からなるコヒーレント光発生装置
（コヒーレント光源とも称する）において、常に安定な
出力特性の実現が可能な構造について述べる。(Thirteenth Embodiment) Here, a structure capable of always achieving stable output characteristics in a coherent light generator (also referred to as a coherent light source) including a semiconductor laser and an optical wavelength conversion element will be described.
【０４０２】具体的には、本実施形態では、半導体レー
ザと光波長変換素子によりコヒーレント光源を構成する
場合に、光波長変換素子から出射する高調波出力を安定
化させるために、最低不可欠な光波長変換素子の波長許
容度及びチューニングカーブ特性を明らかにしている。Specifically, in the present embodiment, when a coherent light source is constituted by a semiconductor laser and an optical wavelength conversion element, at least the essential light is required to stabilize the output of harmonics emitted from the optical wavelength conversion element. The wavelength tolerance and tuning curve characteristics of the wavelength conversion element are clarified.
【０４０３】図４４に、本実施形態によるコヒーレント
光源の構造を示す。この構成は、光波長変換素子６２１
と半導体レーザ６２２とから構成されて、光波長変換素
子６２１は、入射部６２３と出射部６２４を有する。半
導体レーザ６２２は、出射波長を可変できる機能を有し
ており、光波長変換素子６２１の位相整合条件を満足す
る波長に出射波長を合わせることで、出力の安定化を図
っている。FIG. 44 shows the structure of the coherent light source according to the present embodiment. This configuration is based on the optical wavelength conversion element 621.
The optical wavelength conversion element 621 includes an incident part 623 and an emission part 624. The semiconductor laser 622 has a function of changing the emission wavelength, and stabilizes the output by adjusting the emission wavelength to a wavelength that satisfies the phase matching condition of the optical wavelength conversion element 621.
【０４０４】この様な構成において、光波長変換素子６
２１から出射される高調波の出力安定化のために必要な
特性について、検討した。In such a configuration, the optical wavelength conversion element 6
The characteristics required for stabilizing the output of the harmonics emitted from 21 were examined.
【０４０５】半導体レーザの発振波長は、グレーティン
グフィードバックや波長フィルターを利用した光フィー
ドバックにより、可変できる。また、半導体レーザにお
ける光導波路の一部にＤＢＲグレーティングを集積化
し、ＤＢＲグレーティングの反射波長を温度やプラズマ
効果を利用して可変することによっても、半導体レーザ
の発振波長を可変することが可能である。しかし、半導
体レーザは、半導体レーザの共振器構造に起因する縦モ
ード間隔でしか発振しないため、その発振波長は、飛び
飛びの発振波長でのみ可変となる。例えば、０．１ｎｍ
程度の間隔で、発振波長を制御できる。The oscillation wavelength of the semiconductor laser can be changed by grating feedback or optical feedback using a wavelength filter. Also, the oscillation wavelength of the semiconductor laser can be varied by integrating the DBR grating in a part of the optical waveguide in the semiconductor laser and varying the reflection wavelength of the DBR grating by using the temperature and the plasma effect. . However, since the semiconductor laser oscillates only at the longitudinal mode interval due to the resonator structure of the semiconductor laser, its oscillation wavelength can be changed only at discrete oscillation wavelengths. For example, 0.1 nm
The oscillating wavelength can be controlled at such intervals.
【０４０６】一方、光波長変換素子は、通常、波長許容
度の非常に狭い特性を有する。例えば、素子長１０ｍｍ
のＬｉＮｂＯ3で作製した導波路型光波長変換素子など
では、０．１ｎｍ以下の半値全幅を有する。このときの
光波長変換素子の位相整合特性と、半導体レーザの発振
波長との関係を、図４５（ａ）及び（ｂ）に模式的に示
す。図４５（ａ）及び（ｂ）において、６２５は半導体
レーザの発振モード（縦モード）であり、６２６が光波
長変換素子のチューニングカーブである。On the other hand, an optical wavelength conversion element usually has a very narrow wavelength tolerance. For example, the element length is 10 mm
In such a waveguide type optical wavelength conversion element manufactured in LiNbO 3 of, it has the following FWHM 0.1 nm. The relationship between the phase matching characteristics of the optical wavelength conversion element and the oscillation wavelength of the semiconductor laser at this time is schematically shown in FIGS. 45A and 45B, reference numeral 625 denotes an oscillation mode (longitudinal mode) of the semiconductor laser, and 626 denotes a tuning curve of the optical wavelength conversion element.
【０４０７】図４５（ａ）においては、チューニングカ
ーブ６２６のピークと半導体レーザの発振モード６２５
が重なっている。この場合、半導体レーザの縦モード６
２５をチューニングカーブ６２６のピークの位置に調整
することで、最大の高調波出力が得られる。ところが、
図４５（ｂ）に示すように、チューニングカーブ６２６
のピークが半導体レーザの縦モード６２５の中央近傍に
位置する場合、半導体レーザの発振波長を調整しても、
高調波の出力を最大にすることができなくなる。従っ
て、このようなコヒーレント光源においては、半導体レ
ーザの波長を調整しても、安定な高調波出力が得られな
い。In FIG. 45A, the peak of the tuning curve 626 and the oscillation mode 625 of the semiconductor laser are shown.
Are overlapping. In this case, the longitudinal mode 6 of the semiconductor laser
By adjusting 25 to the peak position of the tuning curve 626, the maximum harmonic output can be obtained. However,
As shown in FIG. 45 (b), the tuning curve 626
Is located near the center of the longitudinal mode 625 of the semiconductor laser, even if the oscillation wavelength of the semiconductor laser is adjusted,
Harmonic output cannot be maximized. Therefore, in such a coherent light source, a stable harmonic output cannot be obtained even if the wavelength of the semiconductor laser is adjusted.
【０４０８】これを解決するには、光波長変換素子のチ
ューニングカーブの平坦部分が、少なくとも半導体レー
ザの縦モード６２５の間隔より広いことが要求される。
チューニングカーブの平坦部分が半導体レーザの縦モー
ド６２５の間隔より広い場合、すなわち、図４６（ａ）
及び（ｂ）に示すチューニングカーブ６３６の場合に
は、チューニングカーブ６３６のピークと半導体レーザ
の縦モード６２５との位置関係に関わらず、高調波の最
大出力が得られる。これによって、半導体レーザの波長
を可変することで、出力の安定化を図ることができる。In order to solve this, it is required that the flat part of the tuning curve of the optical wavelength conversion element is wider than at least the interval between the longitudinal modes 625 of the semiconductor laser.
When the flat portion of the tuning curve is wider than the interval between the longitudinal modes 625 of the semiconductor laser, that is, FIG.
In the case of the tuning curve 636 shown in (b), the maximum output of the harmonic is obtained regardless of the positional relationship between the peak of the tuning curve 636 and the longitudinal mode 625 of the semiconductor laser. Thus, the output can be stabilized by varying the wavelength of the semiconductor laser.
【０４０９】次に、半導体レーザからの出力を変調し、
コヒーレント光源から出射する高調波出力を変調するこ
とを試みた。その結果、半導体レーザの発振波長のチャ
ーピングの問題が明らかになった。半導体レーザのチャ
ーピングとは、半導体レーザの出力を変調すると、出力
強度に比例して半導体レーザの活性層の温度が変化し、
これによって、半導体レーザの発振波長が変動する現象
である。Next, the output from the semiconductor laser is modulated,
An attempt was made to modulate the harmonic output from a coherent light source. As a result, the problem of chirping of the oscillation wavelength of the semiconductor laser became clear. Chirping of a semiconductor laser means that when the output of a semiconductor laser is modulated, the temperature of the active layer of the semiconductor laser changes in proportion to the output intensity.
This is a phenomenon in which the oscillation wavelength of the semiconductor laser fluctuates.
【０４１０】例えば、図４７（ａ）に示すように、半導
体レーザの出力を一定の状態Ａから特定の周波数で変調
する状態Ｂにすると、状態Ａと状態Ｂでは、平均の光強
度が異なる。これによって、状態Ａ及びＢで、半導体レ
ーザ活性層の温度が異なり、発振波長は、状態Ａから状
態Ｂに変わった瞬間に、数１０μｓオーダで変化する。
このときのコヒーレント光源からの高調波出力をモニタ
ーすると、図４７（ｂ）に示すように、出力が徐々に変
化する。For example, as shown in FIG. 47A, when the output of the semiconductor laser is changed from a constant state A to a state B where the output is modulated at a specific frequency, the average light intensity differs between the state A and the state B. As a result, the temperature of the semiconductor laser active layer differs between the states A and B, and the oscillation wavelength changes on the order of several tens of μs at the moment when the state A changes from the state A to the state B.
When the harmonic output from the coherent light source at this time is monitored, the output gradually changes as shown in FIG. 47 (b).
【０４１１】これに対して、先に図４６（ｂ）に示した
ように半導体レーザの縦モード間隔より広い波長許容度
を有する光波長変換素子を用いて半導体レーザの変調特
性を測定したところ、図４７（ｃ）に示すように、安定
な変調特性が得られた。この特性を更に分析すると、半
導体レーザの発振波長のチャーピング波長は、最大で、
半導体レーザの縦モード間隔だけ変化することを見出し
た。すなわち、光フィードバックで半導体レーザの発振
波長を安定化させても、半導体レーザの活性層の温度が
変化することで、発振モードの波長が変動する。このた
めに、発振波長が、最大で縦モード間隔だけ変動する。
これを安定化させるためには、光波長変換素子のチュー
ニングカーブがピーク近傍で平坦部を有し、かつ平坦部
が半導体レーザの縦モード間隔より大きいことが重要で
あることが分かった。On the other hand, as shown in FIG. 46B, the modulation characteristics of the semiconductor laser were measured using an optical wavelength conversion element having a wavelength tolerance wider than the longitudinal mode interval of the semiconductor laser. As shown in FIG. 47C, a stable modulation characteristic was obtained. Further analysis of this characteristic shows that the chirped wavelength of the oscillation wavelength of the semiconductor laser is a maximum,
It has been found that it changes by the longitudinal mode interval of the semiconductor laser. That is, even if the oscillation wavelength of the semiconductor laser is stabilized by optical feedback, the wavelength of the oscillation mode varies due to a change in the temperature of the active layer of the semiconductor laser. For this reason, the oscillation wavelength fluctuates at most by the longitudinal mode interval.
In order to stabilize this, it has been found that it is important that the tuning curve of the optical wavelength conversion element has a flat portion near the peak and that the flat portion is larger than the longitudinal mode interval of the semiconductor laser.
【０４１２】ここで注意しなければならないのは、光波
長変換素子における波長許容度と変換効率とが、トレー
ドオフの関係にあることである。すなわち、波長許容度
を増大させるに従って、光波長変換素子の変換効率は低
下する。従って、光波長変換素子の波長許容度の拡大
は、必要最小限にとどめる必要がある。It should be noted here that there is a trade-off between the wavelength tolerance and the conversion efficiency of the optical wavelength conversion element. That is, as the wavelength tolerance increases, the conversion efficiency of the optical wavelength conversion element decreases. Therefore, it is necessary to minimize the increase in the wavelength tolerance of the optical wavelength conversion element.
【０４１３】以上の結果、半導体レーザの波長を制御し
てコヒーレント光源を安定化させるには、光波長変換素
子のチューニングカーブがピーク近傍で平坦であり、か
つ平坦な部分が半導体レーザの縦モード間隔より大きい
必要がある。チューニングカーブの平坦性は、コヒーレ
ント光源に要求される出力変動の範囲に依存する。通常
のレーザ光源では５％程度の出力変動が許されるが、こ
のような場合には、半導体レーザの縦モード間隔に相当
する波長範囲におけるチューニングカーブの平坦度は、
５％以下であればよい。一方、更に厳しい特性が要求さ
れる用途においては、より平坦なチューニングカーブが
要求される。As a result, in order to stabilize the coherent light source by controlling the wavelength of the semiconductor laser, the tuning curve of the optical wavelength conversion element is flat near the peak, and the flat part is the vertical mode interval of the semiconductor laser. Need to be bigger. The flatness of the tuning curve depends on the range of output fluctuation required for the coherent light source. In a normal laser light source, an output fluctuation of about 5% is allowed. In such a case, the flatness of the tuning curve in the wavelength range corresponding to the longitudinal mode interval of the semiconductor laser is:
What is necessary is just 5% or less. On the other hand, in applications requiring more severe characteristics, a flatter tuning curve is required.
【０４１４】上記の検討結果に基づいて、先の実施形態
に示した光波長変換素子と半導体レーザによりコヒーレ
ント光源を構成し、出力の安定化実験を行った。しか
し、半導体レーザの波長調整することで光波長変換素子
の位相整合波長に一致させ、高調波出力の安定化を図っ
たところ、出力が大きく変動し、設計通りの安定化が得
られない場合があることが明らかになった。そこで、高
調波出力変動の要因について更に検討を行うため、図４
８に示すように、基本波の波長を連続的に変化させて、
高調波出力の変化を観測した。[0414] Based on the above examination results, a coherent light source was constituted by the optical wavelength conversion element and the semiconductor laser described in the above embodiment, and an output stabilization experiment was performed. However, by adjusting the wavelength of the semiconductor laser to match the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element and stabilizing the harmonic output, the output fluctuates greatly, and there may be cases where the designed stabilization cannot be obtained. It turned out that there was. Therefore, in order to further examine the factors of the harmonic output fluctuation, FIG.
As shown in FIG. 8, by continuously changing the wavelength of the fundamental wave,
A change in harmonic output was observed.
【０４１５】その結果、光波長変換素子の許容度の範囲
で、高調波出力が細かく変動していることが明らかにな
った。この原因を検討したところ、基本波及び高調波が
光波長変換素子の入射部端面及び出射部端面でフレネル
反射し、この光が互いに干渉することで、高調波出力を
不安定にしていることが明らかになった。すなわち、入
射部及び出射部における端面反射光が互いに干渉し、か
つ波長の変化により光波長変換素子の光路長が変化する
ことで、端面反射光の干渉度合いが変化して、出力を不
安定にしている。更に、基本波出力を変調して高調波の
出力を変調する場合にも、同様の出力変動が観測され
た。[0415] As a result, it was found that the harmonic output fluctuated finely within the allowable range of the optical wavelength conversion element. After examining the cause, it was found that the fundamental wave and the harmonic wave are Fresnel-reflected at the incident end face and the exit end face of the optical wavelength conversion element, and this light interferes with each other, thereby rendering the harmonic output unstable. It was revealed. That is, the end face reflected light at the incident part and the output part interfere with each other, and the optical path length of the optical wavelength conversion element changes due to the change in wavelength, so that the degree of interference of the end face reflected light changes and the output becomes unstable. ing. Further, when the output of the harmonic was modulated by modulating the output of the fundamental wave, the same output fluctuation was observed.
【０４１６】このように、半導体レーザを変調すると、
半導体レーザの波長が変化するため、波長許容度を拡大
した光波長変換素子を用いても出力の安定化が難しく、
高調波の雑音レベルを大幅に増大させる。この問題を解
決するためには、端面反射による干渉を防止する方法と
して、入射部または出射部の少なくとも何れか一方に、
高調波及び基本波に対する反射防止膜を形成する。端面
に反射防止膜を堆積することでフレネル反射を防止し、
端面反射による干渉効果を低減できる。その結果、非常
に安定な出力特性を有するコヒーレント光源を実現でき
る。Thus, when the semiconductor laser is modulated,
Because the wavelength of the semiconductor laser changes, it is difficult to stabilize the output even if an optical wavelength conversion element with an increased wavelength tolerance is used,
Significantly increase the noise level of harmonics. In order to solve this problem, as a method of preventing interference due to end face reflection, at least one of the incident portion and the outgoing portion,
An anti-reflection film for a harmonic and a fundamental wave is formed. Prevent Fresnel reflection by depositing an anti-reflection film on the end face,
The interference effect due to the end face reflection can be reduced. As a result, a coherent light source having very stable output characteristics can be realized.
【０４１７】更に、基本波に対する反射防止膜は、入射
部及び出射部ともに形成するのが望ましい。半導体レー
ザでは、外部に出射した光が再び活性層内に戻ること
で、雑音の増大や出力の変動などの問題が発生する。こ
れを防止するために、基本波に対する反射防止膜は、出
射部及び入射部の両方に形成することが望ましい。一
方、高調波に対する反射防止膜は、入射部または出射部
のどちらか一方でよいが、出射部に形成するのが望まし
い。これは、出射部に高調波の反射防止膜を形成するこ
とで、端面のフレネル反射による損失を防止し、より高
出力の高調波を得ることができるためである。Further, it is desirable to form an antireflection film for the fundamental wave on both the incident part and the outgoing part. In the semiconductor laser, light emitted to the outside returns to the active layer again, which causes a problem such as an increase in noise and a change in output. In order to prevent this, it is preferable that the antireflection film for the fundamental wave is formed on both the emission part and the incidence part. On the other hand, the antireflection film for harmonics may be provided on either the incident portion or the output portion, but is preferably formed on the output portion. This is because, by forming a harmonic antireflection film on the emission section, loss due to Fresnel reflection at the end face can be prevented, and higher output harmonics can be obtained.
【０４１８】従って、望ましい構成としては、出射部に
は、基本波及び高調波ともに反射防止効果を有する反射
防止膜を形成し、入射部には、基本波に対する反射防止
膜を形成する。Therefore, as a desirable configuration, an anti-reflection film having an anti-reflection effect for both the fundamental wave and the harmonics is formed in the emission portion, and an anti-reflection film for the fundamental wave is formed in the incidence portion.
【０４１９】入射部及び出射部における端面反射の干渉
効果により高調波出力が不安定になる問題を解決する他
の方法として、半導体レーザの駆動電流に高周波を重畳
する方法がある。As another method for solving the problem that the harmonic output becomes unstable due to the interference effect of the end face reflection at the incidence portion and the emission portion, there is a method of superimposing a high frequency on the drive current of the semiconductor laser.
【０４２０】端面反射光が干渉を起こす原因として、光
のコヒーレンスが高いために、互いに光が干渉しあうこ
とがある。そこで、この点を克服するために、コヒーレ
ンスを低下させて、干渉度を低減させることが考えられ
る。これは、半導体レーザの駆動電流を高い周波数で変
調することでコヒーレンスを低下させる方法であって、
数１００ＭＨｚ以上の高い周波数で変調を加える。この
とき、半導体レーザの発振波長がシングルモードからマ
ルチモードになって広がるが、このようなマルチモード
化は、ＤＢＲグレーティング等を用いて強い光フィード
バックを活性層内に帰還することで、防止できる。[0420] As a cause of the interference of the end-face reflected light, the light may interfere with each other due to the high coherence of the light. Therefore, in order to overcome this point, it is conceivable to reduce coherence and reduce the degree of interference. This is a method of reducing the coherence by modulating the driving current of the semiconductor laser at a high frequency,
Modulation is applied at a high frequency of several hundred MHz or more. At this time, the oscillation wavelength of the semiconductor laser spreads from a single mode to a multimode, but such a multimode can be prevented by feeding back strong optical feedback into the active layer using a DBR grating or the like.
【０４２１】このように、半導体レーザに高周波を重畳
することで、端面干渉を低減して、高調波出力の安定性
を確保することができる。As described above, by superimposing the high frequency on the semiconductor laser, the end face interference can be reduced and the stability of the harmonic output can be ensured.
【０４２２】更に、高周波重畳には、光波長変換素子の
効率を大幅に増大させるという特徴がある。光波長変換
素子の効率は、基本波のパワーに比例して増大する。半
導体レーザを高周波重畳で駆動すると、尖塔値の高いパ
ルス列発振となり、各ピークの値が数倍から１０倍以上
に増加する。このため、高強度のパルス光の波長変換と
なり、変換効率が大幅に増大する。実験では、２〜３倍
以上の変換効率向上が観測された。この点からも、高周
波重畳した半導体レーザを用いることは、有効である。Further, the high frequency superposition has a feature that the efficiency of the optical wavelength conversion element is greatly increased. The efficiency of the optical wavelength conversion element increases in proportion to the power of the fundamental wave. When the semiconductor laser is driven by superimposition of high frequency, pulse train oscillation having a high spire value occurs, and the value of each peak increases from several times to ten times or more. For this reason, wavelength conversion of high intensity pulsed light is performed, and the conversion efficiency is greatly increased. In the experiment, a conversion efficiency improvement of 2 to 3 times or more was observed. From this point as well, it is effective to use a semiconductor laser with high frequency superposition.
【０４２３】更に、高周波重畳によって半導体レーザの
発振波長の幅がわずかに広がる場合にも、波長許容度を
拡大した光波長変換素子においては、半導体レーザの発
振波長より広い波長許容度を実現することができるた
め、全ての光を効率よく波長変換することが可能とな
り、高効率で光波長変換が行える。Furthermore, even when the width of the oscillation wavelength of a semiconductor laser is slightly widened by high-frequency superposition, an optical wavelength conversion element having an increased wavelength tolerance can realize a wavelength tolerance wider than the oscillation wavelength of the semiconductor laser. Therefore, it is possible to efficiently convert the wavelength of all light, and to perform light wavelength conversion with high efficiency.
【０４２４】（第１４の実施形態）ここでは、半導体レ
ーザと光波長変換素子とから構成されるコヒーレント光
源において、半導体レーザの発振波長と光波長変換素子
の位相整合波長との間のずれを検出するための構成を説
明する。具体的には、光波長変換素子からの高調波出力
の散乱光を検出して、光波長変換素子の位相整合状態を
検出する。(Fourteenth Embodiment) Here, in a coherent light source composed of a semiconductor laser and an optical wavelength conversion element, the deviation between the oscillation wavelength of the semiconductor laser and the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element is detected. The following describes a configuration for performing the above. Specifically, the scattered light of the harmonic output from the optical wavelength conversion element is detected, and the phase matching state of the optical wavelength conversion element is detected.
【０４２５】波長可変型半導体レーザと光波長変換素子
とを用いてコヒーレント光源を構成し、安定した出力を
得るためには、半導体レーザの発振波長が、光波長変換
素子の位相整合波長に一致している必要がある。更に、
出力の安定化のためには、半導体レーザの発振波長と光
波長変換素子の位相整合波長との間のずれを常にモニタ
して、検出結果を半導体レーザの発振波長にフィードバ
ックし、ずれを低減する必要がある。更に、両者のずれ
が大きくなって高調波出力がほとんど０になった場合に
は、位相整合波長を探して、半導体レーザの発振波長を
再び位相整合波長に固定する必要がある。本実施形態で
は、上記のような半導体レーザの発振波長と光波長変換
素子の位相整合波長との間のずれを検出する構成を、説
明する。In order to construct a coherent light source using a wavelength tunable semiconductor laser and an optical wavelength conversion element and obtain a stable output, the oscillation wavelength of the semiconductor laser must match the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element. Need to be. Furthermore,
In order to stabilize the output, the deviation between the oscillation wavelength of the semiconductor laser and the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element is constantly monitored, and the detection result is fed back to the oscillation wavelength of the semiconductor laser to reduce the deviation. There is a need. Further, when the difference between the two becomes large and the harmonic output becomes almost zero, it is necessary to search for a phase matching wavelength and fix the oscillation wavelength of the semiconductor laser to the phase matching wavelength again. In the present embodiment, a configuration for detecting a shift between the oscillation wavelength of the semiconductor laser and the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element as described above will be described.
【０４２６】図４９には、本発明によるコヒーレント光
源の構成を示す。波長可変半導体レーザ６３１の光（基
本波）６０６は光波長変換素子６３２に入射して、高調
波６３３に変換される。高調波６３３の出力の強度は、
出射部近傍に配置された光検出器６３４で検出され、一
方、光波長変換素子６３２からの高調波の散乱光は、フ
ィルタ６３５を介して光検出器６３９で検出される。FIG. 49 shows a configuration of a coherent light source according to the present invention. The light (fundamental wave) 606 of the wavelength tunable semiconductor laser 631 enters the light wavelength conversion element 632 and is converted into a harmonic 633. The intensity of the output of the harmonic 633 is
The scattered light of the higher harmonic wave from the optical wavelength conversion element 632 is detected by the photodetector 639 via the filter 635 while being detected by the photodetector 634 arranged near the emission part.
【０４２７】光波長変換素子の内部における光伝搬距離
と高調波強度との関係を図５０を、参照して説明する。
図５０の曲線ａは、半導体レーザの発振波長と光波長変
換素子の位相整合波長とが一致している場合、曲線ｂ
は、両者がわずかにずれた場合、曲線ｃは、両者が大き
くずれた場合の特性である。図４９の構成では、光検出
器６３４及び６３９のそれぞれにおける検出レベルの差
分から、光波長変換素子の位相整合状態を知ることでき
る。更に、光波長変換素子６３２からの高調波の散乱光
を検出する光検出器６３９を複数設ければ、位相整合状
態を更に正確に精確に測定できる。位相整合状態を測定
して、その結果を半導体レーザの発振波長にフィードバ
ックすることで、図５０に曲線ａにて示される最適な位
相整合状態を常に実現して、コヒーレント光源の出力の
安定化を実現することができる。The relationship between the light propagation distance inside the optical wavelength conversion element and the harmonic intensity will be described with reference to FIG.
A curve a in FIG. 50 is a curve b when the oscillation wavelength of the semiconductor laser matches the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element.
Is a characteristic when both are slightly deviated, and a curve c is a characteristic when both are largely deviated. In the configuration of FIG. 49, the phase matching state of the optical wavelength conversion element can be known from the difference between the detection levels of the photodetectors 634 and 639. Further, if a plurality of photodetectors 639 for detecting the scattered light of the harmonics from the light wavelength conversion element 632 are provided, the phase matching state can be measured more accurately and accurately. By measuring the phase matching state and feeding back the result to the oscillation wavelength of the semiconductor laser, the optimum phase matching state shown by the curve a in FIG. 50 is always realized, and the output of the coherent light source is stabilized. Can be realized.
【０４２８】次に、先の実施形態で説明した位相調整部
を有する光波長変換素子の用いたコヒーレント光源にお
いて、出力安定化を達成できる構成について、図５１を
参照して説明する。図５１の構成では、半導体レーザの
発振波長と光波長変換素子の位相整合波長との間のずれ
の大きさと方向とを、同時に検出することができる。Next, a configuration capable of achieving output stabilization in a coherent light source using the optical wavelength conversion element having the phase adjustment unit described in the above embodiment will be described with reference to FIG. In the configuration of FIG. 51, the magnitude and direction of the shift between the oscillation wavelength of the semiconductor laser and the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element can be simultaneously detected.
【０４２９】この構成では、波長可変半導体レーザ６３
１の光（基本波）６０６は光波長変換素子６３２に入射
して、高調波６３３に変換される。高調波６３３の出力
の強度は、出射部近傍に配置された光検出器６３４で検
出され、一方、光波長変換素子６３２からの高調波の散
乱光は、フィルタ６３５を介して光検出器６３９で検出
される。In this configuration, the wavelength tunable semiconductor laser 63
One light (fundamental wave) 606 enters the light wavelength conversion element 632 and is converted into a harmonic 633. The intensity of the output of the harmonic 633 is detected by a photodetector 634 disposed in the vicinity of the emission unit, while the scattered light of the harmonic from the optical wavelength conversion element 632 is detected by a photodetector 639 via a filter 635. Is detected.
【０４３０】図５１の構成が、図４９の構成から異なっ
ている点は、光波長変換素子６３２が位相調整部６３７
を有し、散乱光を検出するための光検出器６３９が位相
調整部６３７の近傍に配置されている点である。The configuration of FIG. 51 differs from the configuration of FIG. 49 in that the optical wavelength conversion element 632 is
And a photodetector 639 for detecting scattered light is disposed near the phase adjustment unit 637.
【０４３１】図４９の構成では、図５０に曲線ｂで示さ
れるように、半導体レーザの発振波長と光波長変換素子
の位相整合波長とが最適状態（曲線ａ）からわずかにず
れたときに、最適状態（曲線ａ）に戻すために、半導体
レーザの発振波長を長波長側に調整すればよいのか或い
は短波長側に調整すればよいのかが、決定できない。こ
のため、ずれが発生したときに瞬時に調整することがで
きないので、半導体レーザの発振波長を長波長側及び短
波長側の両方に変化させて、得られる高調波出力が大き
くなる方を選択して調整していく必要があり、調整に時
間を有するという問題点がある。In the configuration of FIG. 49, when the oscillation wavelength of the semiconductor laser and the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element slightly deviate from the optimum state (curve a), as shown by the curve b in FIG. In order to return to the optimum state (curve a), it cannot be determined whether the oscillation wavelength of the semiconductor laser should be adjusted to the longer wavelength side or the shorter wavelength side. For this reason, it is not possible to adjust instantaneously when a deviation occurs, so that the oscillation wavelength of the semiconductor laser is changed to both the long wavelength side and the short wavelength side, and the one that increases the obtained harmonic output is selected. It is necessary to make adjustments, and there is a problem that the adjustment requires time.
【０４３２】これに対して、図５１の構成に含まれる光
波長変換素子の位相整合特性（チューニングカーブ）を
図５２（ａ）に、また、図５２（ａ）にＡ〜Ｅとして示
した各波長における光伝搬距離と高調波強度との関係
を、図５２（ｂ）に示す。これより、チューニングカー
ブのピークフラット部分においても、図５２（ｂ）の特
性が大きく異なっている。そこで、例えば出射端近傍で
の高調波強度Ｐ２１と、それより手前に位置する位相調
整部近傍での高調波強度Ｐ２２とを測定し、両者を比較
すれば、位相整合波長ではＰ２１＝Ｐ２２となり、Ｐ２
１＞Ｐ２２であれば基本波波長＞高調波波長であり、Ｐ
２１＜Ｐ２２であれば基本波波長＜高調波波長である。
これより、位相調整部に光検出器を接地することによっ
て、半導体レーザの発振波長と光波長変換素子の位相整
合波長との間のずれの大きさと、その方向（どちらが大
きくなっているか）とを、同時に且つ精確に検出するこ
とができる。従って、この結果を半導体レーザにフィー
ドバックして、その発振波長（出射光の波長）を制御す
れば、常に最適な位相整合状態を保つことができる。On the other hand, the phase matching characteristics (tuning curves) of the optical wavelength conversion element included in the configuration of FIG. 51 are shown in FIG. 52 (a) and A to E shown in FIG. 52 (a). FIG. 52B shows the relationship between the light propagation distance and the harmonic intensity at the wavelength. As a result, even in the peak flat portion of the tuning curve, the characteristic shown in FIG. Therefore, for example, by measuring the harmonic intensity P21 near the emission end and the harmonic intensity P22 near the phase adjustment unit located before this, and comparing the two, P21 = P22 at the phase matching wavelength. P2
If 1> P22, the fundamental wavelength> the harmonic wavelength, and P
If 21 <P22, the fundamental wavelength <the harmonic wavelength.
Thus, by grounding the photodetector to the phase adjustment unit, the magnitude of the deviation between the oscillation wavelength of the semiconductor laser and the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element and the direction (which direction is larger) are determined. , And simultaneously and accurately. Therefore, if this result is fed back to the semiconductor laser to control the oscillation wavelength (wavelength of the emitted light), the optimum phase matching state can be always maintained.
【０４３３】なお、上記の説明における出射部近傍での
光検出器６３４での高調波の検出は、光波長変換素子か
ら出射される高調波を直接に測定しても、或いはその散
乱光を検出しても、どちらでも良い。In the above description, the detection of the harmonics by the photodetector 634 near the emission section can be performed by directly measuring the harmonics emitted from the optical wavelength conversion element or by detecting the scattered light. Or both.
【０４３４】また、上記の説明では、高調波成分に関す
る測定（散乱光の検出）を行っているが、これに代えて
基本波成分に関する測定を行っても、位相整合状態を同
様に観察することができる。基本波成分による測定時に
は、上記の高調波成分に関する場合とは逆の傾向が見ら
れ、高調波出力が増大する部分では基本波は減衰し、高
調波出力が減衰する部分では基本波は増大する。基本波
は高調波に比べて出力レベルが大きいので、観測が容易
である。In the above description, the measurement of the harmonic component (detection of the scattered light) is performed. However, the measurement of the fundamental component may be performed instead. Can be. At the time of measurement using the fundamental wave component, a tendency opposite to that in the case of the above-described harmonic component is observed. . Since the output level of the fundamental wave is higher than that of the harmonic, the observation is easy.
【０４３５】なお、上記の説明では、バルク型光学結晶
を使用して光波長変換素子を構成しているが、周期状分
極反転構造が形成されている光波長変換素子を用いて
も、同様の特性が得られる。In the above description, the optical wavelength conversion element is formed by using a bulk type optical crystal. However, the same applies to the case where an optical wavelength conversion element having a periodically poled structure is used. Characteristics are obtained.
【０４３６】（第１５の実施形態）ここでは、光波長変
換素子を用いたコヒーレント光発生装置について述べ
る。(Fifteenth Embodiment) Here, a coherent light generator using an optical wavelength conversion element will be described.
【０４３７】前述した実施形態による光波長変換素子の
構成により、高効率で安定な光波長変換素子の実現が可
能となる。そこで、本光波長変換素子を用いたコヒーレ
ント光発生装置として、短波長光源の作製を試みた。こ
の短波長光源は、波長８５０ｎｍ帯の半導体レーザと、
集光光学系と、光波長変換素子より構成され、半導体レ
ーザから出射された光を、集光光学系により光波長変換
素子の導波路端面に集光し、導波モードを励起する。光
波長変換素子の他の導波路端面より、波長変換されたＳ
ＨＧ光が出射する。With the configuration of the optical wavelength conversion device according to the above-described embodiment, a highly efficient and stable optical wavelength conversion device can be realized. Therefore, an attempt was made to produce a short-wavelength light source as a coherent light generator using the present light wavelength conversion element. This short wavelength light source includes a semiconductor laser having a wavelength of 850 nm,
It is composed of a condensing optical system and a light wavelength conversion element. Light emitted from the semiconductor laser is condensed on the end face of the waveguide of the light wavelength conversion element by the condensing optical system to excite a waveguide mode. S wavelength-converted S from the other waveguide end face of the optical wavelength conversion element.
HG light is emitted.
【０４３８】本発明によって変換効率が高い光波長変換
素子が実現したため、上記のような構成を有する本実施
形態の短波長光源（コヒーレント光発生装置）では、出
力１００ｍＷ程度の半導体レーザを用いて、１０ｍＷの
青色ＳＨＧ光が得られた。また、用いた波長変換素子は
波長許容度が拡大されており、かつフラットなチューニ
ング特性を有するため、波長変動に対して安定な出力特
性が得られる。この結果、出力変動を５％以下に抑える
ことができる。Since a light wavelength conversion device having high conversion efficiency is realized by the present invention, the short wavelength light source (coherent light generation device) of the present embodiment having the above-described configuration uses a semiconductor laser having an output of about 100 mW, 10 mW blue SHG light was obtained. Further, the wavelength conversion element used has an increased wavelength tolerance and has a flat tuning characteristic, so that a stable output characteristic with respect to wavelength fluctuation can be obtained. As a result, output fluctuation can be suppressed to 5% or less.
【０４３９】４００ｎｍ帯の波長は、印刷製版、バイオ
エンジニアリング、蛍光分光特性などの特殊計測分野
や、光ディスク分野など、広い応用分野において望まれ
ている。本発明の光波長変換素子を用いた短波長光源
は、出力特性及び動作安定性の両面から、これらの応用
分野での実用化が可能である。A wavelength in the 400 nm band is desired in a wide range of application fields such as printing plate making, bioengineering, special measurement fields such as fluorescence spectroscopy, and optical disc fields. The short-wavelength light source using the optical wavelength conversion element of the present invention can be put to practical use in these application fields in view of both output characteristics and operational stability.
【０４４０】なお、本実施の形態では、半導体レーザの
光を集光光学系を用いて光導波路に結合させたが、半導
体レーザと光導波路を直接結合させることも可能であ
る。具体的には、ＴＥモード伝搬の光導波路を用いる
と、光導波路内の電界分布を、半導体レーザの導波モー
ドと等しくすることが可能となるため、集光レンズなし
でも高効率で結合できる。実験では、結合効率８０％で
直接結合が可能であり、レンズ結合とほぼ同等の結合特
性が得られることを確認した。直接結合を用いると、小
型で低価格の光源が実現でき、有望である。In the present embodiment, the light of the semiconductor laser is coupled to the optical waveguide by using the condensing optical system. However, the semiconductor laser and the optical waveguide can be directly coupled. Specifically, when an optical waveguide propagating in the TE mode is used, the electric field distribution in the optical waveguide can be made equal to the waveguide mode of the semiconductor laser, so that coupling can be performed with high efficiency without a condenser lens. In experiments, it was confirmed that direct coupling was possible with a coupling efficiency of 80%, and that coupling characteristics almost equivalent to lens coupling were obtained. With direct coupling, a small and inexpensive light source can be realized and is promising.
【０４４１】更に、パラメトリック発振を利用しても、
波長可変レーザの可変波長領域の拡大が可能である。Further, even if parametric oscillation is used,
The tunable wavelength range of the tunable laser can be expanded.
【０４４２】周期状の分極反転構造を有する光波長変換
素子とレーザ光源を用いれば、パラメトリック発振が可
能である。パラメトリック発振によれば、波長λ３の基
本波を入力すると、１／λ３＝１／λ１＋１／λ２の関
係を満足する波長λ２のシグナル光及び波長λ１のアイ
ドラー光を発生することが可能である。これより、波長
λ３の基本波を用いて、上記の条件を満足する波長を有
する光を、波長可変しながら出力することができて、波
長可変なレーザ光源が実現できる。If a light wavelength conversion element having a periodically poled structure and a laser light source are used, parametric oscillation is possible. According to the parametric oscillation, when a fundamental wave of the wavelength λ3 is input, it is possible to generate signal light of the wavelength λ2 and idler light of the wavelength λ1 satisfying the relationship of 1 / λ3 = 1 / λ1 + 1 / λ2. As a result, light having a wavelength satisfying the above condition can be output while tunable using the fundamental wave of wavelength λ3, and a tunable laser light source can be realized.
【０４４３】このようなパラメトリック発振を可能にす
る構成において、本発明の光波長変換素子を用いれば、
広い波長許容度を有する光波長変換素子が実現できるた
め、安定な出力を得ることができる。In the configuration enabling such parametric oscillation, if the optical wavelength conversion element of the present invention is used,
Since an optical wavelength conversion element having a wide wavelength tolerance can be realized, a stable output can be obtained.
【０４４４】更に、従来のパラメトリック発振で問題と
なっていた波長可変範囲の拡大を、実現できる。Further, it is possible to expand the wavelength variable range which has been a problem in the conventional parametric oscillation.
【０４４５】周期Λの分極反転構造を用いてパラメトリ
ック発振を行った場合、Λ＝２ｍπ／（β３−β１−β
２）の関係を満足する波長λ１の光と波長λ２の光が発
生可能である。しかし、従来技術では、Λの条件を満足
する波長許容度が狭いため、同一の周期構造内で発生条
件を満足する波長の条件が狭く、波長可変の範囲が極端
に狭いという問題があった。これに対して、本発明の光
波長変換素子を用いると、位相整合波長許容度の拡大
が、ピークフラットなチューニングカーブで実現する。
これによって基本波の波長変動に対する許容度が拡大さ
れるが、パラメトリック発振の場合は、シグナル光及び
アイドラー光に対する波長許容をも、拡大することが可
能となる。従って、従来の光波長変換素子では難しかっ
た出力波長の可変波長範囲を、大幅に拡大できる。When parametric oscillation is performed using a domain-inverted structure having a period Λ, Λ = 2mπ / (β3-β1-β
Light having a wavelength λ1 and light having a wavelength λ2 that satisfy the relationship 2) can be generated. However, in the prior art, there is a problem that the wavelength tolerance that satisfies the condition of Λ is narrow, so that the condition of the wavelength that satisfies the generation condition in the same periodic structure is narrow, and the range of tunable wavelength is extremely narrow. On the other hand, when the optical wavelength conversion element of the present invention is used, the phase matching wavelength tolerance can be expanded with a peak-flat tuning curve.
As a result, the tolerance for the wavelength variation of the fundamental wave is increased. In the case of parametric oscillation, the wavelength tolerance for the signal light and the idler light can be increased. Therefore, the variable wavelength range of the output wavelength, which was difficult with the conventional optical wavelength conversion element, can be greatly expanded.
【０４４６】更に、ピークフラットなチューニングカー
ブを有しているため、出力強度をほぼ一定に保ったまま
で、発振波長を可変できる。Further, since it has a peak flat tuning curve, the oscillation wavelength can be varied while the output intensity is kept almost constant.
【０４４７】（第１６の実施形態）ここでは、本発明に
よって構成される光情報処理装置について、説明を行
う。(Sixteenth Embodiment) Here, an optical information processing apparatus constituted by the present invention will be described.
【０４４８】図５３に、本発明の光情報処理装置の構成
を示す。図５３において、先の実施形態に示した特徴を
有するコヒーレント光発生装置６４０から出た出力１０
ｍＷのビームは、ビームスプリッタ６４１を透過し、レ
ンズ６４２により、情報再生媒体である光ディスク６４
３に照射される。光ディスク６４３からの反射光は、逆
にレンズ６４２によりコリメートされ、ビームスプリッ
タ６４１で反射されて、光検出器６４４で信号が読みと
られる。更に、コヒーレント光発生装置６４０の出力を
強度変調することで、光ディスク６４３に情報を書き込
むことができる。FIG. 53 shows the configuration of the optical information processing apparatus of the present invention. In FIG. 53, the output 10 from the coherent light generator 640 having the features shown in the previous embodiment is shown.
The mW beam passes through a beam splitter 641 and is transmitted by a lens 642 to an optical disc 64 as an information reproducing medium.
3 is irradiated. Conversely, the reflected light from the optical disk 643 is collimated by a lens 642, reflected by a beam splitter 641, and a signal is read by a photodetector 644. Further, by modulating the intensity of the output of the coherent light generator 640, information can be written to the optical disk 643.
【０４４９】本発明によれば、コヒーレント光発生装置
６４０を構成する光波長変換素子の許容度が拡大されて
いるので、出力の安定化が図れて、外部の温度変化に対
しても５％以下の出力変動に抑えることができる。According to the present invention, since the tolerance of the optical wavelength conversion element constituting the coherent light generating device 640 is expanded, the output can be stabilized, and 5% or less against an external temperature change. Output fluctuations.
【０４５０】更に、高出力の青色光の発生が可能となる
ため、読み取りだけでなく、上記のように、光ディスク
６４３へ情報を書き込むことも可能となる。また、半導
体レーザを基本波光源として用いることで、非常に小型
になるため、民生用の小型の光ディスク読み取り／記録
装置にも利用できる。Furthermore, since high-output blue light can be generated, not only reading but also writing information on the optical disk 643 as described above is possible. In addition, since a semiconductor laser is used as a fundamental wave light source, it becomes very small, so that it can be used for a small-sized consumer optical disk reading / recording device.
【０４５１】光ディスク６４３への書き込みには出力を
変調する必要があるが、本発明の光情報処理装置では、
半導体レーザの出力強度を変調することで、コヒーレン
ト光発生装置６４０からの出力変調を行っている。半導
体レーザの波長を変調すると発振波長が変動するが、前
述のように、光波長変換素子がフラットピークな位相整
合特性を有するために、半導体レーザの変調による高調
波出力の不安定性は発生しない。その結果、安定な変調
出力特性が得られて、低ノイズの特性が実現される。Although the output must be modulated for writing to the optical disk 643, in the optical information processing apparatus of the present invention,
The output from the coherent light generator 640 is modulated by modulating the output intensity of the semiconductor laser. When the wavelength of the semiconductor laser is modulated, the oscillation wavelength fluctuates. However, as described above, since the optical wavelength conversion element has a flat peak phase matching characteristic, instability of the harmonic output due to the modulation of the semiconductor laser does not occur. As a result, stable modulation output characteristics are obtained, and low noise characteristics are realized.
【０４５２】更に、光波長変換素子の光導波路幅を最適
化することで、出力ビームのアスペクト比の最適化が行
える。例えば、光導波路上に光導波路幅より狭い高屈折
率層を有する導波路構造を設けることで、出射ビームの
アスペクト比を１:１に近づけることが可能となる。こ
れによって、ビーム成形プリズムなどを用いずに光ピッ
クアップの集光特性を向上させることが可能になって、
高い伝達効率、優れた集光特性、低価格化が実現でき
る。更に、ビーム成形時に発生する散乱光のノイズが低
減できて、ピックアップの簡素化が実現される。Further, by optimizing the width of the optical waveguide of the optical wavelength conversion element, the aspect ratio of the output beam can be optimized. For example, by providing a waveguide structure having a high refractive index layer narrower than the width of the optical waveguide on the optical waveguide, the aspect ratio of the output beam can be made closer to 1: 1. This makes it possible to improve the light-collecting characteristics of the optical pickup without using a beam forming prism or the like.
High transmission efficiency, excellent light collection characteristics, and low cost can be realized. Further, noise of scattered light generated during beam shaping can be reduced, and simplification of the pickup can be realized.
【０４５３】[0453]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、光波長
変換素子と波長可変型半導体レーザとを組み合わせて構
成される短波長光源において、光波長変換素子は波長可
変型半導体レーザの出力光を基本波光として受け取り、
基本波光の波長に対する波長変換によって得られる高調
波光を出力し、且つ、光波長変換素子の高調波光の出力
特性は、最大出力の近傍で平坦部を有しており、波長可
変型半導体レーザの発振波長が光波長変換素子の該出力
特性の平坦部に固定されるように、波長可変型半導体レ
ーザの発振波長を可変するための注入電流を制御する。
これによって、得られる高調波光出力を一定に保持する
ことができる。As described above, according to the present invention, in a short wavelength light source constituted by combining an optical wavelength conversion element and a wavelength tunable semiconductor laser, the optical wavelength conversion element is an output of the wavelength tunable semiconductor laser. Receive light as fundamental light,
It outputs harmonic light obtained by wavelength conversion with respect to the wavelength of the fundamental light, and the output characteristic of the harmonic light of the optical wavelength conversion element has a flat portion in the vicinity of the maximum output. The injection current for varying the oscillation wavelength of the wavelength tunable semiconductor laser is controlled so that the wavelength is fixed to the flat portion of the output characteristic of the optical wavelength conversion element.
As a result, the obtained harmonic light output can be kept constant.
【０４５４】また、波長可変半導体レーザの発振波長が
上記特性の平坦部に固定されているので、高調波光出力
が一定になるように波長可変型半導体レーザの駆動電流
を制御する定出力駆動（ＡＰＣ駆動）が可能となる。Since the oscillation wavelength of the tunable semiconductor laser is fixed to the flat portion having the above characteristics, the constant output drive (APC) for controlling the drive current of the tunable semiconductor laser so that the harmonic light output becomes constant. Drive).
【０４５５】更に、光導波路に結合する基本波光出力を
一定になるように制御し、且つ波長可変型半導体レーザ
の発振波長が上記特性の平坦部に固定されるように波長
可変するための注入電流を制御することにより、環境温
度の変化に伴う温度変化を補償するための温度制御が実
施されない場合でも安定な高調波光出力が得られる短波
長光源が実現される。これによって、様々な分野への適
用が可能になり、大きな実用的効果が得られる。Further, the injection current for controlling the output of the fundamental wave light coupled to the optical waveguide to be constant and for changing the wavelength so that the oscillation wavelength of the tunable semiconductor laser is fixed to the flat portion having the above characteristics. , A short-wavelength light source that can obtain a stable harmonic light output even when temperature control for compensating for a temperature change accompanying a change in environmental temperature is not performed is realized. Thereby, application to various fields becomes possible, and a great practical effect is obtained.
【０４５６】また、本発明によれば、複数の非線形光学
結晶と各結晶間に設けた位相調整部とからなる光波長変
換素子において、位相調整部における基本波と高調波と
の間の位相差を変調することで、変換効率の低下を抑え
て、広い波長範囲において位相整合波長を可変すること
が可能となる。これによって、光波長変換素子の出力安
定化を図ることができるため、その実用効果は大きい。Further, according to the present invention, in an optical wavelength conversion element comprising a plurality of nonlinear optical crystals and a phase adjusting section provided between the crystals, a phase difference between a fundamental wave and a harmonic in the phase adjusting section is obtained. , It is possible to change the phase matching wavelength in a wide wavelength range while suppressing a decrease in conversion efficiency. Thereby, the output of the optical wavelength conversion element can be stabilized, and the practical effect is large.
【０４５７】また、本発明によれば、複数の非線形光学
結晶と各結晶間に設けた位相調整部とからなる光波長変
換素子において、各非線形光学結晶の位相整合条件をお
互いに等しくすることで、光波長変換素子の位相整合波
長許容度を大幅に拡大し、且つピークフラットな位相整
合特性（チューニングカーブ）を実現できる。これによ
って、光波長変換素子の出力安定化を図ることができる
ため、その実用効果は大きい。Further, according to the present invention, in a light wavelength conversion element comprising a plurality of nonlinear optical crystals and a phase adjusting section provided between the crystals, the phase matching conditions of the nonlinear optical crystals are made equal to each other. In addition, the phase matching wavelength tolerance of the optical wavelength conversion element can be greatly expanded, and a phase matching characteristic (tuning curve) with a flat peak can be realized. Thereby, the output of the optical wavelength conversion element can be stabilized, and the practical effect is large.
【０４５８】光波長変換素子が周期状分極反転構造を有
する場合には、周期状分極反転構造をお互いに等しい周
期を有する複数の領域に分割し、その分割された領域の
間に位相調整部を挿入することで、光波長変換素子の位
相整合波長許容度を大幅に拡大し、且つピークフラット
な位相整合特性（チューニングカーブ）を実現できる。
これによって、光波長変換素子の出力安定化を図ること
ができるため、その実用効果は大きい。In the case where the optical wavelength conversion element has a periodically poled structure, the periodically poled structure is divided into a plurality of regions having the same period, and a phase adjustment unit is provided between the divided regions. By inserting, the phase matching wavelength tolerance of the optical wavelength conversion element can be greatly expanded, and a phase matching characteristic (tuning curve) with a flat peak can be realized.
Thereby, the output of the optical wavelength conversion element can be stabilized, and the practical effect is large.
【０４５９】また、本願発明では、光波長変換素子にお
ける基本波の伝搬損失と高調波の伝搬損失との関係を最
適化することで、伝搬損失によって発生していた伝搬長
に対する光波長変換素子の位相整合特性（チューニング
カーブ）の変動を、大幅に低減できることを見いだし
た。これによって、光波長変換素子の設計が容易になる
とともに、光波長変換素子に集積化される機能素子の特
性に対する伝搬損失の影響を、大きく低減させる。更
に、光波長変換素子の入出力特性における伝搬方向可逆
性が実現されるので、可逆特性を利用した共振器型光波
長変換素子や反射型光波長変換素子における効率を、大
きく改善することができる。Also, in the present invention, by optimizing the relationship between the propagation loss of the fundamental wave and the propagation loss of the higher harmonic wave in the optical wavelength conversion element, the optical wavelength conversion element is not affected by the propagation length caused by the propagation loss. It has been found that the fluctuation of the phase matching characteristic (tuning curve) can be greatly reduced. This facilitates the design of the optical wavelength conversion element and greatly reduces the influence of the propagation loss on the characteristics of the functional elements integrated in the optical wavelength conversion element. Further, since reversibility in the propagation direction in the input / output characteristics of the optical wavelength conversion element is realized, the efficiency of the resonator type optical wavelength conversion element and the reflection type optical wavelength conversion element utilizing the reversible characteristics can be greatly improved. .
【０４６０】更に、光波長変換素子と半導体レーザとに
より構成するコヒーレント光発生装置（コヒーレント光
源）における出力安定化が、実現される。光波長変換素
子の位相整合波長を可変して、半導体レーザの発振波長
に合わせることが可能となるので、高出力のコヒーレン
ト光源が得られて、その実用効果は大きい。Further, output stabilization in a coherent light generator (coherent light source) constituted by an optical wavelength conversion element and a semiconductor laser is realized. Since the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element can be changed to match the oscillation wavelength of the semiconductor laser, a high-output coherent light source can be obtained, and its practical effect is large.
【０４６１】或いは、光波長変換素子の位相整合波長許
容度を半導体レーザの縦モード間隔よりも広く設定し、
且つ位相整合波長許容度内でチューニングカーブがピー
クフラットな形状を有するように構成することで、半導
体レーザの発振波長を光波長変換素子の位相整合波長許
容度内に常に安定して設定することが可能になる。この
結果、コヒーレント光の出力変動が抑制されて、安定し
て出力特性を有するコヒーレント光源が提供される。Alternatively, the phase matching wavelength tolerance of the optical wavelength conversion element is set wider than the longitudinal mode interval of the semiconductor laser,
In addition, by configuring the tuning curve to have a flat peak shape within the phase matching wavelength tolerance, the oscillation wavelength of the semiconductor laser can always be set stably within the phase matching wavelength tolerance of the optical wavelength conversion element. Will be possible. As a result, output fluctuation of the coherent light is suppressed, and a coherent light source having stable output characteristics is provided.
【０４６２】また、本発明によれば、光波長変換素子と
半導体レーザとにより構成するコヒーレント光発生装置
（コヒーレント光源）において、光波長変換素子による
高調波の散乱光を検出して、これに基づいて、半導体レ
ーザの発振波長と光波長変換素子の位相整合波長との間
のずれを検出することができる。この検出されたずれを
半導体レーザにフィードバックして、半導体レーザの発
振波長を光波長変換素子の位相整合波長に一致させるこ
とで、コヒーレント光源の出力を常に安定させることが
可能になる。Further, according to the present invention, in a coherent light generator (coherent light source) composed of an optical wavelength conversion element and a semiconductor laser, the scattered light of the harmonic by the optical wavelength conversion element is detected and based on the detected light. Thus, a deviation between the oscillation wavelength of the semiconductor laser and the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion device can be detected. The detected deviation is fed back to the semiconductor laser to make the oscillation wavelength of the semiconductor laser coincide with the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element, whereby the output of the coherent light source can be constantly stabilized.
【０４６３】更に、本発明に従って構成される位相調整
部を有する光波長変換素子を用いれば、半導体レーザの
発振波長と光波長変換素子の位相整合波長との間のずれ
の大きさ及び方向を、同時に検出できる。従って、フィ
ードバックによる波長安定化が更に容易になって、短時
間での波長安定化を実現することができる。Further, by using an optical wavelength conversion element having a phase adjustment unit configured according to the present invention, the magnitude and direction of the shift between the oscillation wavelength of the semiconductor laser and the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element can be reduced. Can be detected at the same time. Therefore, wavelength stabilization by feedback is further facilitated, and wavelength stabilization in a short time can be realized.
【図１】本発明の第１の実施形態における光波長変換素
子の構成を模式的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of an optical wavelength conversion element according to a first embodiment of the present invention.
【図２】（ａ）は、位相調整部を有さない従来の光波長
変換素子における高調波光出力特性のシミュレーション
結果を示す図であり、（ｂ）は、図１に示す本発明の光
波長変換素子における高調波光出力特性のシミュレーシ
ョン結果を示す図である。2A is a diagram showing a simulation result of a harmonic light output characteristic in a conventional optical wavelength conversion element having no phase adjustment unit, and FIG. 2B is a diagram showing an optical wavelength of the present invention shown in FIG. FIG. 9 is a diagram illustrating a simulation result of a harmonic light output characteristic in the conversion element.
【図３】（ａ）は、２分割構造を有する本発明の分極反
転型光波長変換素子の構成を模式的に示す図であり、
（ｂ）は、３分割構造を有する本発明の分極反転型光波
長変換素子の構成を模式的に示す図である。FIG. 3A is a diagram schematically illustrating a configuration of a domain-inverted optical wavelength conversion element of the present invention having a two-part structure;
(B) is a diagram schematically showing a configuration of a polarization inversion type optical wavelength conversion element of the present invention having a three-segment structure.
【図４】（ａ）は、２分割構造を有する本発明の分極反
転型光波長変換素子における高調波光出力特性のある測
定結果を示す図であり、（ｂ）は、３分割構造を有する
本発明の分極反転型光波長変換素子における高調波光出
力特性のある測定結果を図である。FIG. 4 (a) is a diagram showing a measurement result having higher harmonic light output characteristics in a polarization inversion type optical wavelength conversion device of the present invention having a two-segment structure, and FIG. It is a figure which shows the measurement result with the harmonic light output characteristic in the polarization inversion type | mold wavelength conversion element of this invention.
【図５】本発明の第１の実施形態における短波長光源の
構成を模式的に示す図である。FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a configuration of a short wavelength light source according to the first embodiment of the present invention.
【図６】波長可変型ＤＢＲ半導体レーザのＤＢＲ部への
注入電流と発振波長との関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between an injection current into a DBR part of a wavelength tunable DBR semiconductor laser and an oscillation wavelength.
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、波長可変型ＤＢＲ半導体
レーザの発振波長と従来の光波長変換素子の高調波光出
力特性との関係を示す図である。FIGS. 7A and 7B are diagrams showing the relationship between the oscillation wavelength of a wavelength tunable DBR semiconductor laser and the harmonic light output characteristics of a conventional optical wavelength conversion element.
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、波長可変型ＤＢＲ半導体
レーザの発振波長と本発明の光波長変換素子の高調波光
出力特性との関係を示す図である。FIGS. 8A and 8B are diagrams showing the relationship between the oscillation wavelength of a tunable DBR semiconductor laser and the harmonic light output characteristics of the optical wavelength conversion device of the present invention.
【図９】制御回路が付加された本発明の短波長光源の構
成を説明するためのブロック図である。FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration of a short wavelength light source according to the present invention to which a control circuit is added.
【図１０】図９の構成に対して高調波光出力の安定化の
ために実施される制御方法を説明するフローチャート図
である。FIG. 10 is a flowchart illustrating a control method implemented for stabilizing the harmonic light output with respect to the configuration of FIG. 9;
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、波長可変型ＤＢＲ半導体
レーザのＤＢＲ部への注入電流に対する高調波光出力特
性を示す図である。FIGS. 11A to 11D are diagrams showing harmonic light output characteristics with respect to an injection current into a DBR part of a wavelength tunable DBR semiconductor laser.
【図１２Ａ】本発明の第３の実施形態における短波長光
源の構成を模式的に示す図である。FIG. 12A is a diagram schematically illustrating a configuration of a short wavelength light source according to a third embodiment of the present invention.
【図１２Ｂ】本発明の第４の実施形態における短波長光
源の構成を模式的に示す図である。FIG. 12B is a diagram schematically showing a configuration of a short wavelength light source according to a fourth embodiment of the present invention.
【図１３】図１２Ａの構成に対して高調波光出力の安定
化のために実施される制御方法を説明するフローチャー
ト図である。FIG. 13 is a flowchart illustrating a control method performed for stabilizing the harmonic light output with respect to the configuration of FIG. 12A.
【図１４】図１２Ｂの構成に対して高調波光出力の安定
化のために実施される制御方法を説明するフローチャー
ト図である。FIG. 14 is a flowchart illustrating a control method performed for stabilizing a harmonic light output with respect to the configuration of FIG. 12B.
【図１５】従来のある短波長光源の構成を模式的に示す
図である。FIG. 15 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional short wavelength light source.
【図１６】（ａ）及び（ｂ）は、従来技術における波長
可変型ＤＢＲ半導体レーザの発振波長と光波長変換素子
の高調波光出力特性との関係を示す図である。FIGS. 16 (a) and (b) are diagrams showing the relationship between the oscillation wavelength of a wavelength tunable DBR semiconductor laser and the harmonic light output characteristics of an optical wavelength conversion element in the prior art.
【図１７】波長可変型ＤＢＲ半導体レーザの発振波長及
び光波長変換素子の位相整合波長の温度依存性を表す図
である。FIG. 17 is a diagram illustrating the temperature dependence of the oscillation wavelength of the wavelength tunable DBR semiconductor laser and the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element.
【図１８】本発明の第５の実施形態において、図１２Ｂ
の構成に対して高調波光出力の安定化のために実施され
る制御方法を説明するフローチャート図である。FIG. 18 shows a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a flowchart illustrating a control method performed for stabilizing the harmonic light output in the configuration of FIG.
【図１９】本発明の第５の実施形態の短波長光源を利用
して構成された、相変化型光ディスクを用いた情報記録
再生システムの構成を模式的に示す図である。FIG. 19 is a diagram schematically showing a configuration of an information recording / reproducing system using a phase-change optical disk, which is configured using a short-wavelength light source according to a fifth embodiment of the present invention.
【図２０】本発明の第５の実施形態の短波長光源を利用
して構成された、フォトプリンタシステムの構成を模式
的に示す図である。FIG. 20 is a diagram schematically illustrating a configuration of a photo printer system configured using a short wavelength light source according to a fifth embodiment of the present invention.
【図２１】（ａ）は、本発明の第６の実施形態における
光波長変換素子の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、
（ａ）の光波長変換素子における位相整合特性を表す図
である。FIG. 21A is a perspective view illustrating a configuration of an optical wavelength conversion element according to a sixth embodiment of the present invention, and FIG.
It is a figure showing the phase matching characteristic in the optical wavelength conversion element of (a).
【図２２】図２１（ａ）の光波長変換素子における位相
整合特性の変化を示す図である。FIG. 22 is a diagram showing a change in phase matching characteristics in the optical wavelength conversion device in FIG. 21 (a).
【図２３】本発明の第６の実施形態における光波長変換
素子の構成を示す斜視図である。FIG. 23 is a perspective view illustrating a configuration of an optical wavelength conversion element according to a sixth embodiment of the present invention.
【図２４】本発明の第６の実施形態の光波長変換素子に
おける、位相調整部の数の変化に伴う位相整合特性の変
化を示す図である。FIG. 24 is a diagram illustrating a change in phase matching characteristics according to a change in the number of phase adjustment units in the optical wavelength conversion device according to the sixth embodiment of the present invention.
【図２５】位相シフト構造の光波長変換素子における位
相整合特性を表す図である。FIG. 25 is a diagram illustrating phase matching characteristics in an optical wavelength conversion element having a phase shift structure.
【図２６】（ａ）は、位相シフト構造の光波長変換素子
における不均一な位相整合特性として、ピークフラット
部が傾いている場合を表す図であり、（ｂ）は、位相シ
フト構造の光波長変換素子における不均一な位相整合特
性として、ピークフラット部に２つのピークが存在して
いる場合を表す図である。26A is a diagram illustrating a case where a peak flat portion is inclined as non-uniform phase matching characteristics in an optical wavelength conversion element having a phase shift structure, and FIG. 26B is a diagram illustrating light having a phase shift structure. FIG. 7 is a diagram illustrating a case where two peaks exist in a peak flat portion as non-uniform phase matching characteristics in a wavelength conversion element.
【図２７】本発明の第８の実施形態における光波長変換
素子の構成を示す斜視図である。FIG. 27 is a perspective view illustrating a configuration of an optical wavelength conversion element according to an eighth embodiment of the present invention.
【図２８】（ａ）は、図２７の構成でヒータに温度を加
えない場合の位相整合特性を表す図であり、（ｂ）は、
図２７の構成でヒータの温度を調節する場合の位相整合
特性を表す図である。28A is a diagram showing phase matching characteristics when the temperature is not applied to the heater in the configuration of FIG. 27, and FIG.
FIG. 28 is a diagram illustrating phase matching characteristics when the temperature of the heater is adjusted in the configuration of FIG. 27.
【図２９】本発明の第８の実施形態における他の光波長
変換素子の構成を示す斜視図である。FIG. 29 is a perspective view illustrating a configuration of another optical wavelength conversion element according to the eighth embodiment of the present invention.
【図３０】本発明のコヒーレント光発生装置の構造を示
す図である。FIG. 30 is a diagram showing a structure of a coherent light generation device of the present invention.
【図３１】（ａ）は、光波長変換素子のチューニングカ
ーブの最大値と半導体レーザの発振波長とが一致してい
る場合の、半導体レーザの発振波長と位相整合特性の関
係を表す図であり、（ｂ）は、発振波長がチューニング
カーブの最大値近傍からずれた場合における、半導体レ
ーザの発振波長と位相整合特性の関係を表す図である。FIG. 31A is a diagram illustrating a relationship between the oscillation wavelength of the semiconductor laser and the phase matching characteristic when the maximum value of the tuning curve of the optical wavelength conversion element matches the oscillation wavelength of the semiconductor laser. FIGS. 3B and 3B are diagrams illustrating the relationship between the oscillation wavelength of the semiconductor laser and the phase matching characteristic when the oscillation wavelength deviates from the vicinity of the maximum value of the tuning curve.
【図３２】本発明の光情報処理装置の構成図である。FIG. 32 is a configuration diagram of an optical information processing apparatus of the present invention.
【図３３】従来の光波長変換素子の構成図である。FIG. 33 is a configuration diagram of a conventional light wavelength conversion element.
【図３４】従来の光波長変換素子の構成図である。FIG. 34 is a configuration diagram of a conventional light wavelength conversion element.
【図３５】（ａ）は、従来の２分割構造光波長変換素子
における位相整合特性を表す図であり、（ｂ）は、従来
の３分割構造光波長変換素子における位相整合特性を表
す図である。35A is a diagram illustrating a phase matching characteristic in a conventional two-segment structure optical wavelength converter, and FIG. 35B is a diagram illustrating a phase matching characteristic in a conventional three-segment structure optical wavelength converter. is there.
【図３６】本発明による光波長変換素子の具体的な構造
を示す図である。FIG. 36 is a view showing a specific structure of an optical wavelength conversion element according to the present invention.
【図３７】（ａ）は、位相調整部を有さない従来の光波
長変換素子における高調波光出力特性のシミュレーショ
ン結果を示す図であり、（ｂ）は、位相整合条件が異な
る結晶を組み合わせて構成した従来の光波長変換素子に
おける高調波光出力特性のシミュレーション結果を示す
図であり、（ｃ）は、図３６に示す本発明の光波長変換
素子における高調波光出力特性のシミュレーション結果
を示す図である。FIG. 37 (a) is a diagram showing a simulation result of harmonic light output characteristics in a conventional optical wavelength conversion element having no phase adjustment unit, and FIG. 37 (b) shows a combination of crystals having different phase matching conditions. 36 is a diagram showing a simulation result of a harmonic light output characteristic of the configured conventional optical wavelength conversion element, and FIG. 36 (c) is a view showing a simulation result of a harmonic light output characteristic of the optical wavelength conversion element of the present invention shown in FIG. is there.
【図３８】（ａ）は、２分割構造の光波長変換素子を示
す図であり、（ｂ）は、（ａ）の素子で得られるチュー
ニングカーブを描いた図である。38 (a) is a diagram showing an optical wavelength conversion device having a two-segment structure, and FIG. 38 (b) is a diagram depicting a tuning curve obtained by the device of FIG.
【図３９】（ａ）は、２分割構造の光波長変換素子にお
ける素子全長に対する一方の結晶の長さの割合とチュー
ニングカーブのピーク近傍部分の凹部の大きさ及び波長
許容度の関係を示し、（ｂ）は、２分割構造の光波長変
換素子における素子全長に対する素子長の割合をパラメ
ータとした幾つかのチューニングカーブを示す図であ
る。FIG. 39 (a) shows the relationship between the ratio of the length of one crystal to the total length of the optical wavelength conversion element having a two-segment structure, the size of the concave portion near the peak of the tuning curve, and the wavelength tolerance; (B) is a diagram showing several tuning curves in which the ratio of the element length to the total length of the element in the optical wavelength conversion element having the two-segment structure is used as a parameter.
【図４０】（ａ）は、３分割構造の光波長変換素子にお
ける素子全長に対する一方の結晶の長さの割合とチュー
ニングカーブのピーク近傍部分の凹部の大きさ及び波長
許容度の関係を示し、（ｂ）は、３分割構造の光波長変
換素子における素子全長に対する素子長の割合をパラメ
ータとした幾つかのチューニングカーブを示す図であ
る。FIG. 40 (a) shows the relationship between the ratio of the length of one crystal to the total length of the optical wavelength conversion element having a three-segment structure, the size of the concave portion near the peak of the tuning curve, and the wavelength tolerance; (B) is a diagram showing several tuning curves in which the ratio of the element length to the total element length in the optical wavelength conversion element having the three-segment structure is used as a parameter.
【図４１】疑似位相整合型の本発明の光波長変換素子の
構成を示す図である。FIG. 41 is a diagram showing a configuration of a quasi-phase matching type optical wavelength conversion element of the present invention.
【図４２】（ａ）は、基本波の伝搬損失のみが存在する
場合の光波長変換素子のチューニングカーブの計算結果
を示す図であり、（ｂ）は、高調波の伝搬損失のみが存
在する場合の光波長変換素子のチューニングカーブの計
算結果を示す図である。42A is a diagram showing a calculation result of a tuning curve of an optical wavelength conversion element when only a fundamental wave propagation loss exists, and FIG. 42B is a diagram showing only a harmonic propagation loss. FIG. 14 is a diagram showing a calculation result of a tuning curve of the optical wavelength conversion element in the case.
【図４３】基本波及び高調波の伝搬損失とチューニング
カーブとの関係を示す図である。FIG. 43 is a diagram illustrating a relationship between a propagation loss of a fundamental wave and a harmonic and a tuning curve.
【図４４】本発明のコヒーレント光発生装置の構造図で
ある。FIG. 44 is a structural diagram of a coherent light generation device of the present invention.
【図４５】（ａ）は、光波長変換素子のチューニングカ
ーブの最大値と半導体レーザの発振波長とが一致してい
る場合の、半導体レーザの発振波長と位相整合特性の関
係を表す図であり、（ｂ）は、発振波長がチューニング
カーブの最大値近傍からずれた場合における、半導体レ
ーザの発振波長と位相整合特性の関係を表す図である。FIG. 45 (a) is a diagram illustrating a relationship between the oscillation wavelength of the semiconductor laser and the phase matching characteristic when the maximum value of the tuning curve of the optical wavelength conversion element matches the oscillation wavelength of the semiconductor laser. FIGS. 3B and 3B are diagrams illustrating the relationship between the oscillation wavelength of the semiconductor laser and the phase matching characteristic when the oscillation wavelength deviates from the vicinity of the maximum value of the tuning curve.
【図４６】（ａ）は、本発明のコヒーレント光発生装置
において、光波長変換素子のチューニングカーブの最大
値と半導体レーザの発振波長とが一致している場合の、
半導体レーザの発振波長と位相整合特性の関係を表す図
であり、（ｂ）は、本発明のコヒーレント光発生装置に
おいて、発振波長がチューニングカーブの最大値近傍か
らずれた場合における、半導体レーザの発振波長と位相
整合特性の関係を表す図である。FIG. 46A shows a case where the maximum value of the tuning curve of the optical wavelength conversion element and the oscillation wavelength of the semiconductor laser coincide with each other in the coherent light generation device of the present invention.
FIG. 7B is a diagram illustrating a relationship between the oscillation wavelength of the semiconductor laser and the phase matching characteristic. FIG. 8B illustrates the oscillation of the semiconductor laser when the oscillation wavelength deviates from the vicinity of the maximum value of the tuning curve. FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between wavelength and phase matching characteristics.
【図４７】（ａ）は、コヒーレント光発生装置における
基本波の変調出力を示す図であり、（ｂ）は、従来の光
波長変換素子を用いたコヒーレント光発生装置の出力変
動を示す図であり、（ｃ）は、本発明の光波長変換素子
を用いたコヒーレント光発生装置の出力変動を示す図で
ある。FIG. 47 (a) is a diagram showing a modulation output of a fundamental wave in a coherent light generation device, and FIG. 47 (b) is a diagram showing an output fluctuation of a coherent light generation device using a conventional optical wavelength conversion element. FIG. 4C is a diagram showing the output fluctuation of the coherent light generator using the optical wavelength conversion element of the present invention.
【図４８】コヒーレント光発生装置の基本波波長を変化
させた場合の出力特性を表す図である。FIG. 48 is a diagram illustrating output characteristics when the fundamental wavelength of the coherent light generation device is changed.
【図４９】本発明の第１４の実施形態におけるコヒーレ
ント光源の構成を示す図である。FIG. 49 is a diagram illustrating a configuration of a coherent light source according to a fourteenth embodiment of the present invention.
【図５０】光波長変換素子の内部における光伝搬距離と
高調波強度との関係を示す図である。FIG. 50 is a diagram illustrating a relationship between a light propagation distance and a harmonic intensity inside an optical wavelength conversion element.
【図５１】本発明の第１４の実施形態におけるコヒーレ
ント光源の他の構成を示す図である。FIG. 51 is a diagram showing another configuration of the coherent light source according to the fourteenth embodiment of the present invention.
【図５２】（ａ）は、図５１の構成に含まれる光波長変
換素子の位相整合特性を示す図であり、（ｂ）は、
（ａ）に示す複数の波長における光伝搬距離と高調波強
度との関係を示す図である。FIG. 52 (a) is a diagram showing a phase matching characteristic of the optical wavelength conversion element included in the configuration of FIG. 51, and FIG.
It is a figure which shows the relationship between the light propagation distance and harmonic intensity in several wavelength shown to (a).
【図５３】本発明の光情報処理装置の構成図である。FIG. 53 is a configuration diagram of an optical information processing device of the present invention.
１、２、３ 非線形光学結晶 ４、５ 位相調整部 ６ 基本波光 ７ 高調波光 １００ 光波長変換素子 ８、９ 分極反転領域 １０ 位相調整部 １１、１２、１３ 分極反転領域 １４、１５ 位相調整部 １６、１７ 光導波路 １１０、１２０ 光波長変換素子 １８ 光波長変換素子 １９ 波長可変型ＤＢＲ半導体レーザ ２０ 電子冷却素子 ２１ モジュール ２２ コリメートレンズ ２３ フォーカスレンズ ２０１ サーミスタ １５０ 短波長光源 ２４ 短波長光源 ２５ 光検出器 ２６ 制御回路 ２７ 波長可変型ＤＢＲ半導体レーザ ２８ 光波長変換素子 ２９ モジュール ３０ コリメートレンズ ３１ フォーカスレンズ ３２ 波長選択ミラー ３３ ビームスプリッタ ３４ 光検出器 ３５ 光検出器 ３６ 制御回路 ３７ サーミスタ ３００、４００ 短波長光源 ３８ 波長可変型ＤＢＲ半導体レーザ ３９ コリメートレンズ ４０ フォーカシングレンズ ４１ 光波長変換素子 ４２ ＭｇドープＬｉＮｂＯ3基板 ４３ プロトン交換光導波路 ４４ 周期的分極反転領域 ４５ 短波長光源 ４６ レンズ ４７ 偏光ビームスプリッタ ４８ 光検出器 ４９ 対物レンズ ５０ 光ディスク ５７ λ／４板 ５１ 赤色レーザ光源 ５２ 緑色コヒーレント光源 ５３ 短波長ブルー光源 ５４ ポリゴンミラー ５５ Ｆθレンズ ５６ カラーペーパ ６２１ 光波長変換素子 ６２２ 半導体レーザ ６２３ 入射部 ６２４ 出射部 ６２５ 半導体レーザの発振モード（縦モード） ６２６ 光波長変換素子のチューニングカーブ ６３６ 本発明による光波長変換素子のチューニングカ
ーブ ６０６ 基本波 ６３１ 半導体レーザ ６３２ 光波長変換素子 ６３３ 高調波 ６３４ 光検出器 ６３５ フィルタ ６３９ 光検出器 ６４０ コヒーレント光発生装置 ６４１ ビームスプリッタ ６４２ レンズ ６４３ 光ディスク ６４４ 光検出器 １００１ 非線形光学結晶 １００２ 非線形光学結晶 １００３ 位相調整部 １００６ 液晶 １００７ ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ3基板 １００８ 分極反転構造 １００９ 光導波路 １０１０ ヒータ １０１１ 位相調整部 １０２１ 光波長変換素子 １０２２ 半導体レーザ １０２３ 入射部 １０２４ 出射部 １０２５ 半導体レーザの縦モード １０２６ 光波長変換素子のチューニングカーブ １６４０ コヒーレント光発生装置 １６４１ ビームスプリッタ １６４２ レンズ １６４３ 光ディスク １６４４ 光検出器 １１０１ ＬｉＮｂＯ3基板（非線形光学結晶） １１０２ 光導波路 １１０３ 分極反転層 １１０５ 分極反転領域 １１０６ 位相調整部1, 2, 3 Nonlinear optical crystal 4, 5 Phase adjustment unit 6 Fundamental wave light 7 Harmonic light 100 Optical wavelength conversion element 8, 9 Polarization inversion region 10 Phase adjustment unit 11, 12, 13 Polarization inversion region 14, 15 Phase adjustment unit 16 , 17 Optical waveguide 110, 120 Optical wavelength conversion element 18 Optical wavelength conversion element 19 Variable wavelength DBR semiconductor laser 20 Electronic cooling element 21 Module 22 Collimating lens 23 Focus lens 201 Thermistor 150 Short wavelength light source 24 Short wavelength light source 25 Photodetector 26 Control circuit 27 Wavelength variable DBR semiconductor laser 28 Optical wavelength conversion element 29 Module 30 Collimator lens 31 Focus lens 32 Wavelength selection mirror 33 Beam splitter 34 Photodetector 35 Photodetector 36 Control circuit 37 Thermistor 300, 400 Short wavelength light source 38 Wavelength Variation DBR semiconductor laser 39 collimator lens 40 focusing lens 41 the light wavelength converting element 42 Mg-doped LiNbO 3 substrate 43 proton exchange optical waveguide 44 periodically poled regions 45 short wavelength light source 46 lens 47 polarization beam splitter 48 the photodetector 49 the objective lens 50 Optical disk 57 λ / 4 plate 51 Red laser light source 52 Green coherent light source 53 Short wavelength blue light source 54 Polygon mirror 55 Fθ lens 56 Color paper 621 Optical wavelength conversion element 622 Semiconductor laser 623 Incident part 624 Emitting part 625 Semiconductor laser oscillation mode (vertical) Mode) 626 Tuning Curve of Optical Wavelength Converter 636 Tuning Curve of Optical Wavelength Converter According to the Present Invention 606 Fundamental Wave 631 Semiconductor Laser 632 Optical Wavelength Converter 633 Harmonic 634 photodetector 635 filter 639 photodetector 640 coherent light generating apparatus 641 beam splitter 642 lens 643 the optical disc 644 the optical detector 1001 nonlinear optical crystal 1002 non-linear optical crystal 1003 phase adjuster 1006 LCD 1007 MgO: LiNbO 3 substrate 1008 poled structure Reference Signs List 1009 Optical waveguide 1010 Heater 1011 Phase adjuster 1021 Optical wavelength converter 1022 Semiconductor laser 1023 Incident part 1024 Emitting part 1025 Vertical mode of semiconductor laser 1026 Tuning curve of optical wavelength converter 1640 Coherent light generator 1641 Beam splitter 1642 Lens 1643 Optical disk 1644 Photodetector 1101 LiNbO 3 substrate (non-linear optical crystal) 1102 Optical waveguide 1103 Polarization inversion Layer 1105 Domain-inverted region 1106 Phase adjustment unit
Claims (77)
半導体レーザとを含み、 該光波長変換素子は、該波長可変型半導体レーザの出力
光を基本波光として受け取り、該基本波光の波長に対す
る波長変換によって得られる高調波光を出力し、且つ、
該光波長変換素子の該高調波光の出力特性は、最大出力
の近傍で平坦部を有しており、 該波長可変型半導体レーザの発振波長が、該光波長変換
素子の該出力特性の該平坦部に固定されている、短波長
光源。1. An optical wavelength conversion device including at least an optical wavelength conversion element and a wavelength tunable semiconductor laser, wherein the optical wavelength conversion element receives output light of the wavelength tunable semiconductor laser as fundamental light, and performs wavelength conversion on the wavelength of the fundamental light. Output the harmonic light obtained by
The output characteristic of the harmonic light of the optical wavelength conversion element has a flat portion in the vicinity of the maximum output, and the oscillation wavelength of the wavelength tunable semiconductor laser changes the flatness of the output characteristic of the optical wavelength conversion element. A short-wavelength light source fixed to the unit.
波長が前記光波長変換素子の前記出力特性の前記平坦部
に固定されている間は、前記高調波光の出力レベルが一
定値になるように、該波長可変型半導体レーザの駆動電
流が制御される、請求項１に記載の短波長光源。2. An output level of said harmonic light is kept constant while said oscillation wavelength of said wavelength tunable semiconductor laser is fixed to said flat portion of said output characteristic of said optical wavelength conversion element. 2. The short-wavelength light source according to claim 1, wherein a drive current of the tunable semiconductor laser is controlled.
波長を制御する制御回路と、 前記高調波光の出力を検出する光検出器と、を更に備え
ており、 該制御回路は、該光検出器が検出する該高調波光の出力
が前記出力特性における前記平坦部での出力レベルに保
持されるように、該波長可変型半導体レーザの該発振波
長を制御する、請求項１に記載の短波長光源。3. A control circuit for controlling the oscillation wavelength of the tunable semiconductor laser, and a photodetector for detecting an output of the harmonic light, wherein the control circuit includes a photodetector. The short-wavelength light source according to claim 1, wherein the oscillation wavelength of the tunable semiconductor laser is controlled such that the output of the harmonic light detected by the laser beam is maintained at the output level at the flat portion in the output characteristic. .
波長を制御する制御回路と、 前記高調波光の出力を検出する第１の光検出器と、 前記波長可変型半導体レーザの出力光を検出する第２の
光検出器と、を更に備えており、 該制御回路は、該第２の光検出器が検出する該波長可変
型半導体レーザの出力光が所定の一定値に保持されるよ
うに、該波長可変型半導体レーザの駆動電流を制御し、
且つ、該第１の光検出器が検出する該高調波光の出力が
前記出力特性における前記平坦部での出力レベルに保持
されるように、該波長可変型半導体レーザの該発振波長
を制御する、請求項１に記載の短波長光源。4. A control circuit for controlling the oscillation wavelength of the tunable semiconductor laser, a first photodetector for detecting an output of the harmonic light, and detecting an output light of the tunable semiconductor laser. A second photodetector, wherein the control circuit is configured to maintain output light of the wavelength-variable semiconductor laser detected by the second photodetector at a predetermined constant value. Controlling the drive current of the wavelength tunable semiconductor laser,
And controlling the oscillation wavelength of the tunable semiconductor laser so that the output of the harmonic light detected by the first photodetector is maintained at the output level at the flat portion in the output characteristics. The short wavelength light source according to claim 1.
波長を制御する制御回路と、 前記高調波光の出力を検出する光検出器と、を更に備え
ており、 該波長可変型半導体レーザは、所定の値の電流によって
定電流駆動され、 該光検出器が検出する前記高調波光の出力が、前記出力
特性における前記平坦部での出力レベルに保持され、且
つ、 該高調波光の出力が所定の一定値に保持されるように、
該波長可変型半導体レーザの駆動電流が制御される、請
求項１に記載の短波長光源。5. A tunable semiconductor laser further comprising: a control circuit that controls the oscillation wavelength of the tunable semiconductor laser; and a photodetector that detects an output of the harmonic light. The output of the harmonic light detected by the photodetector is maintained at the output level at the flat portion in the output characteristic, and the output of the harmonic light is a predetermined constant. So that the value is retained
The short-wavelength light source according to claim 1, wherein a drive current of the tunable semiconductor laser is controlled.
記波長可変型半導体レーザの前記駆動電流の増加時には
前記高調波光の出力が増加し、且つ該波長可変型半導体
レーザの該駆動電流の減少時には該高調波光の出力が減
少する範囲である、請求項１に記載の短波長光源。6. The output characteristic of the wavelength-tunable semiconductor laser increases when the driving current of the wavelength-variable semiconductor laser increases, and the flat portion in the output characteristic increases when the driving current of the wavelength-variable semiconductor laser decreases. The short-wavelength light source according to claim 1, wherein the output of the harmonic light is in a range where the output is reduced.
波長の制御のために注入される注入電流の異なるレベル
ＩN及びＩN+1（但し、ＩN+1＞ＩN）に対して、波長変換
により得られる前記高調波光の出力をそれぞれＰN及び
ＰN+1とすれば、前記制御回路は、該注入電流の増加時
に、（ＰN+1−ＰN）＞０であり且つ（Ｐ N+1−ＰN）の絶
対値が最大値となる該注入電流の異なるレベルＩN及び
ＩN+1に対して、該注入電流をＩｄｂｒ＝ＩN+1＋ΔＩと
なる値に設定し、これによって該波長可変型半導体レー
ザの該発振波長を所定の値に固定する、請求項２に記載
の短波長光源。7. The oscillation of the wavelength tunable semiconductor laser.
Different levels of injection current injected for wavelength control
INAnd IN + 1(However, IN + 1> IN) For wavelength conversion
The output of the harmonic light obtained byNas well as
PN + 1In this case, the control circuit operates when the injection current increases.
And (PN + 1-PN)> 0 and (P N + 1-PNAbsolutely
Different levels I of the injection current at which the paired value is a maximumNas well as
IN + 1With respect to Idbr = IN + 1+ ΔI and
Tunable semiconductor laser.
3. The method according to claim 2, wherein the oscillation wavelength is fixed at a predetermined value.
Short wavelength light source.
波長の制御のために注入される注入電流の異なるレベル
ＩN及びＩN+1（但し、ＩN+1＞ＩN）に対して、波長変換
により得られる前記高調波光の出力をそれぞれＰN及び
ＰN+1とすれば、前記制御回路は、該注入電流の減少時
に、（ＰN+1−ＰN）＜０であり且つ（Ｐ N+1−ＰN）の絶
対値が最大値となる該注入電流の異なるレベルＩN及び
ＩN+1に対して、該注入電流をＩｄｂｒ＝ＩN−ΔＩとな
る値に設定し、これによって該波長可変型半導体レーザ
の該発振波長を所定の値に固定する、請求項２に記載の
短波長光源。8. The oscillation of the tunable semiconductor laser
Different levels of injection current injected for wavelength control
INAnd IN + 1(However, IN + 1> IN) For wavelength conversion
The output of the harmonic light obtained byNas well as
PN + 1Then, the control circuit operates when the injection current decreases.
And (PN + 1-PN) <0 and (P N + 1-PNAbsolutely
Different levels I of the injection current at which the paired value is a maximumNas well as
IN + 1With respect to Idbr = IN−ΔI
Tunable semiconductor laser.
3. The method according to claim 2, wherein the oscillation wavelength is fixed at a predetermined value.
Short wavelength light source.
形光学結晶と、隣接する該非線形光学結晶の間に配置さ
れた位相調整部と、を備えており、 前記基本波光が、該光波長変換素子の該非線形光学結晶
により前記高調波光に波長変換され、 該非線形光学結晶の各々の位相整合条件が互いにほぼ等
しい、請求項１に記載の短波長光源。9. The optical wavelength conversion element includes two or more nonlinear optical crystals, and a phase adjustment unit disposed between adjacent nonlinear optical crystals, wherein the fundamental light is The short-wavelength light source according to claim 1, wherein the wavelength is converted into the higher harmonic light by the nonlinear optical crystal of the wavelength conversion element, and phase matching conditions of each of the nonlinear optical crystals are substantially equal to each other.
記位相調整部とが設けられており、 該位相調整部の長さｔが、 ｔ＝（２ｎ＋α）π／（β２ω−２・βω） 但し、α＝０.５〜１.５ ｎ＝０、１、２、……、 β２ω：該位相調整部における前記高調波光の伝搬定数 βω ：該位相調整部における前記基本波の伝搬定数 なる関係を満足している、請求項９に記載の短波長光
源。10. The apparatus according to claim 1, wherein two nonlinear optical crystals and one phase adjustment unit are provided, and the length t of the phase adjustment unit is t = (2n + α) π / (β2ω−2βω). , Α = 0.5-1.5 n = 0, 1, 2,..., Β2ω: Propagation constant of the harmonic light in the phase adjustment unit βω: Propagation constant of the fundamental wave in the phase adjustment unit 10. The short wavelength light source according to claim 9, which is satisfied.
記位相調整部とが設けられており、 該位相調整部の各々の長さｔ１及びｔ２が ｔ１＝（２ｎ＋α１）π／（β２ω−２・βω） ｔ２＝（２ｍ＋α２）π／（β２ω−２・βω） 但し、α１＋α２＝２ ｎ＝０、１、２、３、……、 ｍ＝０、１、２、３、……、 ｔ１＋ｔ２＝２Ｊπ／（β２ω−２・βω） Ｊ＝０、１、２、３、……、 β２ω：該位相調整部における前記高調波光の伝搬定数 βω ：該位相調整部における前記基本波の伝搬定数 なる関係を満足している、請求項９に記載の短波長光
源。11. The three nonlinear optical crystals and the two phase adjusters are provided, and the lengths t1 and t2 of each of the phase adjusters are t1 = (2n + α1) π / (β2ω−2. βω) t2 = (2m + α2) π / (β2ω-2 · βω) where α1 + α2 = 2 n = 0, 1, 2, 3,..., m = 0, 1, 2, 3,..., t1 + t2 = 2Jπ / (Β2ω-2 · βω) J = 0, 1, 2, 3,..., Β2ω: Propagation constant of the harmonic light in the phase adjustment unit βω: Propagation constant of the fundamental wave in the phase adjustment unit 10. The short wavelength light source according to claim 9, which is satisfied.
が、前記波長可変型半導体レーザの前記発振波長の縦モ
ード間隔よりも広い、請求項１に記載の短波長光源。12. The short wavelength light source according to claim 1, wherein a wavelength width of the flat portion of the output characteristic is wider than a longitudinal mode interval of the oscillation wavelength of the tunable semiconductor laser.
くとも活性領域と分布ブラッグ反射（distributed Brag
g reflector:ＤＢＲ）領域とを含み、該活性領域及び該
ＤＢＲ領域の各々に独立した電極が設けられている、請
求項１に記載の短波長光源。13. The wavelength tunable semiconductor laser comprises at least an active region and distributed Bragg reflection.
The short-wavelength light source according to claim 1, wherein the active region and the DBR region each include an independent electrode.
転構造を有する擬似位相整合方式の光波長変換素子であ
る、請求項１に記載の短波長光源。14. The short wavelength light source according to claim 1, wherein the optical wavelength conversion element is a quasi-phase matching type optical wavelength conversion element having a periodically poled structure.
る、請求項１に記載の短波長光源。15. The short wavelength light source according to claim 1, wherein the optical wavelength conversion element has an optical waveguide.
1-xＯ3基板（０≦ｘ≦１）の上に作製されている、請求
項１に記載の短波長光源。16. The light wavelength conversion element according to claim 16, wherein the light wavelength conversion element is LiTa x Nb.
1-x O 3 are fabricated on a substrate (0 ≦ x ≦ 1), short wavelength light source according to claim 1.
流が変調されている、請求項１に記載の短波長光源。17. The short-wavelength light source according to claim 1, wherein a drive current of the tunable semiconductor laser is modulated.
反射鏡から特定波長の光が光帰還するように構成されて
おり、該特定波長の光を可変することによって、該波長
可変型半導体レーザの発振波長が可変される、請求項１
に記載の短波長光源。18. The wavelength tunable semiconductor laser is configured such that light of a specific wavelength is fed back from an external reflecting mirror, and the wavelength of the semiconductor laser is varied by changing the light of the specific wavelength. The oscillation wavelength is variable.
2. The short wavelength light source according to 1.
光学系により集光している、光情報処理装置。19. A light comprising: the short-wavelength light source according to claim 1; and a condensing optical system, wherein coherent light emitted from the short-wavelength light source is condensed by the condensing optical system. Information processing device.
位相整合条件を有する２つ以上の非線形光学結晶と、 各々の該非線形光学結晶の間に配置された位相調整部
と、を備え、 該位相調整部は、該非線形光学結晶とは異なる分散特性
を有し、且つその屈折率或いは長さの少なくとも一方が
変調可能であるように構成されている、光波長変換素
子。20. Two or more nonlinear optical crystals having substantially equal phase matching conditions with respect to a fundamental wave and a harmonic, and a phase adjustment unit disposed between each of the nonlinear optical crystals, The optical wavelength conversion element, wherein the phase adjustment unit has a dispersion characteristic different from that of the nonlinear optical crystal, and is configured such that at least one of the refractive index and the length can be modulated.
備え、 該屈折率変調部は、該非線形光学結晶の全長の１／２以
下の長さの領域に形成されている、光波長変換素子。21. A nonlinear optical crystal, and a refractive index modulation portion formed on a part of the nonlinear optical crystal, wherein the refractive index modulation portion has a length of 以下 or less of the entire length of the nonlinear optical crystal. Light wavelength conversion element formed in the region of.
界近傍に設けられた位相調整部を更に有し、該屈折率変
調部の長さが前記非線形光学結晶の全長の１５％〜４０
％である、請求項２１に記載の光波長変換素子。22. A phase adjusting unit provided near a boundary between the refractive index modulation unit and another portion, wherein a length of the refractive index modulation unit is 15% to 40% of a total length of the nonlinear optical crystal.
22. The optical wavelength conversion element according to claim 21, wherein
非線形光学結晶を有し、 該２つ以上の非線形光学結晶の間に位相調整部が配置さ
れており、 前記屈折率変調部は該２つ以上の非線形光学結晶の何れ
かに設けられていて、 該２つ以上の非線形光学結晶が互いにほぼ等しい位相整
合条件を満足している、請求項２１に記載の光波長変換
素子。23. The non-linear optical crystal includes two or more non-linear optical crystals, a phase adjustment unit is disposed between the two or more non-linear optical crystals, and the refractive index modulation unit includes the two or more non-linear optical crystals. 22. The optical wavelength conversion element according to claim 21, wherein the optical wavelength conversion element is provided in any one of the above-described nonlinear optical crystals, and the two or more nonlinear optical crystals satisfy substantially equal phase matching conditions.
転構造を有している、請求項２０或いは２１に記載の光
波長変換素子。24. The optical wavelength conversion device according to claim 20, wherein the nonlinear optical crystal has a periodically poled structure.
であって、該３つ以上の非線形光学結晶の互いの長さの
差が４０％以下である、請求項２０或いは２３に記載の
光波長変換素子。25. The light according to claim 20, wherein the number of the nonlinear optical crystals is three or more, and the difference between the lengths of the three or more nonlinear optical crystals is 40% or less. Wavelength conversion element.
いる、請求項２０、２２或いは２３に記載の光波長変換
素子。26. The optical wavelength conversion device according to claim 20, wherein the phase adjustment unit is made of a liquid crystal.
形成されており、該位相調整部の長さが微動台により調
整されている、請求項２０、２２或いは２３に記載の光
波長変換素子。27. The optical wavelength conversion element according to claim 20, wherein the phase adjustment section is formed of a plastic material, and the length of the phase adjustment section is adjusted by a fine adjustment table.
し、該光導波路内で前記光の波長が変換されている、請
求項２０或いは２１に記載の光波長変換素子。28. The optical wavelength conversion device according to claim 20, wherein the nonlinear optical crystal has an optical waveguide, and the wavelength of the light is converted in the optical waveguide.
配置されている、請求項２０或いは２１に記載の光波長
変換素子。29. The optical wavelength conversion device according to claim 20, wherein the nonlinear optical crystal is disposed in a resonator structure.
変換素子と、 レーザ光源と、を備え、 該レーザ光源の光が、該光波長変換素子により波長変換
されている、コヒーレント光発生装置。30. A coherent light generation device comprising: the light wavelength conversion element according to claim 20; and a laser light source, wherein light of the laser light source is wavelength-converted by the light wavelength conversion element.
る、請求項３０に記載のコヒーレント光発生装置。31. The coherent light generator according to claim 30, wherein the laser light source has a wavelength variable function.
可変範囲が、前記レーザ光源の縦モード間隔より広い、
請求項３０に記載のコヒーレント光発生装置。32. A variable range of a phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element is wider than a longitudinal mode interval of the laser light source.
The coherent light generator according to claim 30.
る、請求項３０に記載のコヒーレント光発生装置。33. The coherent light generator according to claim 30, wherein the laser light source is a semiconductor laser.
生装置と、 集光光学系と、を備え、 該コヒーレント光発生装置から出射されるコヒーレント
光を、該集光光学系により集光している、光情報処理装
置。34. A coherent light generating device according to claim 30, and a condensing optical system, wherein coherent light emitted from the coherent light generating device is condensed by the condensing optical system. , Optical information processing equipment.
る該非線形光学結晶の間に配置された位相調整部と、を
備えており、 該非線形光学結晶の各々の位相整合条件が互いにほぼ等
しい、光波長変換素子。35. Two or more nonlinear optical crystals, and a phase adjusting unit disposed between adjacent nonlinear optical crystals, wherein the phase matching conditions of each of the nonlinear optical crystals are substantially equal to each other. , Light wavelength conversion element.
高調波に変換され、該基本波の波長と該高調波の出力と
の間の関係を示す特性曲線において、該高調波の出力の
最大値近傍で、該特性曲線が平坦部を有している、請求
項３５に記載の光波長変換素子。36. A fundamental wave is converted into a harmonic inside the nonlinear optical crystal, and a maximum value of the output of the harmonic is shown in a characteristic curve indicating a relationship between a wavelength of the fundamental wave and an output of the harmonic. 36. The optical wavelength conversion device according to claim 35, wherein the characteristic curve has a flat portion near the value.
基本波が波長λ／２の高調波に変換され、前記位相調整
部の長さｔが、 ｔ＝（２ｎ＋α）π／（β２ω−２・βω） 但し、α＝０.５〜１.５ ｎ＝０、１、２、……、 β２ω：該位相調整部における該高調波の伝搬定数 βω ：該位相調整部における該基本波の伝搬定数 なる関係を満足している、請求項３５に記載の光波長変
換素子。37. A fundamental wave having a wavelength λ is converted into a harmonic wave having a wavelength λ / 2 inside the nonlinear optical crystal, and the length t of the phase adjusting section is t = (2n + α) π / (β2ω−2). .Beta..omega., Where .alpha. = 0.5 to 1.5 n = 0, 1, 2,..., .Beta.2.omega .: the propagation constant of the higher harmonic wave in the phase adjusting section .beta..omega .: the propagation of the fundamental wave in the phase adjusting section. 36. The optical wavelength conversion device according to claim 35, wherein the following relationship is satisfied.
の第１の光及び波長λ２の第２の光と波長λ３の第３の
光との間での波長変換が行われ、該各々の波長は、 １／λ３＝１／λ１＋１／λ２ なる関係を満たし、且つ、前記位相調整部の長さｔが、 ｔ＝（２ｎ＋α）π／（β３−β２−β１） 但し、α＝０.５〜１.５ ｎ＝０、１、２、……、 β１：該位相調整部における該第１の光の伝搬定数 β２：該位相調整部における該第２の光の伝搬定数 β３：該位相調整部における該第３の光の伝搬定数 なる関係を満足している、請求項３５に記載の光波長変
換素子。38. A wavelength λ1 inside said nonlinear optical crystal.
Is converted between the first light and the second light having the wavelength λ2 and the third light having the wavelength λ3, and the respective wavelengths have a relationship of 1 / λ3 = 1 / λ1 + 1 / λ2. And the length t of the phase adjustment section is t = (2n + α) π / (β3-β2-β1) where α = 0.5-1.5 n = 0, 1, 2,. β1: propagation constant of the first light in the phase adjustment unit β2: propagation constant of the second light in the phase adjustment unit β3: propagation constant of the third light in the phase adjustment unit The optical wavelength conversion element according to claim 35, wherein
記αの値がα＝０．９〜１．１の範囲にある、請求項３
７に記載の光波長変換素子。39. The method according to claim 3, wherein the number of the nonlinear optical crystals is two, and the value of α is in a range of 0.9 to 1.1.
8. The optical wavelength conversion element according to 7.
記αの値がα＝０．９５〜１．０５の範囲にある、請求
項３８に記載の光波長変換素子。40. The optical wavelength conversion element according to claim 38, wherein the number of said nonlinear optical crystals is two, and the value of α is in a range of 0.95 to 1.05.
記位相調整部とが設けられており、 該位相調整部の各々の長さｔ１及びｔ２が、 ｔ１＋ｔ２＝（２ｎ＋α）π／（β３−β２−β１） ｎ＝０、１、２、……、 なる関係を満足している、請求項３８に記載の光波長変
換素子。41. Three nonlinear optical crystals and two phase adjusters are provided, and the lengths t1 and t2 of each of the phase adjusters are t1 + t2 = (2n + α) π / (β3-β2). 39. The optical wavelength conversion element according to claim 38, wherein the following relationship is satisfied: n = 0, 1, 2,...
記位相調整部とが設けられており、 該位相調整部の各々の長さｔ１及びｔ２が、 ｔ１＋ｔ２＝２ｎπ／（β２ω−２・βω） ｎ＝０、１、２、……、 なる関係を満足している、請求項３８に記載の光波長変
換素子。42. Three nonlinear optical crystals and two phase adjusters are provided, and the lengths t1 and t2 of the phase adjusters are t1 + t2 = 2nπ / (β2ω−2βω). 39. The optical wavelength conversion element according to claim 38, wherein the relationship n = 0, 1, 2,...
ｔ２が、 ｔ１＝（２ｎ＋α１）π／（β２ω−２・βω） ｔ２＝（２ｎ＋α２）π／（β２ω−２・βω） 但し、α１＋α２＝２ ｎ＝０、１、２、３、……、 なる関係を満足している、請求項４２に記載の短波長光
源。43. Each of the lengths t1 and t2 of the phase adjuster is t1 = (2n + α1) π / (β2ω−2βω) t2 = (2n + α2) π / (β2ω−2βω) where α1 + α2 43. The short-wavelength light source according to claim 42, wherein the following relationship is satisfied: n = 0, 1, 2, 3,...
の範囲である、請求項４３に記載の光波長変換素子。44. The value of α1 is α1 = 0.7 to 1.3.
44. The optical wavelength conversion device according to claim 43, wherein:
ｔ２が、 ｔ１＝（２ｎ＋α１）π／（β３−β２−β１） ｔ２＝（２ｎ＋α２）π／（β３−β２−β１） 但し、α１＋α２＝２ ｎ＝０、１、２、３、……、 なる関係を満足している、請求項４１に記載の短波長光
源。45. Each of the lengths t1 and t2 of the phase adjustment unit is t1 = (2n + α1) π / (β3-β2-β1) t2 = (2n + α2) π / (β3-β2-β1) where α1 + α2 42. The short-wavelength light source according to claim 41, wherein the following relationship is satisfied: n = 2, n = 0, 1, 2, 3,...
の範囲である、請求項４５に記載の光波長変換素子。46. The value of α1 is α1 = 0.7 to 1.3.
The optical wavelength conversion element according to claim 45, wherein
なっており、前記位相調整部が該結晶の内部に設けられ
ている、請求項３５に記載の光波長変換素子。47. The optical wavelength conversion device according to claim 35, wherein the nonlinear optical crystal is formed of a single crystal, and the phase adjustment unit is provided inside the crystal.
とがお互いに接着されている、請求項３５に記載の光波
長変換素子。48. The optical wavelength conversion device according to claim 35, wherein the nonlinear optical crystal and the phase adjustment unit are adhered to each other.
に形成され且つ２つ以上の領域に分割されている周期状
分極反転構造と、該周期状分極反転構造の該分割された
領域の間に配置されている位相調整部と、を備えてお
り、 該周期状分極反転構造の周期が、該分割された領域の間
でお互いにほぼ等しい、光波長変換素子。49. A nonlinear optical crystal, a periodic domain-inverted structure formed in the nonlinear optical crystal and divided into two or more regions, and between the divided regions of the periodic domain-inverted structure. An optical wavelength conversion element, comprising: a phase adjusting unit disposed therein, wherein a period of the periodic polarization inversion structure is substantially equal to each other between the divided regions.
波が高調波に変換され、該基本波の波長と該高調波の出
力との間の関係を示す特性曲線において、該高調波の出
力の最大値近傍で、該特性曲線が平坦部を有している、
請求項４９に記載の光波長変換素子。50. A fundamental wave is converted into a harmonic inside the periodically poled structure, and the output of the harmonic is represented by a characteristic curve indicating a relationship between the wavelength of the fundamental and the output of the harmonic. Near the maximum value of the characteristic curve has a flat portion,
50. The optical wavelength conversion device according to claim 49.
基本波が波長λ／２の高調波に変換され、 前記周期状分極反転構造の前記周期Λが、 Λ＝２ｍπ／（β２ω−２・βω） ｍ＝１、２、３、……、 なる関係をほぼ満たし、 前記位相調整部の長さｔが、 ｔ＝（２ｎ＋α）π／（β２ω−２・βω） 但し、α＝０.５〜１.５ ｎ＝０、１、２、……、 β２ω：該位相調整部における該高調波の伝搬定数 βω ：該位相調整部における該基本波の伝搬定数 なる関係を満足している、請求項４９に記載の光波長変
換素子。51. A fundamental wave having a wavelength λ is converted into a harmonic wave having a wavelength λ / 2 inside the nonlinear optical crystal, and the period の of the periodic domain-inverted structure is given by: Λ = 2mπ / (β2ω−2) βω) m = 1, 2, 3,..., and the length t of the phase adjustment unit is t = (2n + α) π / (β2ω−2βω), where α = 0.5 １1.5 n = 0, 1, 2,..., Β2ω: a propagation constant of the harmonic in the phase adjustment unit βω: a propagation constant of the fundamental wave in the phase adjustment unit Item 51. An optical wavelength conversion element according to item 49.
の第１の光及び波長λ２の第２の光と波長λ３の第３の
光との間での波長変換が行われ、該各々の波長は、 １／λ３＝１／λ１＋１／λ２ なる関係を満たし、 且つ、前記周期状分極反転構造の前記周期Λが、 Λ＝２ｍπ／（β２ω−２・βω） ｍ＝１、２、３、……、 なる関係をほぼ満たし、 且つ、前記位相調整部の長さｔが、 ｔ＝（２ｎ＋α）π／（β３−β２−β１） 但し、α＝０.５〜１.５ ｎ＝０、１、２、……、 β１：該位相調整部における該第１の光の伝搬定数 β２：該位相調整部における該第２の光の伝搬定数 β３：該位相調整部における該第３の光の伝搬定数 なる関係を満足している、請求項４９に記載の光波長変
換素子。52. A wavelength λ1 inside said nonlinear optical crystal.
Is converted between the first light and the second light having the wavelength λ2 and the third light having the wavelength λ3, and the respective wavelengths have a relationship of 1 / λ3 = 1 / λ1 + 1 / λ2. And the period の of the periodic domain-inverted structure substantially satisfies the following relationship: Λ = 2mπ / (β2ω-2 · βω) m = 1, 2, 3,..., And the phase adjustment unit Where t = (2n + α) π / (β3-β2-β1) where α = 0.5-1.5 n = 0, 1, 2,..., Β1: 50. The propagation constant of the first light β2: the propagation constant of the second light in the phase adjustment unit β3: the propagation constant of the third light in the phase adjustment unit Light wavelength conversion element.
記αの値がα＝０．９〜１．１の範囲にある、請求項５
１に記載の光波長変換素子。53. The number of the nonlinear optical crystals is two, and the value of α is in a range of 0.9 = 1.1.
2. The optical wavelength conversion element according to 1.
記αの値がα＝０．９〜１．１の範囲にある、請求項５
２に記載の光波長変換素子。54. The number of the nonlinear optical crystal is two, and the value of α is in the range of α = 0.9 to 1.1.
3. The light wavelength conversion element according to 2.
記位相調整部とが設けられており、 該位相調整部の各々の長さｔ１及びｔ２が、 ｔ１＋ｔ２＝（２ｎ＋α）π／（β３−β２−β１） ｎ＝０、１、２、……、 なる関係を満足している、請求項５２に記載の光波長変
換素子。55. Three nonlinear optical crystals and two phase adjusters are provided, and the lengths t1 and t2 of each of the phase adjusters are t1 + t2 = (2n + α) π / (β3-β2). 53. The optical wavelength conversion element according to claim 52, wherein the following relationship is satisfied: n = 0, 1, 2,...
記位相調整部とが設けられており、 該位相調整部の各々の長さｔ１及びｔ２が、 ｔ１＋ｔ２＝２ｎπ／（β２ω−２・βω） ｎ＝０、１、２、……、 なる関係を満足している、請求項５１に記載の光波長変
換素子。56. Three nonlinear optical crystals and two phase adjusters are provided, and the lengths t1 and t2 of each of the phase adjusters are t1 + t2 = 2nπ / (β2ω−2βω). 52. The optical wavelength conversion element according to claim 51, wherein the relationship n = 0, 1, 2, ... is satisfied.
ｔ２が、 ｔ１＝（２ｎ＋α１）π／（β２ω−２・βω） ｔ２＝（２ｎ＋α２）π／（β２ω−２・βω） 但し、α１＋α２＝２ ｎ＝０、１、２、３、……、 なる関係を満足している、請求項５６に記載の短波長光
源。57. Each of the lengths t1 and t2 of the phase adjustment unit is t1 = (2n + α1) π / (β2ω−2βω) t2 = (2n + α2) π / (β2ω−2βω) where α1 + α2 57. The short-wavelength light source according to claim 56, wherein the following relationship is satisfied: n = 2, n = 0, 1, 2, 3,...
の範囲である、請求項５７に記載の光波長変換素子。58. The value of α1 is α1 = 0.7 to 1.3.
58. The optical wavelength conversion element according to claim 57, wherein
ｔ２が、 ｔ１＝（２ｎ＋α１）π／（β３−β２−β１） ｔ２＝（２ｎ＋α２）π／（β３−β２−β１） 但し、α１＋α２＝２ ｎ＝０、１、２、３、……、 なる関係を満足している、請求項５５に記載の短波長光
源。59. Each of the lengths t1 and t2 of the phase adjustment unit is t1 = (2n + α1) π / (β3-β2-β1) t2 = (2n + α2) π / (β3-β2-β1) where α1 + α2 55. The short-wavelength light source according to claim 55, which satisfies the following relationship: n = 0, 1, 2, 3, ...
の範囲である、請求項５９に記載の光波長変換素子。60. The value of α1 is α1 = 0.7 to 1.3.
60. The optical wavelength conversion device according to claim 59, wherein
伝搬損失のほぼ半分である、請求項３７或いは５１に記
載の光波長変換素子。61. The optical wavelength conversion element according to claim 37, wherein a propagation loss of the fundamental wave is substantially half of a propagation loss of the harmonic.
損失がお互いにほぼ等しい、請求項３８或いは５２に記
載の光波長変換素子。62. The optical wavelength conversion device according to claim 38, wherein propagation losses of the first, second, and third lights are substantially equal to each other.
し、該光導波路内で光の波長変換が行われる、請求項３
５に記載の光波長変換素子。63. The nonlinear optical crystal according to claim 3, wherein the nonlinear optical crystal has an optical waveguide, and the wavelength conversion of light is performed in the optical waveguide.
6. The optical wavelength conversion element according to 5.
２の高調波に変換され、 該非線形光学結晶における該基本波の伝搬損失が該高調
波の伝搬損失のほぼ半分である、光波長変換素子。64. A nonlinear optical crystal, wherein a fundamental wave of a wavelength λ is inside the nonlinear optical crystal.
An optical wavelength conversion element which is converted into a second harmonic and wherein a propagation loss of the fundamental wave in the nonlinear optical crystal is substantially half of a propagation loss of the harmonic.
し、該光導波路内で前記基本波から前記高調波への波長
変換が行われ、前記伝搬損失は、該光導波路内における
伝搬損失である、請求項６４に記載の光波長変換素子。65. The nonlinear optical crystal has an optical waveguide, in which wavelength conversion from the fundamental wave to the higher harmonic is performed, and the propagation loss is a propagation loss in the optical waveguide. The optical wavelength conversion device according to claim 64.
長λ２の第２の光と波長λ３の第３の光との間での波長
変換が行われ、該各々の波長は、 １／λ３＝１／λ１＋１／λ２ なる関係を満たし、 且つ、該非線形光学結晶における該第１、第２、及び第
３の光の伝搬損失がお互いにほぼ等しい、光波長変換素
子。66. A nonlinear optical crystal, wherein the wavelength conversion between the first light having the wavelength λ1 and the second light having the wavelength λ2 and the third light having the wavelength λ3 is performed inside the nonlinear optical crystal. Are performed, and the respective wavelengths satisfy the relationship of 1 / λ3 = 1 / λ1 + 1 / λ2, and the propagation losses of the first, second, and third lights in the nonlinear optical crystal are substantially equal to each other. Equal, light wavelength conversion element.
し、該光導波路内で前記波長変換が行われ、前記伝搬損
失は、該光導波路内における伝搬損失である、請求項６
６に記載の光波長変換素子。67. The nonlinear optical crystal has an optical waveguide, the wavelength conversion is performed in the optical waveguide, and the propagation loss is a propagation loss in the optical waveguide.
7. The optical wavelength conversion element according to 6.
射部とを有しており、該光入射部及び光出射部の少なく
とも一方に反射防止膜が設けられている、請求項３５、
４９、６４、或いは６６に記載の光波長変換素子。68. The nonlinear optical crystal has a light incident portion and a light emitting portion, and at least one of the light incident portion and the light emitting portion is provided with an antireflection film.
67. The optical wavelength conversion element according to 49, 64 or 66.
体レーザと、 該半導体レーザの出射光を基本波として受け取って、該
基本波に対する波長変換を行って高調波を出力する光波
長変換素子と、を備え、 該基本波の波長と該高調波の出力との間の関係を示す特
性曲線において、該高調波の出力の最大値近傍で該特性
曲線が平坦部を有し、該平坦部の幅が、該半導体レーザ
の縦モード間隔よりも広く設定されている、コヒーレン
ト光発生装置。69. A semiconductor laser having a function of changing an oscillation wavelength, an optical wavelength conversion element that receives light emitted from the semiconductor laser as a fundamental wave, performs wavelength conversion on the fundamental wave, and outputs a harmonic. In a characteristic curve showing a relationship between the wavelength of the fundamental wave and the output of the harmonic, the characteristic curve has a flat portion near the maximum value of the output of the harmonic, and the width of the flat portion Is set wider than the longitudinal mode interval of the semiconductor laser.
体レーザと、 該半導体レーザの出射光を基本波として受け取って、該
基本波に対する波長変換を行って高調波を出力する、請
求項３５、４９、６４、或いは６６に記載の光波長変換
素子と、を備え、 該基本波の波長と該高調波の出力との間の関係を示す特
性曲線において、該高調波の出力の最大値近傍で該特性
曲線が平坦部を有し、該平坦部の幅が、該半導体レーザ
の縦モード間隔よりも広く設定されている、コヒーレン
ト光発生装置。70. A semiconductor laser having a function of varying an oscillation wavelength, receiving a light emitted from the semiconductor laser as a fundamental wave, performing wavelength conversion on the fundamental wave, and outputting a harmonic. , 64, or 66, wherein in a characteristic curve indicating a relationship between the wavelength of the fundamental wave and the output of the harmonic, the characteristic curve is set near the maximum value of the output of the harmonic. A coherent light generator, wherein the characteristic curve has a flat portion, and the width of the flat portion is set wider than the longitudinal mode interval of the semiconductor laser.
に記載の光波長変換素子と、レーザ光源と、を備え、該
レーザ光源の出射光が該光波長変換素子によって波長変
換される、コヒーレント光発生装置。71. The method of claim 35, 49, 64, or 66.
5. A coherent light generation device, comprising: the light wavelength conversion element according to 1); and a laser light source, wherein light emitted from the laser light source is wavelength-converted by the light wavelength conversion element.
る機能を有する半導体レーザである、請求項７１に記載
のコヒーレント光発生装置。72. The coherent light generator according to claim 71, wherein the laser light source is a semiconductor laser having a function of changing an oscillation wavelength.
いる、請求項７２に記載のコヒーレント光発生装置。73. The coherent light generation device according to claim 72, wherein the semiconductor laser is superimposed at a high frequency.
容度が、前記レーザ光源の縦モード間隔よりも広く設定
されている、請求項７１に記載のコヒーレント光発生装
置。74. The coherent light generation device according to claim 71, wherein a phase matching wavelength tolerance of the light wavelength conversion element is set wider than a longitudinal mode interval of the laser light source.
源と、第１及び第２の光検出器と、を備え、 該非線形光学結晶の内部で、該波長可変レーザ光源から
の第１の光が第２の光に波長変換され、 該第１の光検出器は、該第１或いは第２の光のうちの選
択された光について、該非線形光学結晶から散乱される
散乱光の強度を測定し、 該第２の光検出器は、該非線形光学結晶の出射部近傍に
おける該選択された光の強度を測定し、 該第１及び第２の光検出器の測定結果に基づいて、該波
長可変レーザ光源の発振波長を制御する、コヒーレント
光発生装置。75. A nonlinear optical crystal, a tunable laser light source, and first and second photodetectors, wherein the first light from the tunable laser light source is provided inside the nonlinear optical crystal. The first light detector measures the intensity of the scattered light scattered from the nonlinear optical crystal for the selected light of the first or second light. The second photodetector measures the intensity of the selected light in the vicinity of the emission portion of the nonlinear optical crystal, and the wavelength tunable based on the measurement results of the first and second photodetectors. A coherent light generator that controls the oscillation wavelength of a laser light source.
に含まれており、該光波長変換素子には位相調整部が設
けられていて、前記第１の光検出器が該位相調整部の近
傍に設けられている、請求項７５に記載のコヒーレント
光発生装置。76. The non-linear optical crystal is included in a light wavelength conversion element, and the light wavelength conversion element is provided with a phase adjustment unit, and the first photodetector is located near the phase adjustment unit. 76. The coherent light generation device according to claim 75, wherein
記載のコヒーレント光発生装置と、 集光光学系と、を備え、 該コヒーレント光発生装置から出射されるコヒーレント
光を、該集光光学系により集光している、光情報処理装
置。77. A coherent light generating device according to claim 69, 70, 71 or 75, and a condensing optical system, wherein the coherent light emitted from the coherent light generating device is condensed by the condensing optical system. An optical information processing device that focuses light.
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