JP2768154B2 - Optical device and manufacturing method thereof - Google Patents
Optical device and manufacturing method thereofInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光源と、コリメ
ータレンズ等の光学素子を有した光学デバイスに関する
ものであり、特に、半導体レーザ光源を有していなが
ら、小形であり構造が安定で、光源の波長変動が生じな
い光学デバイスに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical device having a laser light source and an optical element such as a collimator lens. The present invention relates to an optical device in which the wavelength of a light source does not fluctuate.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体レーザ光源は、小形軽量である
が、温度により、波長が変動する特徴があり、特に波長
安定が求められる光システムでは、そのままでは使いに
くいという問題点があった。これを解決する方法として
図６に示す光学デバイスがあった（末田哲夫：「オプト
ロニクス技術活用のための光学部品の使い方と留意
点」、ｐ.９０、オプトロニクス社）。2. Description of the Related Art Although a semiconductor laser light source is small and lightweight, it has a characteristic that its wavelength varies with temperature, and there is a problem that it is difficult to use the semiconductor laser light source as it is, particularly in an optical system requiring wavelength stability. As a method for solving this, there is an optical device shown in FIG. 6 (Tetsuo Sueda: “How to Use Optical Components for Utilizing Optronics Technology and Points to Consider”, p. 90, Optronics).
【０００３】半導体レーザ１の裏面出射端１３より出射
された発振光１５は、コリメータレンズ１０により平行
光となり、直線グレーティング１２に入射する。このグ
レーティング１２は、選択波長に対して、リトローの条
件で設けられていて、つまり、選択された波長での１次
回折光７のみが発振光１５に対して平行に回折され、再
びコリメータレンズ１０で集光され、半導体レーザ１の
裏面出射端１３に入射する。他の波長の１次回折光は裏
面出射端１３には入射しない。これにより、レーザ発振
波長が、選択波長に引きずり込まれ、表面出射端９から
安定波長の発振光１４’として、出射される。この発振
光１４’をコリメータレンズ１１で平行化すれば、波長
安定な平行光１４として、光学システムに使用すること
ができる。[0003] Oscillation light 15 emitted from the back emission end 13 of the semiconductor laser 1 is converted into parallel light by the collimator lens 10 and enters the linear grating 12. The grating 12 is provided under Littrow conditions with respect to the selected wavelength, that is, only the first-order diffracted light 7 at the selected wavelength is diffracted in parallel with the oscillation light 15, and is again reflected by the collimator lens 10. The light is condensed and enters the back surface emitting end 13 of the semiconductor laser 1. The first-order diffracted light of another wavelength does not enter the back surface emitting end 13. As a result, the laser oscillation wavelength is dragged to the selected wavelength, and emitted from the front emission end 9 as oscillation light 14 ′ having a stable wavelength. If this oscillation light 14 ′ is collimated by the collimator lens 11, it can be used in an optical system as a wavelength-stable parallel light 14.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】図６に示した従来の光
学デバイスでは、半導体レーザ１を波長安定化するため
に、コリメータレンズ１０と直線グレーティング１２と
いう少なくとも２つの部品を組み合わせて用いているた
め、小型化が困難であり、さらにそれぞれの位置合わせ
や、グレーティング１２の微妙な傾き角調整も難しく、
出射レーザ光１４’を平行化する場合には、さらにコリ
メータレンズ１１の調整も行なわなければならず、つま
り光学的アライメントが難しく、組立に時間・人手がか
かるという課題があった。また、組み立てても、温度変
化、振動等の外乱に弱く、安定性に欠けるという課題が
あった。さらに、これらの光学部品１０、１１、１２は
別々に製造しなければならないという課題があった。In the conventional optical device shown in FIG. 6, at least two components, a collimator lens 10 and a linear grating 12, are used in combination to stabilize the wavelength of the semiconductor laser 1. It is difficult to reduce the size, and it is also difficult to adjust the respective positions and finely adjust the tilt angle of the grating 12.
When the emitted laser beam 14 'is collimated, the collimator lens 11 must be further adjusted. That is, there is a problem that optical alignment is difficult and assembly takes time and labor. In addition, there is a problem that even when assembled, it is susceptible to disturbances such as temperature changes and vibrations and lacks stability. Further, there is a problem that these optical components 10, 11, 12 must be manufactured separately.
【０００５】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、小形で、光学アライメントが簡単で、しかも構造が
安定で、製造も容易な光学デバイスを提供するものであ
る。The present invention has been made in view of the above problems, and provides an optical device which is small in size, has a simple optical alignment, has a stable structure, and is easy to manufacture.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、基板と、上記基板上に形成した第１の光
学素子と、上記基板上に形成した反射形でしかも回折形
の集光作用を有する第２の光学素子と、半導体レーザを
有し、上記半導体レーザからの発振光を、上記第２の光
学素子に入射させ、上記第２の光学素子によって反射回
折させた選択された波長を有する光を上記半導体レーザ
の表面出射端に入射させ、上記表面出射端からの光を発
振光にすることを特徴とする構成である。Means for Solving the Problems The present invention, in order to solve the above problems, a substrate and a first optical element formed on the substrate, the reflection type, yet diffraction type formed on the substrate a second optical element having a condensing action, a semiconductor laser
A, the incident oscillation light from the semiconductor laser, is incident on the second optical element, the light having a wavelength selected in which is reflected and diffracted by the second optical element to the surface emission end of the semiconductor laser To emit light from the surface emission end.
It is a configuration, wherein to Rukoto the oscillating light.
【０００７】[0007]
【作用】本発明は、発振レーザ光を波長選択して、レー
ザ出射端面にもどすことにより、半導体レーザの波長を
安定化させる第２の光学素子と、レーザ光を、例えば、
コリメートさせたり、集光させたりする、第１の光学素
子を、同一基板上に形成した構造であるため、小形にな
り、これらの光学素子の位置合わせも、公知のプレーナ
技術で容易に正確にでき（作製と同時に位置合わせが行
えるので、作製後の組立の必要がない）、また構造も安
定になり、またこれらの光学素子は、どちらをも含む金
型を作製し、光学素子を同時に複製することにより、相
対的位置関係を保ったままで、一度に製造できる。According to the present invention, a second optical element for stabilizing the wavelength of a semiconductor laser by selecting the wavelength of an oscillation laser beam and returning it to a laser emission end face,
Since the first optical element for collimating or condensing light is formed on the same substrate, the first optical element becomes compact, and the alignment of these optical elements can be easily and accurately performed by a known planar technology. Can be performed (positioning can be performed at the same time as fabrication, so there is no need to assemble after fabrication), and the structure is stable, and these optical elements can be manufactured in molds that include both, and the optical elements can be duplicated simultaneously. By doing so, they can be manufactured at once while maintaining the relative positional relationship.
【０００８】[0008]
【実施例】図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の第１
の実施例の光学デバイスの基本構成を示す断面図、上面
図であり、図２は、本発明の第１の実施例の光学デバイ
スにおいて、各波長の反射回折の様子を示す側面図であ
る。本発明の第１の実施例を図１、２を用いて詳細に説
明する。1 (a) and 1 (b) show a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view and a top view showing a basic configuration of the optical device according to the first embodiment. FIG. 2 is a side view showing the state of reflection and diffraction at each wavelength in the optical device according to the first embodiment of the present invention. A first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
【０００９】本発明の第１の実施例の光学デバイスは、
図１に示すように、例えば４.５ｍｍ厚のガラス基板５
の表面に、第１の光学素子２と、その回りに第２の光学
素子３を形成し、第１の光学素子２の中央真下の基板５
の裏面に、半導体レーザ１を設けている。第１の光学素
子２は、口径が例えば１ｍｍの透過形のマイクロフレネ
ルレンズであり、点光源をコリメートするように設定さ
れている。このマイクロフレネルレンズは、例えば、最
大溝深さが１.３μmの同心円の鋸歯形状グレーティング
からなり、外周にいくほど周期が小さくなる構造をして
いる。第２の光学素子３は、反射形で集光作用を有する
反射形回折光学レンズであり、口径が例えば１ｍｍ〜
１.３ｍｍのドーナツ形で、点光源を、同じ位置に焦点
をもつように反射集光するように設定されている。この
光学素子３は、例えばＡｇやＡｌ、Ａｕ等の金属層また
は誘電体の多層膜の反射層６を上面に設けた、例えば最
大溝深さが０.２４μmの同心円の鋸歯形状反射形グレー
ティングからなる。グレーティング周期は、最内周から
最外周まで、例えば２.４μmから１.８μmまで徐々に小
さくなっている。この素子３は反射形のマイクロフレネ
ルレンズの外周部分に相当する。An optical device according to a first embodiment of the present invention comprises:
As shown in FIG. 1, for example, a 4.5 mm thick glass substrate 5
A first optical element 2 and a second optical element 3 formed around the first optical element 2 are formed on the surface of the
The semiconductor laser 1 is provided on the back surface of. The first optical element 2 is a transmission-type micro Fresnel lens having a diameter of, for example, 1 mm, and is set to collimate a point light source. This micro Fresnel lens is formed of, for example, a concentric saw-toothed grating having a maximum groove depth of 1.3 μm, and has a structure in which the period decreases toward the outer periphery. The second optical element 3 is a reflection type diffractive optical lens having a condensing function in a reflection type and has an aperture of, for example, 1 mm to
A 1.3 mm donut shape is set so that a point light source is reflected and collected so as to have a focal point at the same position. The optical element 3 is made of, for example, a concentric saw-toothed reflection grating having a maximum groove depth of 0.24 μm provided with a reflection layer 6 of a metal layer of Ag, Al, Au, or the like or a dielectric multilayer film on the upper surface. Become. The grating period gradually decreases from the innermost circumference to the outermost circumference, for example, from 2.4 μm to 1.8 μm. The element 3 corresponds to an outer peripheral portion of a reflection type micro Fresnel lens.
【００１０】半導体レーザ１の表面出射端９からの発振
光４（例えば、中心波長が０．７８μm周辺）は、基板
５内を通って、発振光の周辺部分４Ｂは、第２の光学素
子３に入射する。第２の光学素子３に入射した発振光４
Ｂは、例えば、５０％の回折効率で反射回折されて、選
択された波長（例えば０．７８０μm）での反射１次回
折光７のみが、半導体レーザ１の表面出射端９に集光さ
れて入射する。入射光量は、表面出射端９の反射率に依
存していたが、本実施例では、全発振光量の、例えば、
５％から３３％を入射光量としたが、これは、表面出射
端９のほぼ反射率（例えば５％）以上にすれば、波長変
動を抑制する効果があった。図２に示しているように、
（図２では、選択波長を基準にした波長差Δλの光に対
して、それぞれ集光の様子を示し、光線を示す実線は波
長が選択波長λのとき（Δλ＝０）のときで、１点鎖
線、点線は、それぞれ、Δλ＞０のとき、Δλ＜０のと
きである。他の波長（例えば０．７７〜０．７９μm）
の１次回折光は、第２の光学素子３での回折角が異なる
ため、表面出射端９にはほとんど入射しない（Δλ＞０
のときは焦点距離が短くなり、Δλ＜０のときは、逆に
長くなる）。これにより、レーザ発振波長が、選択波長
に引きずり込まれ、同一の表面出射端９から安定波長の
発振光４として、出射される。この発振光中央部４Ａ
は、第１の光学素子２により、コリメートされて、平行
出射光８として出力する。例えば、光ディスクのピック
アップ等の光学システムに利用するにはこの光８を用い
る。本実施例では、反射回折光として、１次のものを用
いたが、２次等の他の次数の回折光を用いてもよい。The oscillating light 4 (for example, having a center wavelength of about 0.78 μm) from the front emission end 9 of the semiconductor laser 1 passes through the substrate 5, and the peripheral portion 4 B of the oscillating light passes through the second optical element 3. Incident on. Oscillation light 4 incident on the second optical element 3
B is reflected and diffracted at a diffraction efficiency of, for example, 50%, and only the reflected first-order diffracted light 7 at a selected wavelength (for example, 0.780 μm) is condensed and incident on the front emission end 9 of the semiconductor laser 1. I do. Although the incident light amount depends on the reflectivity of the front emission end 9, in the present embodiment, for example,
Although the incident light amount is set to 5% to 33%, if the incident light amount is set to be substantially equal to or more than the reflectance (for example, 5%) of the front emission end 9, there is an effect of suppressing the wavelength fluctuation. As shown in FIG.
(In FIG. 2, the state of focusing is shown for each of the lights having a wavelength difference Δλ based on the selected wavelength, and the solid line indicating the light ray indicates that the light is 1 when the wavelength is the selected wavelength λ (Δλ = 0) and 1 chain line point, the dotted line, respectively, when [Delta] [lambda]> 0, is when the [Delta] [lambda] <0. other wavelengths (e.g. 0.77～0.79Myuemu)
Of the first order diffracted light at the second optical element 3 has a different diffraction angle, and therefore hardly enters the front emission end 9 (Δλ> 0).
, The focal length becomes shorter, and when Δλ <0, the focal length becomes longer.) As a result, the laser oscillation wavelength is dragged to the selected wavelength, and emitted from the same surface emission end 9 as oscillation light 4 having a stable wavelength. This oscillation light central part 4A
Are collimated by the first optical element 2 and output as parallel emitted light 8. For example, this light 8 is used for an optical system such as an optical disk pickup. In the present embodiment, a first-order diffracted light is used as the reflected diffracted light, but a diffracted light of another order such as the second order may be used.
【００１１】第２の光学素子は、半導体レーザ１へのフ
ィードバック用として用いているが、基板５の外周部に
ドーナツ形に形成することにより、中央部の発振光４Ａ
の光量を減らすことがなく、また、発振光周辺部４Ｂ
は、ビーム成形のため、従来では多くの場合、故意に用
いていなかったが、本実施例の光学デバイスでは、この
光４Ｂを有効利用するという効果がある。また、通常半
導体レーザ１からの発振光は円形ではなく細長い楕円で
あるため、その楕円の長軸方向に合わせるように、第２
の光学素子３をドーナツ形の両端に部分的に形成しても
よい。The second optical element is used for feedback to the semiconductor laser 1. However, by forming the second optical element in a donut shape on the outer peripheral portion of the substrate 5, the oscillation light 4A at the central portion is formed.
Without reducing the amount of light of the
Is not intentionally used in many cases because of beam shaping, but the optical device of this embodiment has an effect of effectively utilizing the light 4B. Since the oscillation light from the semiconductor laser 1 is usually not a circle but an elongated ellipse, the second
May be partially formed at both ends of the donut shape.
【００１２】このように、本発明者は、波長選択するグ
レーティングとレンズの働きを、第２の光学素子３にさ
せ、これを、出射光４をコリメートする第１の光学素子
２と同一基板５上に形成することにより、光学デバイス
が小形になり、これらの光学素子の位置合わせも、公知
のプレーナ技術で容易に正確にでき、作製と同時に位置
合わせが行えるので、作製後の組立の必要もなくなり、
また構造も安定になり、非常に効果があることを発見し
た。As described above, the present inventor allows the second optical element 3 to perform the function of the grating and the lens for selecting the wavelength, and transfers the function of the second optical element 3 to the same substrate 5 as the first optical element 2 for collimating the outgoing light 4. By forming the optical device on the optical device, the size of the optical device can be reduced, and the alignment of these optical elements can be easily and accurately performed by a known planar technology. Gone
They also found that the structure was stable and very effective.
【００１３】本実施例の第２の光学素子３は、レーザ１
の表面出射端９から素子２、３の形成したガラス面まで
の距離をａとすると、位相シフト関数として、Φ（ｒ）
＝４πｎ／λ・（（ａ 2 ＋ｒ 2 ） 1/2 −ａ）−２ｍπで与
えられる。ただし、λは、光の波長、ｒは、レンズ３の
中心からの距離、ｎは基板５の屈折率である。ｍは０≦
Φ≦２πを満たす整数である。これは近似的に、焦点距
離がｆ＝ａ／２のレンズである。The second optical element 3 of this embodiment is a laser 1
Assuming that the distance from the front emission end 9 of the device to the glass surface formed with the elements 2 and 3 is a, as a phase shift function, Φ (r)
= 4πn / λ · ((a 2 + r 2 ) 1/2 -a) -2mπ. Here, λ is the wavelength of light, r is the distance from the center of the lens 3, and n is the refractive index of the substrate 5. m is 0 ≦
It is an integer satisfying Φ ≦ 2π. This is approximately a lens with a focal length f = a / 2.
【００１４】光学素子２、３の製造方法としては、公知
のプレーナ技術の１つである電子ビーム描画法を用い
た。すなわち、ガラス板５上にコーティングした、例え
ば、ＰＭＭＡやＣＭＳ等の電子ビームレジストに第１と
第２の光学素子２、３に対応するように、電子ビームを
同心円状に照射し、現像処理を行なうことにより、膜厚
を変化させ、その後、第２の光学素子３上のみに反射層
６を堆積した。大量生産は、反射層６を堆積する前に、
第１と第２の光学素子を同時に含む金型を作製し、例え
ば、ＵＶ硬化樹脂を用いて金型から複製し、反射層６を
堆積すれば原盤と同一の光学素子２、３が同時に、相対
的位置関係を保ったままで作製でき、本発明の光学デバ
イスが、低価格で製造可能である。また、光学素子２、
３が、熱的に問題がある場合は、現像後、イオンビーム
エッチングや、弗酸等でガラス板５に転写すると熱的に
も安定になる。As a method for manufacturing the optical elements 2 and 3, an electron beam drawing method, which is one of known planar technologies, was used. That is, an electron beam resist, such as PMMA or CMS, coated on the glass plate 5 is concentrically irradiated with an electron beam so as to correspond to the first and second optical elements 2 and 3, and the developing process is performed. By doing so, the film thickness was changed, and thereafter, the reflective layer 6 was deposited only on the second optical element 3. For mass production, before depositing the reflective layer 6,
When a mold including the first and second optical elements is manufactured at the same time, and the mold is duplicated from the mold using, for example, a UV curable resin, and the reflective layer 6 is deposited, the same optical elements 2 and 3 as the master are simultaneously formed. The optical device of the present invention can be manufactured at a low cost while maintaining the relative positional relationship. Also, the optical element 2,
In the case where No. 3 has a thermal problem, it is thermally stable when transferred to the glass plate 5 by ion beam etching or hydrofluoric acid after development.
【００１５】本実施例では、光学素子２、３を構成する
グレーティングのパターン形状は円形としたが、半導体
レーザ１からの出射光４の発散球面波は、一般に非点収
差が発生するため、グレーティングのパターン形状を楕
円形とすることにより、逆の方向に非点収差を発生させ
て無収差にすることも可能である。また、本実施例で
は、光学素子２、３を構成するグレーティングの断面形
状は鋸歯形状にしたが、これは、矩形形状でも、回折効
率は悪くなるが、同様の効果がある。さらに、本実施例
では、第１の光学素子を回折形のレンズとしたが、屈折
形の平凸レンズでも、レンズ厚が大きくなるものの一体
化としての効果はある。In this embodiment, the gratings constituting the optical elements 2 and 3 have a circular pattern shape. However, since the diverging spherical wave of the light 4 emitted from the semiconductor laser 1 generally causes astigmatism, the grating By making the pattern shape of an ellipse, it is possible to generate astigmatism in the opposite direction to make it astigmatic. In this embodiment, the gratings constituting the optical elements 2 and 3 have a saw-toothed cross-sectional shape. Even if the grating has a rectangular shape, the diffraction efficiency is deteriorated, but the same effect is obtained. Furthermore, in the present embodiment, the first optical element is a diffractive lens, but a refracting plano-convex lens has an effect of being integrated although the lens thickness is increased.
【００１６】また、第１の光学素子２と半導体レーザ１
の位置合わせが、第２の光学素子３を設けたことによっ
て、第２の光学素子３からの反射１次回折光が、表面出
射端９にくるようにすればよいため、簡単になる。ま
た、出射光８の波長をモニターして、設計波長になるよ
うに位置合わせを行なえば、位置合わせの自動化も容易
にできるという効果もある。The first optical element 2 and the semiconductor laser 1
Is simplified by providing the second optical element 3 so that the reflected first-order diffracted light from the second optical element 3 comes to the front emission end 9. Further, if the wavelength of the emitted light 8 is monitored and the alignment is performed so as to be the designed wavelength, there is an effect that the alignment can be easily automated.
【００１７】図３は本発明の第２の実施例の光学デバイ
スの基本構成を示す断面図（ａ）と上面図（ｂ）であ
る。第１の実施例と異なる点について説明する。FIG. 3 is a sectional view (a) and a top view (b) showing the basic structure of an optical device according to a second embodiment of the present invention. The differences from the first embodiment will be described.
【００１８】本実施例では、基板５Ａとして、左下部
を、基板５Ａ下面から例えば、３０°の角度で斜め方向
に切断した、例えば厚さ４ｍｍのガラス板を用い、その
切断部分に、半導体レーザ１の表面出射端９を垂直に設
置してある。表面出射端９から出射された発振光４は、
基板５Ａ上面に形成した第１、第２の光学素子２Ａ、３
Ａに、垂直方向から例えば３０°の斜角度で入射する。
第１の光学素子２Ａを取り囲むように形成した第２の光
学素子３Ａに入射した発振光４Ｂは、第１の実施例と同
じく、選択波長の反射１次回折光７が表面出射端９に入
射し、波長を選択波長で固定化する。第１の光学素子２
Ａに入射した発振光４Ａは、反射コリメートされて、基
板下面に設けた反射層６Ａに反射され、基板５Ａを通過
し、外部にコリメートされた出射光８として出射され
る。基板５Ａの表面から斜め方向外部に、出射光８を出
射させることによって、通常の半導体レーザ光が細長い
楕円であるが、発振光４の楕円の長軸を、基板５Ａ内を
伝搬する発振光４の光軸（または、半導体レーザ１から
第１の光学素子２Ａへの光軸）と平行になるように、半
導体レーザ１を設置することにより、その楕円率が小さ
くなり（円形に近づき）、ビーム成形される効果があ
る。[0018] In this embodiment, as the substrate 5 A, the lower left portion, for example, the substrate 5 A lower surface, and cut in an oblique direction, for example, a glass plate having a thickness of 4mm used at an angle of 30 °, to the cutting portion, The front emission end 9 of the semiconductor laser 1 is installed vertically. The oscillation light 4 emitted from the front emission end 9 is
First and second optical elements 2A formed on the substrate 5 A top, 3
A is incident on A at an oblique angle of, for example, 30 ° from the vertical direction.
The oscillating light 4B incident on the second optical element 3A formed so as to surround the first optical element 2A has the reflected first-order diffracted light 7 of the selected wavelength incident on the front emission end 9 similarly to the first embodiment. , The wavelength is fixed at the selected wavelength. First optical element 2
Oscillation light 4A incident on A is reflected collimated, reflected on the reflective layer 6A provided on the lower surface of the substrate, through the substrate 5 A, is emitted as an outgoing light 8 is collimated to the outside. Obliquely outward from the surface of the substrate 5 A, by emitting the outgoing light 8, usually of a semiconductor laser beam is an elongated ellipse, the major axis of the ellipse of the oscillation light 4, propagates in the substrate 5 A oscillation By setting the semiconductor laser 1 so as to be parallel to the optical axis of the light 4 (or the optical axis from the semiconductor laser 1 to the first optical element 2A), the ellipticity is reduced (closer to a circle). There is an effect of beam shaping.
【００１９】第１の光学素子２Ａは、例えば、長軸方向
１ｍｍ、短軸方向０.８６ｍｍのサイズの反射形でしか
も斜入射用（例えば３０°の斜入射角）の回折光学マイ
クロレンズで、第２の光学素子３Ａも、例えば、長軸方
向１ｍｍから１.３ｍｍ、短軸方向０.８６ｍｍから１.
１ｍｍのサイズの斜入射用の反射形回折光学レンズであ
り、どちらの素子２Ａ、３Ａの上面にも反射層６Ａ’を
堆積している。第１の光学素子２Ａは、構成するグレー
ティングは、断面が鋸歯形状で、パターン形状は楕円形
であり、楕円形の中心位置は、外周部にいくにしたがっ
て、楕円形の光源１側の長軸方向とは逆方向に、徐々に
ずれており、それぞれ、斜入射で生じる非点収差、コマ
収差を補正した構造になっている。第２の光学素子３Ａ
は、断面が矩形形状で、平面的には、放物線状のグレー
ティングが、光源１側に近づくにつれて、周期と曲率が
徐々に大きくなる構造をしている。The first optical element 2A is, for example, a diffractive optical microlens having a size of 1 mm in the major axis direction and 0.86 mm in the minor axis direction and a diagonal incidence (for example, an oblique incidence angle of 30 °). The second optical element 3A is also, for example, from 1 mm to 1.3 mm in the major axis direction and from 0.86 mm to 1.80 mm in the minor axis direction.
This is a reflection type diffractive optical lens for oblique incidence having a size of 1 mm, and a reflection layer 6A 'is deposited on the upper surfaces of both elements 2A and 3A. The grating that forms the first optical element 2A has a sawtooth-shaped cross section and an elliptical pattern, and the center of the ellipse is closer to the outer periphery toward the major axis of the elliptical light source 1 side. It is gradually shifted in the direction opposite to the direction, and has a structure in which astigmatism and coma caused by oblique incidence are corrected, respectively. Second optical element 3A
Has a rectangular cross section, and has a structure in which a parabolic grating gradually increases in period and curvature as it approaches the light source 1 side.
【００２０】本実施例では、基板５上に第１と第２の光
学素子２Ａ，３Ａを形成した構造について述べたが、以
下述べる第３、４の実施例ともに、さらに多くの光学素
子を同一基板５上に形成して、ジグザグ光路を利用して
光学的処理を行なわせる、公知のプレーナ光学系にも用
いることができる。In this embodiment, the structure in which the first and second optical elements 2A and 3A are formed on the substrate 5 has been described. However, in the third and fourth embodiments described below, more optical elements are the same. It can also be used for a known planar optical system which is formed on the substrate 5 and performs optical processing using a zigzag optical path.
【００２１】図４は本発明の第３の実施例の光学デバイ
スの基本構成を示す断面図（ａ）と下面図（ｂ）であ
る。第２の実施例と異なる点について説明する。FIG. 4 is a sectional view (a) and a bottom view (b) showing the basic structure of an optical device according to a third embodiment of the present invention. The differences from the second embodiment will be described.
【００２２】本実施例では、半導体レーザ１、第２の光
学素子３Ｂ、第１の光学素子２Ｂをすべて、例えば１．
５ｍｍ厚の基板５の下面にこの順で設けている。基板５
下面に傾けて設置した半導体レーザ１からの発振光４
は、基板５内をジグザグ伝搬する形で、第２の光学素子
３Ｂに入射し、出射する反射１次回折光７は、逆向きに
ジグザグ伝搬する形で、半導体レーザ１の表面出射端９
に入射し、発振波長を固定化する。第２の光学素子３Ｂ
から出射された０次回折光（透過光）は、さらにジグザ
グ伝搬する形で、第１の光学素子に入射し、コリメート
されて、出射光８として、取り出すものである。In this embodiment, all of the semiconductor laser 1, the second optical element 3B and the first optical element 2B are, for example, 1.
It is provided in this order on the lower surface of the substrate 5 having a thickness of 5 mm. Substrate 5
Oscillation light 4 from the semiconductor laser 1 installed at an angle on the lower surface
Is incident on the second optical element 3B in a zigzag manner in the substrate 5, and the reflected first-order diffracted light 7 is emitted in a zigzag manner in the opposite direction.
To fix the oscillation wavelength. Second optical element 3B
The zero-order diffracted light (transmitted light) emitted from the optical element is further incident on the first optical element in a zigzag manner, collimated, and extracted as emitted light 8.
【００２３】本実施例では、第２の実施例と比べて、光
源１からコリメータレンズである第１の光学素子２Ｂま
での光路長を長くとれるため、基板５の厚さを薄くで
き、あるいは第１の光学素子２Ｂは長焦点でよいため設
計作製が楽になる。さらに、第２の光学素子３Ｂの大き
さが第１の光学素子２Ｂのおよそ半分ですむため、電子
ビーム描画で作製するとき、作製が楽になる。[0023] In this embodiment, as compared with the second embodiment, since the take long first optical path length to the optical element 2 B from the light source 1 is a collimator lens, it can reduce the thickness of the substrate 5, or first optical element 2 B becomes easier to design manufactured for a good long focus. Further, since the size of the second optical element 3B is about half the size of the first optical element 2B, the production becomes easier when producing by electron beam lithography.
【００２４】図５は本発明の第４の実施例の光学デバイ
スの基本構成を示す断面図（ａ）と下面図（ｂ）であ
る。第３の実施例と異なる点について説明する。FIG. 5 is a sectional view (a) and a bottom view (b) showing the basic structure of an optical device according to a fourth embodiment of the present invention. The differences from the third embodiment will be described.
【００２５】本実施例では、半導体レーザ１、第１の光
学素子２Ｃ、第２の光学素子３Ｃをすべて、例えば、３
ｍｍ厚の基板５の下面にこの順で設けている。基板５下
面に傾けて設置した半導体レーザ１からの発振光４は、
基板５内をジグザグ伝搬する形で、第１の光学素子２Ｃ
に入射し、コリメートされ、さらにジグザグ伝搬する形
で、均一周期の直線グレーティングである第２の光学素
子３Ｃに入射し、その反射１次回折光７は、逆向きにジ
グザグ伝搬する形で、第１の光学素子２Ｃをへて半導体
レーザ１の表面出射端９に入射し、発振波長を固定化す
る。第２の光学素子３Ｃから出射された０次回折光（透
過光）は、基板５内を伝搬して出射光８として、取り出
すものである。In this embodiment, the semiconductor laser 1, the first optical element 2C, and the second optical element 3C are all
It is provided in this order on the lower surface of the substrate 5 having a thickness of mm. The oscillating light 4 from the semiconductor laser 1 installed at an inclination on the lower surface of the substrate 5 is
The first optical element 2C is transmitted in a zigzag manner in the substrate 5.
Is incident on the second optical element 3C, which is a linear grating having a uniform period, in a form of being collimated and further propagated in a zigzag manner. Through the optical element 2C, and enters the front emission end 9 of the semiconductor laser 1 to fix the oscillation wavelength. The zero-order diffracted light (transmitted light) emitted from the second optical element 3C propagates through the substrate 5 and is extracted as emitted light 8.
【００２６】本実施例では、第２の光学素子３Ｃは、均
一周期の直線グレーティングでよいため、第３の実施例
と比べて設計作製が楽になるという効果がある。In the present embodiment, since the second optical element 3C may be a linear grating having a uniform period, there is an effect that the design and manufacture are easier than in the third embodiment.
【００２７】以上、本発明の光学デバイスについて、実
施例について述べたが、第１と第２の光学素子以外に第
３あるいは複数の他の光学素子を、同一基板上に形成し
ても同様の効果が得られる。また、これらの実施例の光
学デバイス以外に、それぞれの光学デバイスの構成を組
み合わせた光学デバイスも構成可能であり、同様の効果
を有するのは言うまでもない。Although the embodiments of the optical device of the present invention have been described above, the same applies when a third or a plurality of other optical elements are formed on the same substrate in addition to the first and second optical elements. The effect is obtained. In addition to the optical devices of these embodiments, an optical device combining the configurations of the respective optical devices can also be configured, and it goes without saying that the same effect is obtained.
【００２８】[0028]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、小形で、
光学アライメントが簡単で、しかも構造が安定で、製造
も容易な光学デバイスが実現可能であるという効果を有
する。According to the present invention as described above,
This has the effect that an optical device whose optical alignment is simple, whose structure is stable, and whose manufacture is easy can be realized.
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施例の光学デバイス
の基本構成を示す断面図 （ｂ）は同上面図FIG. 1A is a cross-sectional view showing a basic configuration of an optical device according to a first embodiment of the present invention; FIG.
【図２】本発明の第１の実施例の光学デバイスにおい
て、各波長の反射回折の様子を示すを示す側面図FIG. 2 is a side view showing the state of reflection diffraction at each wavelength in the optical device according to the first embodiment of the present invention.
【図３】（ａ）は本発明の第２の実施例の光学デバイス
の基本構成を示す断面図 （ｂ）は同上面図FIG. 3A is a cross-sectional view illustrating a basic configuration of an optical device according to a second embodiment of the present invention; FIG.
【図４】（ａ）は本発明の第３の実施例の光学デバイス
の基本構成を示す断面図 （ｂ）は同下面図FIG. 4A is a sectional view showing a basic configuration of an optical device according to a third embodiment of the present invention, and FIG.
【図５】（ａ）は本発明の第４の実施例の光学デバイス
の基本構成を示す断面図 （ｂ）は同下面図FIG. 5A is a sectional view showing a basic configuration of an optical device according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG.
【図６】従来の光学デバイスの構成を示す側面図FIG. 6 is a side view showing a configuration of a conventional optical device.
１ 半導体レーザ ２ 第１の光学素子 ３ 第２の光学素子 ４ 発振光 ５ 基板 ６ 反射層 ７ 反射１次回折光 ８ 出射光 ９ 表面反射端 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor laser 2 1st optical element 3 2nd optical element 4 Oscillation light 5 Substrate 6 Reflection layer 7 Reflected first-order diffracted light 8 Emitted light 9 Surface reflection end
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−148891（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−8385（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−276284（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−216881（ＪＰ，Ａ) 1992年（平成４年）春季応物学会予稿 集 30ｐ−Ｂ−９ Ｐ．844 ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ（1992）ＮＯ．６ Ｐ．68−75 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18 H01S 3/133──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (56) References JP-A-3-1488891 (JP, A) JP-A-3-8385 (JP, A) JP-A-2-276284 (JP, A) JP-A-2- 216881 (JP, A) 1992 (Heisei Era) Spring Proceedings of the Society of Applied Chemistry 30p-B-9 844 OPTRONICS (1992) NO. 6P. 68-75 (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) H01S 3/18 H01S 3/133
Claims (10)
素子と、上記基板上に形成した反射形でしかも回折形の
集光作用を有する第２の光学素子と、半導体レーザを有
し、上記半導体レーザからの発振光を、上記第２の光学
素子に入射させ、上記第２の光学素子によって反射回折
させた選択された波長を有する光を上記半導体レーザの
表面出射端に入射させ、上記表面出射端からの光を発振
光にすることを特徴とする光学デバイス。1. A semiconductor device comprising: a substrate; a first optical element formed on the substrate; a second optical element formed on the substrate having a reflective and diffractive light collecting function; and a semiconductor laser .
Then , oscillating light from the semiconductor laser is made incident on the second optical element, and light having a selected wavelength reflected and diffracted by the second optical element is made incident on a front emission end of the semiconductor laser. Oscillates light from the surface emitting end
Optical device according to claim to Rukoto to light.
ることを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。2. The optical device according to claim 1, wherein the first optical element is a diffractive optical element.
に形成してなり、半導体レーザからの発振光を、上記第
１の光学素子に入射させ、出射させることを特徴とする
請求項１に記載の光学デバイス。3. The second optical element is formed around the first optical element, and oscillates light from a semiconductor laser into and out of the first optical element. The optical device according to claim 1.
り、半導体レーザから上記第１の光学素子への光軸は基
板表面に対して垂直ではなく、傾いていることを特徴と
する請求項１に記載の光学デバイス。4. The optical element according to claim 1, wherein the first optical element is a reflection type optical element, and an optical axis from the semiconductor laser to the first optical element is not perpendicular to the substrate surface but is inclined. The optical device according to claim 1.
素子に入射させ、出射された０次回折光を、第１の光学
素子に入射させることを特徴とする請求項４に記載の光
学デバイス。5. The optical device according to claim 4, wherein oscillating light from the semiconductor laser is made incident on the second optical element, and the emitted zero-order diffracted light is made incident on the first optical element. device.
ーティングであって、半導体レーザからの発振光を、第
１の光学素子に入射させ、出射された光を、上記第２の
光学素子に入射させることを特徴とする請求項４に記載
の光学デバイス。6. The second optical element is a linear grating having a uniform period, in which oscillating light from a semiconductor laser is made incident on the first optical element, and emitted light is made into the second optical element. The optical device according to claim 4, wherein the light is incident on the optical device.
第１の光学素子への光軸と平行にさせるように上記半導
体レーザを設けることを特徴とする請求項４に記載の光
学デバイス。7. The optical device according to claim 4, wherein the semiconductor laser is provided so that the major axis of the ellipse of the oscillation light is parallel to the optical axis from the semiconductor laser to the first optical element. .
の、発振光に対する割合は、表面出射端の反射率以上に
することを特徴とする請求項１に記載の光学レンズ。8. The optical lens according to claim 1, wherein the ratio of the light incident on the front emission end of the semiconductor laser to the oscillation light is equal to or higher than the reflectance of the front emission end.
２の光学素子に入射させることを特徴とする請求項１に
記載の光学デバイス。 9. An oscillating light from a semiconductor laser is emitted from a substrate side.
2. The optical element according to claim 1,
An optical device as described.
る方法であって、第１の光学素子と第２の光学素子を同
時に含む金型を作製し、上記金形を用いて、第１の光学
素子と第２の光学素子を同時に複製することを特徴とす
る光学デバイスの製造方法。10. An optical device according to claim 1, wherein:
Producing a mold including the first optical element and the second optical element at the same time, and simultaneously duplicating the first optical element and the second optical element using the mold. Features
The method for manufacturing an optical device that.
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