JP3264056B2 - 短波長レーザ光源 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コヒーレント光を利用
する光情報処理分野、あるいは光応用計測制御分野、光
通信分野に使用する短波長レーザ光源および光情報処理
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光情報処理分野では光記録用短波長レー
ザ光源として１０ｍＷ以上の出力が必要である。青色レ
ーザ光源としては半導体レーザとその高調波発生が可能
な光波長変換素子の組み合わせが有望である。図１３に
従来の青色光を発生する短波長レーザ光源の構成を示
す。半導体レーザ２１から出た基本波Ｐ１はコリメータ
ーレンズ２４で平行化された後、フォーカスレンズ２５
で光波長変換素子２２に形成された光導波路２に集光さ
れる。この光導波路２内で基本波は高調波Ｐ２に変換さ
れ外部に取り出される。外部に取り出された高調波Ｐ２
はビームスプリッタ２６で一部直角に曲げられディテク
ター２７で検出し出力を一定に保つように半導体レーザ
２１に制御がかかる。このようにして一定の高調波Ｐ２
が取り出される。

【０００３】次に使用されている光波長変換素子につい
て詳しく説明する。図１４に従来の光波長変換素子の構
成図を示す。以下８７３ｎｍの波長の基本波に対する高
調波発生（波長４３７ｎｍ）について図を用いて詳しく
述べる（Kazuhisa YamamotoandKiminori Mizuuchi，”B
lue light generation by frequency doubling of alas
er diode in a periodically-domain inverted LiTaO3
waveguide”，IEEEPhotonics Technology Letters，Vo
l.4，No.5，P435-437，1992年、参照）。

【０００４】図１４に示されるようにＬｉＴａＯ₃基板
１に光導波路２が形成され、さらに光導波路２には周期
的に分極の反転した層３（分極反転層）が形成されてい
る。基本波と発生する高調波の伝搬定数の不整合を分極
反転層３と非分極反転層４の周期構造で補償することに
より高効率に高調波を出すことができる。まず、図１５
を用いて光波長変換素子における高調波増幅の原理を説
明する。分極反転していない非分極反転素子３１では分
極反転層は形成されておらずに分極反転方向は一方向と
なっている。この非分極反転素子３１では光導波路の進
行方向に対して高調波出力３１ａは増減を繰り返してい
るだけである。これに対して周期的に分極が反転してい
る分極反転波長変換素子（１次周期）３２では出力３２
ａは図１５に示されるように光導波路の長さＬの２乗に
比例して高調波出力は増大する。ただし分極反転におい
て基本波Ｐ１に対して高調波Ｐ２の出力が得られるのは
擬似位相整合するときだけである。この擬似位相整合が
成立するのは分極反転層の周期Λ１がλ／（２（Ｎ２ω
−Ｎω））に一致するときに限られる。ここでＮωは基
本波（波長λ）の実効屈折率、Ｎ２ωは高調波（波長λ
／２）の実効屈折率である。このように従来の光波長変
換素子は分極反転構造を基本構成要素としていた。

【０００５】この素子の製造方法について説明する。非
線形光学結晶であるＬｉＴａＯ₃基板１にＴａのパター
ンを蒸着とフォトにより幅数μｍの周期で形成してい
た。次に２６０℃の温度でプロトン交換を行った後、５
５０℃程度の温度で熱処理を行いＬｉＴａＯ₃基板１と
分極が反対向きに反転した分極反転層３を形成した。次
に再びＴａによるスリットを形成した後、ピロ燐酸（２
６０℃）中で１２分熱処理を行った後４２０℃で１分間
アニールを行い光導波路２を形成する。上記作製される
光波長変換素子は波長８７３ｎｍの基本波Ｐ１に対し
て、光導波路の長さを１０ｍｍ、基本波Ｐ１のパワーを
３７ｍＷにしたとき高調波Ｐ２のパワー１．１ｍＷが得
られていた。また光波長変換素子の基本波波長に対する
許容幅は０．１ｎｍと狭く半導体レーザのモードホッ
プ、波長広がりを許すことはできない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような半導体レ
ーザを基本とした短波長レーザ光源では半導体レーザの
信頼性を考えると１００ｍＷ以上で使用することは困難
であり、レンズの損失および光導波路との結合損失を考
えると利用できる基本波出力は５０〜７０ｍＷ程度であ
る。そのため高調波出力は２〜４ｍＷしか得られず短波
長レーザ光源の光情報処理分野での実用レベルである１
０ｍＷ以上の高調波を安定に得ることが困難であった。

【０００７】そこで本発明は、半導体レーザを基本とし
たコンパクトなレーザ光源として高出力な短波長光を得
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体レーザ
の駆動および波長安定化に新たな工夫を加えることによ
り高調波出射パワーの高出力化および安定化を可能とす
るものである。

【０００９】また、本発明の短波長レーザ光源によれ
ば、光導波路および分極反転層が形成された非線形光学
効果を有する基板より成る光波長変換素子と、グレーテ
ィングと、半導体レーザとを備え、前記光導波路上には
基本波に対する変調電極を備える。半導体レーザからの
基本波を前記変調電極への電圧印加によりカットオフと
することで変調しグレーティングにより半導体レーザに
帰還し、なおかつ基本波は光導波路中で高調波に変換さ
れるという手段を有する。

【００１０】また、本発明を応用した光情報処理装置に
よれば、光導波路および分極反転層が形成された非線形
光学効果を有する基板より成る光波長変換素子と、少な
くとも１つの半導体レーザと、前記半導体レーザを駆動
する電源と、グレーティングと、レンズと、ビームスプ
リッターを有する。前記光導波路中に前記半導体レーザ
からの光が入射し、光の一部が前記グレーティングによ
り半導体レーザに帰還され、また一部は光導波路中で高
調波に変換され、なおかつ光導波路から出射された高調
波がレンズおよびビームスプリッターを通過した後、媒
体に照射され、前記光導波路上には基本波に対する変調
電極を備え、半導体レーザからの基本波を前記変調電極
への電圧印加によりカットオフとすることで変調しグレ
ーティングにより半導体レーザに帰還し、なおかつ基本
波は光導波路中で高調波に変換されるという手段を有す
る。

【００１１】

【００１２】

【作用】上記したレーザ光源によれば光導波路の変調電
極に印加される電圧の制御により基本波のフィードバッ
クに変調をかけ瞬間的に高いピーク出力を得ることがで
き、これによって高調波の平均パワーの増大も可能とな
る。

【００１３】次に、本発明により一定の単一波長が得ら
れる理由を説明する。半導体レーザの駆動電流が変化す
ると半導体レーザの材料の屈折率が変化し、これに伴っ
て発振波長が変化しようとするが、グレーティングから
の帰還波長が一定のためその波長で発振を行う。つまり
発振波長λは、グレーティングの周期Λ、光導波路の屈
折率Ｎとすると、λ＝２ＮΛとなる。ここで周期Λおよ
び屈折率Ｎは一定であるため、発振波長λも一定とな
る。

【００１４】このようにして一定の幅の単一スペクトル
が得られ、これに位相整合波長を合わせることで安定で
かつ高出力の高調波光が得られる。

【００１５】

【実施例】本発明の短波長レーザ光源の第１の参考例に
ついて図を用いて説明する。図１に光波長変換素子を用
いて構成される短波長レーザ光源の一種である青色レー
ザ光源の構成図を示す。この青色レーザ光源は光導波路
２および周期的に分極反転層３が形成された非線形光学
効果を有する基板から成る光波長変換素子２２と半導体
レーザ２１と半導体レーザ２１を駆動する電源である高
周波電源より基本的に構成される。その製造方法として
はまずマウント２０に光波長変換素子２２を接着した。
次にＮＡが０．５のフォーカスレンズ２５および半波長
板２９をマウント２０中に挿入し固定した。次にＮＡが
０．３のコリメータレンズ２４、半導体レーザ２１を挿
入した後、半導体レーザ２１を駆動し基本波Ｐ１が光波
長変換素子２２の入射部１０に焦点を結ぶようにコリメ
ータレンズ２４および半導体レーザ２１を動かし出射す
る高調波Ｐ２が最大になるようにした後、固定を行っ
た。その後、光導波路２から出射される基本波Ｐ１に対
して透過し、かつ高調波Ｐ２を反射する波長選択ミラー
６１をマウント２０に取り付けた。次にピッチ０．５５
μｍのグレーティング９を取り付けた。図１で、半導体
レーザ２１は０．８６μｍの発振波長のものでＣＷ電源
より一定電流（以下これをＤＣバイアスとよぶ）をまた
高周波電源よりサイン状の高周波（１ＧＨｚ）が印加さ
れており平均パワー１００ｍＷの基本波Ｐ１が出射され
ている。この基本波Ｐ１がレンズ２４，２５および半波
長板２９を用いて光波長変換素子２２に入射し高調波Ｐ
２が発生する。半波長板２９は半導体レーザ２１と長さ
１０ｍｍの光波長変換素子２２に形成された光導波路２
との偏光方向を一致させるために挿入した。この光波長
変換素子２２では光導波路２の内部に５０ｍＷの基本波
Ｐ１が入射し、１２ｍＷの高調波が得られトータルの変
換効率は２４％であった。また、高調波の安定性は±１
％以下であった。高周波電源からの電気波形と高周波で
駆動された半導体レーザ２１より出射される基本波の波
形を図２（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示す。半導体レ
ーザ２１は電気波形（ａ）の高速性に応答できず緩和振
動を生じ瞬間パルス的に発振する。そしてこの場合の半
導体レーザ２１のピーク出力は１Ｗ程度となり高調波へ
の変換効率は２０％を上回ることとなる。この場合の半
導体レーザ２１の平均パワーは１００ｍＷと信頼性の点
で問題はない。変換されてでる高調波のパワーはＣＷに
比べて５〜１０倍程度アップした。図３に半導体レーザ
２１の平均パワーを１００ｍＷとした時の駆動周波数と
高調波出力の関係を示す。この周波数領域では駆動周波
数に対して高調波出力が比例して増加しており高い周波
数の方が有利である。これは周波数が増すと半導体レー
ザのパルス波形の半値幅が狭まるためと考えられる。図
４に高周波駆動と高周波重畳のそれぞれの場合の駆動方
法の違いを説明するための半導体レーザのＩ−Ｌ特性
（電流−出力特性）を示す。高周波重畳は単に半導体レ
ーザの安定化の目的で使用されるため半導体レーザの発
振のしきい値Ｉ_thを少し切ったところで使われる。つま
り図４（ａ）のようにピーク電流Ｉ_pと動作電流Ｉ_bの差
（Ｉ_p−Ｉ_b）は動作電流としきい値電流の差（Ｉ_b−Ｉ
_th）の大きくても２倍程度である。これに対して半導体
レーザのピークパワーの増加が目的の高周波駆動では少
なくとも（Ｉ_p−Ｉ_b）は（Ｉ_b−Ｉ_th）の３倍、通常で
は５〜１０倍はある。なお高周波の駆動パワーは１Ｗ以
上のときに特にピークパワーがアップする。又、ＤＣバ
イアスをかけた場合の方がかけない時に比べてピークパ
ワーが大きい。

【００１６】半導体レーザに高調波駆動を行うと高調波
出力の変動±１％以下に抑えることができた。高周波駆
動により半導体レーザ２１の発振波長は広がろうとする
がグレーティング９により半導体レーザ２１に光が帰還
されているので安定に単一波長のみが発振するためであ
る。

【００１７】本発明のレーザ光源に関連する第２の参考
例の構成を図を用いて説明する。図５に本参考例の短波
長レーザ光源の構成図を示す。短波長レーザ光源は基本
的にはＳｉサブマウント２０と半導体レーザ２１と光導
波路が形成された基板２２により構成される。また、光
波長変換素子２２の光導波路２上にはＴａ₂Ｏ₅によるグ
レーティング９が形成されている。Ｓｉマウント２０に
固定された半導体レーザ２１から出射された基本波Ｐ１
は直接光導波路２に導入される。これは、半導体レーザ
２１の活性層２３と光導波路２の位置が、Ｓｉサブマウ
ントに対し、同じ高さに調整されているためである。ま
た、半導体レーザには８００ＭＨｚの高周波が印加され
ている。光導波路２に入った光Ｐ１はグレーティングに
より一部が反射され半導体レーザに帰還される。そのた
め半導体レーザはグレーティングの周期と基板の屈折率
で決まる波長に固定され発振する。

【００１８】光導波路２はピロ燐酸中でのプロトン交換
により作製した。以下基板への光導波路およびグレーテ
ィング作製方法について説明する。ＬｉＴａＯ₃基板１
ａにＴａを厚み２０ｎｍ、スパッタ蒸着した後、通常の
フォトプロセスとドライエッチングを用いてＴａをパタ
ーニングする。次にプロトン交換を行った後、５５０℃
で熱処理し周期的に分極反転層を形成する。次に再びＴ
ａパターンを形成した。入射テーパ部を形成するため、
Ｔａによるパターンが形成されたＬｉＴａＯ₃基板の一
部をピロ燐酸中で２６０℃、３０分間浸し、プロトン交
換を行い、スリット直下に厚み１．２μｍの入射テーパ
部となるプロトン交換層を形成する。その後、４２０℃
の温度で２０分間熱処理する。これにより厚み５μｍの
入射テーパ部が形成される。さらに光導波路２を形成す
るために、ピロ燐酸中で２６０℃、１２分間プロトン交
換を行い、スリット直下に厚み０．５μｍのプロトン交
換層を形成した後、４２０℃の温度で１分間熱処理す
る。次にＴａ₂Ｏ₅６を膜として３０ｎｍの厚みで形成す
る。次にフォトリソとドライエッチングを用いてＴａ₂
Ｏ₅の周期的パターンを形成する。これがグレーティン
グ９となる。グレーティングの周期は１．９μｍであ
り、１次周期０．１９μｍの１０倍を用いている。この
ように周期は１次周期の整数倍であれば用いることがで
きる。その後、保護膜となるＳｉＯ₂５をスパッタによ
り厚み２μｍ形成する。この厚みを調整することで半導
体レーザの活性層と高さを一致させている。最後に研磨
により入出射面を形成する。光導波路２の厚みは１．９
μｍ、長さは６ｍｍである。また、グレーティングの反
射率は１０％である。この程度の反射量で充分波長安定
化が図れる。また、半導体レーザの全面をコーティング
する際反射率を０．５〜２．５％の範囲にすると安定に
波長ロックを行うことができた。さらに半導体レーザと
グレーティングの距離を９ｍｍ以上にした場合グレーテ
ィングの反射率１０％ではロックがはずれた。特に９ｍ
ｍ以下の距離で安定に使用できる。

【００１９】次に長さ８ｍｍのＳｉサブマウント２０上
に半導体レーザ２１の活性層側を下にしてボンディング
する。リード線を付けて半導体レーザを光らせながら、
光導波路が形成された光波長変換素子２２を光導波路か
ら出射する光Ｐ１が最大になるところで接着する。以上
の工程により、コンパクトなレーザ光源が作製できた。

【００２０】作製された短波長レーザ光源の高調波出力
は１０ｍＷ、そのときの半導体レーザの出力は６０ｍＷ
であった。本発明のレーザ光源では出力変化は見られず
非常に安定していた。

【００２１】次に本発明のレーザ光源の実施例を説明す
る。まず、本発明による短波長レーザ光源の実施例の構
造図を図６に示す。この実施例では、短波長レーザ光源
用光導波路としてＬｉＮｂＯ₃基板１中にプロトン交換
を用いて作製したプロトン交換光導波路２を用いたもの
である。図６で１は＋Ｚ板（Ｚ軸と垂直に切り出された
基板の＋側）のＬｉＮｂＯ₃基板、２は形成された光導
波路、３は分極反転層によるグレーティング、１０は光
Ｐ１の入射部、１２は光Ｐ１の出射部、１５は光導波路
上に形成されたＡｌの電極である。ＬｉＮｂＯ₃は電気
光学効果が大きく、電界により屈折率を変えることがで
きる。光導波路をカットオフ厚み近傍に作製しておくこ
とで、スイッチングつまり変調が可能である。つまり光
導波路に印加する電圧を変化させることで屈折率が低下
し、光導波路がカットオフとなりビームが伝搬できなく
なる。光導波路上に＋電圧を印加し光導波路の横をグラ
ンドに落としておくと電気力線が走り電界がかかる。こ
れにより光導波路の屈折率が低下し、導波光は基板へ放
射モードとして抜けていき、出射部からは出てこなくな
り、これによりスイッチングができる。電極幅は４μ
ｍ、電極間隔は５μｍ、厚みは２００ｎｍである。保護
膜であるＳｉＯ₂がないと金属である電極１５と光導波
路２が直接接触し伝搬損失が増加してしまう。また、こ
の素子の長さは１０ｍｍである。

【００２２】図６で光Ｐ１として半導体レーザ光Ｐ１
（波長８４０ｎｍ）を入射部１０より導波させたところ
シングルモード伝搬し、グレーティング３により帰還さ
れ半導体レーザは波長安定化された。電極１５に１０Ｖ
の電圧を加えることにより屈折率を１０^-4低下させ、ビ
ームをカットできた。このとき電界は２×１０⁶Ｖ／ｍ
である。図７に印加電圧波形と半導体レーザ出力波形を
示す。この電極にピーク電圧１０Ｖのパルス状変調電圧
（繰り返し１ｎｓ）を印加した。１０００ＭＨｚの周波
数の変調電圧に対して出力光もパルス応答していた。こ
のように電極に変調電圧を印加することで高いピーク出
力も得ることができる。

【００２３】なお、本実施例では基板として電気光学効
果の大きなＬｉＮｂＯ₃を用いたが他のＫＴＰ等の強誘
電体材料も有効である。また、光に対してマルチモード
伝搬では出力が不安定で実用的ではなく、シングルモー
ドが有効である。

【００２４】次に本発明に第３の参考例として光情報処
理装置の実施例について説明する。光情報処理装置の構
成を図８に示す。短波長レーザ光源の構成は第２の参考
例と同じである。本参考例ではＬｉＮｂＯ₃を基板とし
て用いた。高周波駆動された半導体レーザ２１より出射
された光Ｐ１は基板２２に形成されている光導波路２に
入射する。入射した光Ｐ１は光導波路２中を最低次モー
ドであるＴＭ₀₀モードで伝搬し、光導波路上に形成され
たグレーティングにより半導体レーザに一部帰還され
る。これにより、波長変換された高調波Ｐ２は光導波路
２より放射され、レーザビームとして使用される。この
ビームはレンズ４０により平行化された後、ビームスプ
リッタ４１を通過し、レンズ４２により記録のための媒
体である光ディスク４３に照射される。反射光は逆にレ
ンズ４２によりコリメートされビームスプリッタ４１で
反射され、レンズ４４で集光後、Ｓｉによるディテクタ
４５で信号が読み取られる。レンズ４２の材料はＳＦ８
（屈折率１．６８）であり、開口数（ＮＡ）は０．６で
ある。また、集光スポットサイズは１．１μｍであっ
た。ビームは安定であり、これにより高密度記録装置が
実現できた。また、短波長レーザ光源のサイズは８ｍｍ
角内のコンパクトなものとなっている。さらに、光ディ
スク面上からの戻り光に対しても、波長の変動はなく相
対雑音強度（ＲＩＮ）も−１４０ｄＢ／Ｈｚと良好であ
った。

【００２５】なお、レンズ材料としてＳＦ６等の高屈折
率、高分散なものも、レーザ波長が一定のため使用可能
である。また、光情報処理装置の構成は他にもレンズを
１つで構成するものやプリズムを用いるもの等各種構成
への適用が可能である。

【００２６】なお、Ｓｉをサブマウントとして用いたが
ＣｕやＣ等他の熱電導の良い材料であれば良い。また、
参考例では結晶としてＬｉＮｂＯ₃およびＬｉＴａＯ₃を
用いたが、ＫＮｂＯ₃、ＫＴＰ等の強誘電体、ＭＮＡ等
の有機材料にも適用可能である。

【００２７】本発明の短波長レーザ光源に関係する第４
の参考例について図を用いて説明する。図９に光波長変
換素子を用いて構成される短波長レーザ光源の一種であ
る青色レーザ光源の構成図を示す。ここでは半導体レー
ザの波長をロックするために透過フィルターを用いてい
る。また、この青色レーザ光源は光導波路２および周期
的に分極反転層３が形成された非線形光学効果を有する
基板から成る光波長変換素子２２と半導体レーザ２１と
半導体レーザ２１を駆動する電源である高周波電源より
基本的に構成される。その製造方法としてはまずマウン
ト２０に光波長変換素子２２を接着した。次にＮＡが
０．５のフォーカスレンズ２５および半波長板２９をマ
ウント２０中に挿入し固定した。次にＮＡが０．４のコ
リメータレンズ２４、半導体レーザ２１を挿入した後、
半導体レーザ２１を駆動し基本波Ｐ１が光波長変換素子
２２の入射部１０に焦点を結ぶようにコリメータレンズ
２４および半導体レーザ２１を動かし出射する高調波Ｐ
２が最大になるようにした後固定を行った。光導波路２
の出射面には、基本波Ｐ１に対して反射しかつ高調波Ｐ
２を透過する波長選択ミラー６１が蒸着で形成されてい
る。次に波長幅０．６ｎｍの透過フィルター５０を取り
付けた。透過フィルター５０の透過特性を図１０に示
す。透過フィルターは基本波と８０度の角度で入れられ
ている。完全に垂直にすると戻り光が生じるからであ
る。ピークで８０％以上の透過光が得られている。ま
た、透過波長は８６０ｎｍを中心に０．６ｎｍの半値幅
を持つ。特定の波長が透過後、光導波路出射部で反射さ
れた基本波は同じ光路を逆に進行し半導体レーザに帰還
され波長がロックされる。図９で半導体レーザ２１は８
６０ｎｍの発振波長のものでＣＷ電源より一定電流（以
下これをＤＣバイアスとよぶ）をまた高周波電源よりサ
イン状の高周波（６００ＭＨｚ）が印加されており平均
パワー５０ｍＷの基本波Ｐ１が出射されている。この基
本波Ｐ１がレンズ２４，２５および半波長板２９を用い
て光波長変換素子２２に入射し高調波Ｐ２が発生する。
半波長板２９は半導体レーザ２１と長さ１０ｍｍの光波
長変換素子２２に形成された光導波路２との偏光方向を
一致させるために挿入した。この光波長変換素子２２で
は光導波路２の内部に４０ｍＷの基本波Ｐ１が入射し、
１０ｍＷの高調波が得られトータルの変換効率は２５％
であった。また、高調波の安定性は±１％以下であっ
た。透過フィルターの角度合わせはグレーティングに比
べ３０倍程度尤度がありアライメントが非常に簡単であ
る。また、蒸着で膜を作製できるので量産化が容易であ
る。半導体レーザ２１は電気波形（ａ）の高速性に応答
できず緩和振動を生じパルス的に発振する。そしてこの
場合の半導体レーザ２１のピーク出力は１Ｗ程度となり
高調波への変換効率は２０％を上回ることとなる。この
場合の半導体レーザ２１の平均パワーは５０ｍＷと信頼
性の点で問題はない。この実施例では半導体レーザの出
射面と反射面との距離は１５ｍｍであり安定に波長がロ
ックされていた。１６ｍｍ以上では不安定であった。半
導体レーザの出射面での反射率はこの参考例では２％で
ある。実験では２．５％以内で安定してロックがかかっ
ていた。また、０．５％以内では半導体レーザは発振せ
ず位置合わせが困難であった。

【００２８】なお、本参考例では反射面を光導波路の出
射面としたが、入射面としても良い。この場合反射率３
％以上でロックがかかった。共焦点であるので光導波路
に光が入射すれば半導体レーザに帰還される。

【００２９】半導体レーザに高調波駆動を行うと高調波
出力の変動±１％以下に抑えることができた。高周波駆
動により半導体レーザ２１の発振波長は広がろうとする
が透過フィルターと反射面により半導体レーザ２１に光
が帰還されているので安定に単一波長のみが発振するた
めである。

【００３０】本発明の短波長レーザ光源に関連する第５
の参考例について図を用いて説明する。図１１に光波長
変換素子を用いて構成される短波長レーザ光源の一種で
ある青色レーザ光源の構成図を示す。ここでは半導体レ
ーザの波長をロックするために特定の波長の基本波を反
射する反射ミラーを用いている。また、この青色レーザ
光源は光導波路２および周期的に分極反転層３が形成さ
れた非線形光学効果を有する基板から成る光波長変換素
子２２と半導体レーザ２１と半導体レーザ２１を駆動す
る電源である高周波電源より基本的に構成される。高周
波を印加するため、この実施例では高周波モジュールを
用いた。出力は１０ｄＢｍのものを半導体レーザに近接
して取り付けた。図１１で半導体レーザ２１は９８０ｎ
ｍの発振波長のものでＣＷ電源より一定電流（以下これ
をＤＣバイアスとよぶ）をまた高周波モジュールにより
サイン状の高周波（６００ＭＨｚ）が印加されており平
均パワー５０ｍＷの基本波Ｐ１が出射されている。この
基本波Ｐ１がレンズ２４，２５および半波長板２９を用
いて光波長変換素子２２に入射し高調波Ｐ２が発生す
る。半波長板２９は半導体レーザ２１と長さ２０ｍｍの
光波長変換素子２２に形成された光導波路２との偏光方
向を一致させるために挿入した。半導体レーザからの基
本波は反射ミラー５１で一部反射され、半導体レーザは
波長がロックされる。図１２にこの反射ミラーの反射特
性を示す。９８０ｎｍに対しピークを持ち、１５％であ
る。そのため半導体レーザはこの反射波長にロックされ
る。この光波長変換素子２２では光導波路２の内部に３
０ｍＷの基本波Ｐ１が入射し、１０ｍＷの高調波が得ら
れトータルの変換効率は３３％であった。また、高調波
の安定性は±１％以下であった。半導体レーザ２１は電
気波形（ａ）の高速性に応答できず緩和振動を生じパル
ス的に発振する。そしてこの場合の半導体レーザ２１の
ピーク出力は５００ｍＷ程度となり高調波への変換効率
はＣＷに比べはるかに大きくなる。この場合の半導体レ
ーザ２１の平均パワーは５０ｍＷと信頼性の点で問題は
ない。なお反射ミラーの反射率は２０％以下、３％以上
が望ましい。反射率がこれ以上大きいと変換に使用でき
る出力が小さくなり、またこれ以上小さいとロックがか
からない。

【００３１】なお駆動パルス間隔に同期をとるように、
光パルスが半導体レーザに帰還されるよう光路長を決め
ると特に大きなパルス基本波パワーが得られ、結果とし
て高調波は増大する。具体的にはパルス間隔が１ｎｓの
時、基本波が出射されてから半導体レーザに帰還される
までの時間を１ｎｓにするために往復の光路長を３３ｃ
ｍにすれば良い。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ光
源によれば光導波路の変調電極に印加される電圧の制御
により基本波のフィードバックに変調をかけ瞬間的に高
いピーク出力を得ることができ、これによって高調波の
平均パワーの増大も可能となる。

【００３３】上記短波長レーザ光源を組み込んだ光情報
処理装置としては高出力で安定な短波長光を利用でき記
録密度が大幅に向上する。また、本発明の光情報処理装
置に波長安定なレーザ光源を用いることにより、簡単に
収差のないスポットを安定に得ることができる上に、媒
体からの戻り光にも強く、その実用的効果は極めて大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】短波長レーザ光源の第１の参考例の構造図

【図２】（ａ）半導体レーザに印加する電気波形図 （ｂ）半導体レーザに印加する半導体レーザの出力波形
図

【図３】高調波出力の駆動周波数依存性を示す特性図

【図４】（ａ）半導体レーザのＩ−Ｌ特性図で、ピーク
電流Ｉ_pと動作電流Ｉ_bの差（Ｉ_p−Ｉ_b）が（Ｉ_b−
Ｉ_th）の２倍程度の場合を示す図 （ｂ）半導体レーザのＩ−Ｌ特性図で、ピーク電流Ｉ_p
と動作電流Ｉ_bの差（Ｉ_p−Ｉ_b）が（Ｉ_b−Ｉ_th）の５倍
程度の場合を示す図

【図５】本発明の短波長レーザ光源の第２の参考例の構
造図

【図６】（ａ）本発明の光波長変換素子の実施例の構造
斜視図 （ｂ）本発明の光波長変換素子の実施例の構造断面図 （ｃ）本発明の光波長変換素子の実施例の構造上面図

【図７】（ａ）光波長変換素子への印加電圧図 （ｂ）光波長変換素子への半導体レーザの出力波形図

【図８】第３の参考例における光情報処理装置の構成図

【図９】短波長レーザ光源の第４の参考例の構造図

【図１０】透過フィルターの透過特性図

【図１１】本発明の光波長変換素子の第５の参考例の構
造図

【図１２】反射ミラーの反射特性図

【図１３】従来の短波長レーザ光源の構成図

【図１４】従来の光波長変換素子の構成図

【図１５】光波長変換の原理図

【符号の説明】

１ 基板 ２ 光導波路 ３ 分極反転層 ９ グレーティング １０ 入射テーパ部 １５ 電極 ２０ サブマウント ２１ 半導体レーザ ２２ 光波長変換素子 Ｐ１ 基本波 Ｐ２ 高調波 ４０、４２、４４ レンズ ４１ ビームスプリッター ５０ 透過フィルター ５１ 反射ミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 誠 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−66440（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−257184（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/37 H01S 5/06 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光導波路および分極反転層が形成された非
   線形光学効果を有する基板より成る光波長変換素子と、
   グレーティングと、半導体レーザとを備え、前記光導波
   路上には基本波に対する変調電極を備え、半導体レーザ
   からの基本波を前記変調電極への電圧印加によりカット
   オフとすることで変調しグレーティングにより半導体レ
   ーザに帰還し、なおかつ基本波は光導波路中で高調波に
   変換されることを特徴とする短波長レーザ光源。
2. 【請求項２】前記光導波路がカットオフ厚み近傍に設定
   されていることを特徴とする請求項１記載の短波長レー
   ザ光源。
3. 【請求項３】非線形光学効果を有する基板としてＬｉＮ
   ｂ_xＴａ_1-xＯ₃（０≦Ｘ≦１）基板を使用したことを特
   徴とする請求項１または２に記載の短波長レーザ光源。