JP3264080B2 - Short wavelength light generator - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光情報処理分野や光応
用計測制御分野において使用する短波長光発生装置に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a short wavelength light generator used in the field of optical information processing and the field of optical measurement and control.
【０００２】[0002]
【従来の技術】強誘電体材料からなる波長変換素子とし
て、LiTaO3を基板とする分極反転構造を有する導波路型
波長変換素子を従来例として挙げる。図５にLiTaO3結晶
を基板とした周期的な分極反転領域をもつ導波路型波長
変換素子の構成図を示す。以下0.87μｍの波長の基本波
に対する高調波発生（波長0.435μｍ）について図６を
用いて詳しく述べる。（K.Mizuuchi, K.Yamamoto and
T.Taniuchi, Applied Physics Letters, Vol 58, 2732
ページ, 1991年６月号、参照）図５に示されるようにLi
TaO3基板５に光導波路６が形成され、さらに光導波路６
には周期的に分極の反転した領域（分極反転領域７）が
形成されている。基本波Ｐ１と発生する高調波Ｐ２の伝
播定数の不整合を分極反転領域７および非分極反転領域
の周期構造で補償することにより高効率に高調波Ｐ２を
出すことができる。光導波路６の入射端面１９に基本波
Ｐ１を入射すると、光導波路６の出射端面２０から高調
波Ｐ２が効率良く発生され、波長変換素子として動作す
る。2. Description of the Related Art As a wavelength conversion element made of a ferroelectric material, a waveguide type wavelength conversion element having a domain-inverted structure using LiTaO 3 as a substrate will be described as a conventional example. FIG. 5 shows a configuration diagram of a waveguide type wavelength conversion element having a periodically domain-inverted region using a LiTaO 3 crystal as a substrate. Hereinafter, harmonic generation (wavelength: 0.435 μm) with respect to the fundamental wave having a wavelength of 0.87 μm will be described in detail with reference to FIG. (K. Mizuuchi, K. Yamamoto and
T. Taniuchi, Applied Physics Letters, Vol 58, 2732
Page, June 1991, see Li) as shown in FIG.
An optical waveguide 6 is formed on a TaO 3 substrate 5,
A region in which the polarization is periodically inverted (a domain-inverted region 7) is formed. By compensating for the mismatch between the propagation constant of the fundamental wave P1 and the generated harmonic P2 with the periodic structure of the domain-inverted region 7 and the non-domain-inverted region, the harmonic P2 can be emitted with high efficiency. When the fundamental wave P1 is incident on the incident end face 19 of the optical waveguide 6, the harmonic P2 is efficiently generated from the emission end face 20 of the optical waveguide 6, and operates as a wavelength conversion element.
【０００３】この素子の製造方法について説明する。ま
ずLiTaO3基板５に通常のフォトプロセスとドライエッチ
ングを用いてＴａを周期状（周期4.0μm）にパターニン
グする。次にＴａパターンが形成されたLiTaO3基板５に
260℃、30分間プロトン交換を行いＴａで覆われていな
いスリット直下に厚み0.8μｍのプロトン交換層を形成
する。次に590℃の温度で10分間熱処理する。熱処理の
上昇レートは10℃／分、冷却レートは50℃／分である。
これにより分極反転領域７が形成される。プロトン交換
層直下はＬｉが減少しておりキュリー温度が低下するた
め部分的に分極反転を行うことができる。次にＨＦ：Ｈ
ＮＦ3の１：１混合液にて2分間エッチングしＴａを除去
する。さらに上記分極反転層領域７にプロトン交換を用
いて光導波路６を形成する。光導波路用マスクとしてＴ
ａをストライプ状にパターニングを行うことでＴａマス
クに幅4.0μｍ、長さ12ｍｍのスリットを形成する。こ
のＴａマスクで覆われた基板７０１に２６０℃、１６分
間プロトン交換を行い0.5μｍの高屈折率層を形成す
る。Ｔａマスクを除去した後380℃で10分間熱処理を行
う。プロトン交換された保護マスクのスリット直下の領
域は屈折率が0.02程度上昇した光導波路６となる。[0003] A method of manufacturing this device will be described. First, Ta is patterned on the LiTaO 3 substrate 5 in a periodic manner (period: 4.0 μm) using a normal photo process and dry etching. Next, on the LiTaO 3 substrate 5 on which the Ta pattern was formed,
Proton exchange is performed at 260 ° C. for 30 minutes to form a 0.8 μm-thick proton exchange layer immediately below the slit not covered with Ta. Next, heat treatment is performed at a temperature of 590 ° C. for 10 minutes. The rate of heat treatment is 10 ° C./min, and the cooling rate is 50 ° C./min.
As a result, the domain-inverted regions 7 are formed. Immediately below the proton exchange layer, Li is reduced and the Curie temperature is lowered, so that domain inversion can be partially performed. Then HF: H
Etching is performed with a 1: 1 mixture of NF 3 for 2 minutes to remove Ta. Further, an optical waveguide 6 is formed in the domain-inverted layer region 7 using proton exchange. T as an optical waveguide mask
By patterning a into a stripe, a slit having a width of 4.0 μm and a length of 12 mm is formed in the Ta mask. Proton exchange is performed on the substrate 701 covered with the Ta mask at 260 ° C. for 16 minutes to form a 0.5 μm high refractive index layer. After removing the Ta mask, heat treatment is performed at 380 ° C. for 10 minutes. The region immediately below the slit of the proton-exchanged protective mask becomes the optical waveguide 6 whose refractive index has increased by about 0.02.
【０００４】この波長変換素子を用いた短波長光発生装
置について説明する。図６において１は0.87μm帯の140
mW級AlGaAs半導体レーザー、２はN.A.=0.5のコリメート
レンズ、３はλ／２板、４はN.A.=0.5のフォーカシング
レンズ、８はN.A.=0.6のコリメートレンズ、１０は半導
体レーザーの光軸に対して傾斜して設置されたグレーテ
ィングである。LiTaO3基板５上には光導波路６と周期的
に分極反転領域７が形成されている。コリメートレンズ
２で平行になったレーザー光は、λ／２板３で偏向方向
を回転され、フォーカシングレンズ４で分極反転型導波
路素子の光導波路６の端面に集光され、周期4.0μmの分
極反転領域７をもつ光導波路６を伝播し、光導波路６の
出射端面より出射される。光導波路６から出射した光は
コリメートレンズ８で平行光になり、波長選択ミラー９
を通過し、グレーティング１０に導かれる。波長選択ミ
ラー９は基本波に対し無反射、また高調波に対して高反
射になるように設計されている。グレーティング１０は
波長分散効果を持っていて、波長870nmの光が光導波路
６に再結合し、半導体レーザー１の活性層に帰還し、半
導体レーザー１の波長が分極反転型導波路素子の位相整
合波長である870nmに固定されるように、グレーティン
グ１０の角度は設定される。半導体レーザー１の光導波
路６内への入射光強度40mWに対し3.2mW（変換効率：200
％／Ｗ）のブルー光が得られ、波長選択ミラー９により
基本波と分離して取り出された。また、基本波にTi:Sap
phireレーザーを用いて、光導波路６内への入射光強度1
00mWに対し、20mWのブルー光が得られた。[0004] A short-wavelength light generator using this wavelength conversion element will be described. In FIG. 6, 1 is 140 in the 0.87 μm band.
mW class AlGaAs semiconductor laser, 2 is a collimating lens with NA = 0.5, 3 is a λ / 2 plate, 4 is a focusing lens with NA = 0.5, 8 is a collimating lens with NA = 0.6, and 10 is an optical axis of the semiconductor laser. It is a grating installed at an angle. On the LiTaO 3 substrate 5, an optical waveguide 6 and periodically poled regions 7 are formed. The laser beam collimated by the collimating lens 2 is rotated in the direction of deflection by the λ / 2 plate 3, condensed by the focusing lens 4 on the end face of the optical waveguide 6 of the polarization-inverted waveguide device, and has a polarization of 4.0 μm. The light propagates through the optical waveguide 6 having the inversion region 7 and is emitted from the emission end face of the optical waveguide 6. The light emitted from the optical waveguide 6 is converted into parallel light by the collimating lens 8,
And is guided to the grating 10. The wavelength selection mirror 9 is designed to be non-reflective to the fundamental wave and highly reflective to the harmonic. The grating 10 has a wavelength dispersion effect, and light having a wavelength of 870 nm is recombined into the optical waveguide 6 and returns to the active layer of the semiconductor laser 1, and the wavelength of the semiconductor laser 1 is adjusted to the phase matching wavelength of the domain-inverted waveguide device. The angle of the grating 10 is set so as to be fixed at 870 nm. 3.2 mW (conversion efficiency: 200) for an incident light intensity of 40 mW into the optical waveguide 6 of the semiconductor laser 1
% / W) of blue light was obtained, separated by the wavelength selection mirror 9 from the fundamental wave, and extracted. In addition, Ti: Sap
Using a phire laser, the incident light intensity 1 into the optical waveguide 6
Blue light of 20 mW was obtained with respect to 00 mW.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】波長変換材料の基板で
ある非線形光学結晶がＬｉＮｂxＴａ1-xＯ3（０≦ｘ≦
１）やＫxＲｂ1-xＴｉＯＭＯ4（０≦ｘ≦１、Ｍ＝Ｐま
たはＡｓ）等の他の強誘電体結晶である場合、高出力の
高調波に対して光誘起屈折率変化（光損傷）を生じる。
光誘起屈折率変化とは、光の照射によりトラップ状態に
あった電子が励起され、新しく空間電荷電界が生じ、電
気光学効果により局所的に屈折率変化が生じるというも
のである。光損傷は短波長領域で生じ易く、光の強度が
高いほど大きな屈折率低下が生じる。光導波路内の屈折
率が変化すると分極反転領域の周期が変化するため、位
相整合波長のシフトが1nm程度生じた。位相整合波長が
シフトすると、グレーティングにより半導体レーザーの
波長を再び位相整合波長に可変する必要がある。また、
入射パワーを高くし20ｍＷ以上の高調波光が得られる場
合には、光導波路の入射部と出射部での分極反転領域の
周期がことなるため、時間とともに位相整合波長の許容
度が広がり変換効率が低下し、得られる出力も不安定に
なる。The nonlinear optical crystal which is a substrate of the wavelength conversion material is LiNb x Ta 1 -x O 3 (0 ≦ x ≦
1) or another ferroelectric crystal such as K x Rb 1-x TiOMO 4 (0 ≦ x ≦ 1, M = P or As), the photo-induced refractive index change ( Light damage).
The photo-induced refractive index change means that the electrons in the trapped state are excited by light irradiation, a new space charge electric field is generated, and the refractive index is locally changed by the electro-optic effect. Optical damage is likely to occur in a short wavelength region, and the higher the light intensity, the more the refractive index decreases. When the refractive index in the optical waveguide changes, the period of the domain-inverted region changes, so that the phase matching wavelength shifts by about 1 nm. When the phase matching wavelength shifts, it is necessary to change the wavelength of the semiconductor laser to the phase matching wavelength again by the grating. Also,
When the incident power is increased and higher harmonic light of 20 mW or more is obtained, the period of the domain-inverted region at the entrance and exit of the optical waveguide differs, so that the tolerance of the phase matching wavelength increases with time and the conversion efficiency increases. And the resulting output becomes unstable.
【０００６】ＬｉＮｂxＴａ1-xＯ3（０≦ｘ≦１）やＫx
Ｒｂ1-xＴｉＯＭＯ4（０≦ｘ≦１、Ｍ＝ＰまたはＡｓ）
結晶は、非線形光学定数が大きく、また分極反転構造を
有する波長変換素子の場合、変換効率が高いので、得ら
れる短波長光の出力も大きく、そのため光誘起屈折率変
化の効果も大きく現れる。LiNb x Ta 1-x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) or K x
Rb 1-x TiOMO 4 (0 ≦ x ≦ 1, M = P or As)
The crystal has a large nonlinear optical constant and, in the case of a wavelength conversion element having a domain-inverted structure, has a high conversion efficiency, so that the output of the obtained short-wavelength light is large, so that the effect of the light-induced refractive index change is also significant.
【０００７】高調波光を安定に得るためには、基板であ
る非線形結晶の耐光損傷性を向上させる必要があり、耐
光損傷性を向上させるためには、結晶内部の電子の移動
度を高め、発生した空間電荷電界をキャンセルすること
が重要である。In order to stably obtain harmonic light, it is necessary to improve the light damage resistance of the nonlinear crystal as a substrate. In order to improve the light damage resistance, the mobility of electrons inside the crystal is increased by increasing the mobility. It is important to cancel the generated space charge electric field.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するため光波長変換素子に新たな工夫を加えること
により電子の移動度を高め耐光損傷性の向上し、安定な
出力の短波長光を提供するものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems by improving the mobility of electrons by improving the optical wavelength conversion element by improving the optical wavelength conversion element and improving the stability of the output. Wavelength light.
【０００９】つまり本発明は、 （１）半導体レーザと導波路型波長変換素子を有し、前
記導波路型波長変換素 子の導波路出射端面に反射膜が付
加され、前記導波路型波長変換素子で波長変換された高
調波光が前記導波路型波長変換素子の出射端面で反射
し、前記出射端面で反射した前記高調波光が前記導波路
型波長変換素子を再度伝播していることにより、空間電
荷電界が補償され、電荷分布が均一になり、前記導波路
型波長変換素子の導波路内の屈折率が光の伝搬方向に対
して一定にすることで、安定な短波長光発生装置を提供
するものである。 That is, the present invention provides (1) a semiconductor laser and a waveguide type wavelength conversion element,
With reflective film on the waveguide exit end face of Kishirube waveguide type wavelength converting element
And the wavelength converted by the waveguide type wavelength conversion element.
Harmonic light is reflected at the emission end face of the waveguide type wavelength conversion element
And the harmonic light reflected by the emission end face is reflected by the waveguide.
Due to the propagation of light through the
The charge field is compensated, the charge distribution becomes uniform and the waveguide
The index of refraction in the waveguide of the
To provide a stable short-wavelength light generator
Is what you do.
【００１０】[0010]
【作用】本発明の光波長変換素子は、短波長光によって
発生する電子の空間電荷分布を、短波長光の照射により
基板内の電子の移動度を高めることでキャンセルし、耐
光損傷性を向上しようとするもので、安定な高出力短波
調光の発生装置を実現するものである。The light wavelength conversion element of the present invention cancels out the space charge distribution of electrons generated by short-wavelength light by increasing the mobility of electrons in the substrate by irradiating short-wavelength light, thereby improving the light damage resistance. An object of the present invention is to realize a stable high-output short-wave dimming generator.
【００１１】[0011]
【実施例】本発明の参考例１では波長変換素子にピーク
波長が550nm以下の光が照射され、耐光損傷性の向上が
なされた短波長光発生装置について、図１を用いて説明
する。本参考例１では、波長変換素子として、強誘電体
材料LiTaO3基板上に形成された周期的な分極反転領域を
有する分極反転型導波路素子を用いた。分極反転領域及
び光導波路の形成方法は従来例と同様である。Embodiment 1 In Embodiment 1 of the present invention, a short-wavelength light generator in which light having a peak wavelength of 550 nm or less is applied to a wavelength conversion element to improve light damage resistance will be described with reference to FIG. In the present reference example 1 , a domain-inverted waveguide element having a periodically domain-inverted region formed on a ferroelectric material LiTaO 3 substrate was used as a wavelength conversion element. The method of forming the domain-inverted region and the optical waveguide is the same as in the conventional example.
【００１２】図１において１は0.87μm帯の140mW級AlGa
As半導体レーザー、２はN.A.=0.5のコリメートレンズ、
３はλ／２板、４はN.A.=0.5のフォーカシングレンズ、
８はN.A.=0.6のコリメートレンズ、１０は半導体レーザ
ーの光軸に対して傾斜して設置されたグレーティングで
ある。LiTaO3基板５上には光導波路６と周期的に分極反
転領域７が形成されている。紫外線ランプ１１（波長23
0〜500nm）は波長変換素子の耐光損傷性向上のために、
波長変換素子上に取り付けられている。コリメートレン
ズ２で平行光にされたレーザー光は、λ／２板３で偏向
方向を回転され、フォーカシングレンズ４で分極反転型
導波路素子の光導波路６の端面に集光され、周期4.0μm
の分極反転領域７をもつ光導波路６を伝播し、光導波路
６の出射端面より出射される。光導波路６から出射した
光はコリメートレンズ８で平行光になり、波長選択ミラ
ー９を通過し、グレーティング１０に導かれる。波長選
択ミラー９は基本波に対し無反射、また高調波に対して
高反射になるように、設計されている。グレーティング
１０は波長分散効果を持っていて、波長870nmの光が光
導波路６に再結合し、半導体レーザー１の活性層に帰還
し、半導体レーザー１の波長が分極反転型導波路素子の
位相整合波長である870nmに固定されるように、グレー
ティング１０の角度は設定される。半導体レーザー１の
光導波路６内への入射光強度40mWに対し3.2mW（変換効
率：200％／Ｗ）のブルー光が得られた。また、Ti:Sapp
hireレーザーを用いて、100mWの入射光強度に対して20m
Wのブルー出力が得られた。LiTaO3結晶は非線形光学定
数が大きく、さらに周期的な分極反転領域を有する波長
変換素子では変換効率も大きく、得られるブルー光も大
きいため、光誘起屈折率変化の効果も大きく現れる。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a 140 mW class AlGa in a 0.87 μm band.
As semiconductor laser, 2 is a collimating lens with NA = 0.5,
3 is a λ / 2 plate, 4 is a focusing lens with NA = 0.5,
Reference numeral 8 denotes a collimator lens having an NA of 0.6, and reference numeral 10 denotes a grating that is installed obliquely with respect to the optical axis of the semiconductor laser. On the LiTaO 3 substrate 5, an optical waveguide 6 and periodically poled regions 7 are formed. UV lamp 11 (wavelength 23
0-500nm) to improve the light damage resistance of the wavelength conversion element.
It is mounted on a wavelength conversion element. The laser light collimated by the collimating lens 2 is rotated in the direction of deflection by the λ / 2 plate 3, is condensed by the focusing lens 4 on the end face of the optical waveguide 6 of the domain-inverted waveguide element, and has a period of 4.0 μm.
The light propagates through the optical waveguide 6 having the domain-inverted region 7, and is emitted from the emission end face of the optical waveguide 6. The light emitted from the optical waveguide 6 becomes parallel light by the collimator lens 8, passes through the wavelength selection mirror 9, and is guided to the grating 10. The wavelength selection mirror 9 is designed so as to have no reflection on the fundamental wave and high reflection on the harmonics. The grating 10 has a wavelength dispersion effect, and light having a wavelength of 870 nm is recombined into the optical waveguide 6 and returns to the active layer of the semiconductor laser 1, and the wavelength of the semiconductor laser 1 is adjusted to the phase matching wavelength of the domain-inverted waveguide device. The angle of the grating 10 is set so as to be fixed at 870 nm. Blue light of 3.2 mW (conversion efficiency: 200% / W) was obtained with respect to the incident light intensity of 40 mW into the optical waveguide 6 of the semiconductor laser 1. Also, Ti: Sapp
Using hire laser, 20m for 100mW incident light intensity
A blue output of W was obtained. The LiTaO 3 crystal has a large nonlinear optical constant, and a wavelength conversion element having a periodic domain-inverted region has a large conversion efficiency and a large amount of blue light.
【００１３】従来例では、光導波路６内への入射光強度
40mWに対し、位相整合波長が1nmシフトした。（入射光
強度が1mWの時には、位相整合波長が869nmであったが、
40mW入射時では870nmであった。）また、入射光強度を1
00mWにした時、20mWのブルー光が得られたが、ブルー発
生３分後には得られるブルー出力が12mWまで低下した。In the conventional example, the intensity of light incident on the optical waveguide 6
For 40 mW, the phase matching wavelength shifted by 1 nm. (When the incident light intensity was 1 mW, the phase matching wavelength was 869 nm.
At an incidence of 40 mW, the wavelength was 870 nm. ) Also, make the incident light intensity 1
When the power was set to 00 mW, blue light of 20 mW was obtained, but the obtained blue output was reduced to 12 mW 3 minutes after blue generation.
【００１４】本参考例１では、紫外線ランプ１１が波長
変換素子上に取り付けられ、光導波路６内およびLiTaO3
基板５内での電子の移動度を向上させているので、位相
整合波長シフト量が0.5nmまで低減した。また、100mWの
基本波入射光強度に対し15mWのブルー出力が長時間にわ
たって安定に得られた。本実施例で用いられた紫外線ラ
ンプ１１の強度は、10W/cm2であった。In the first embodiment , the ultraviolet lamp 11 is mounted on the wavelength conversion element, and the inside of the optical waveguide 6 and the LiTaO 3
Since the mobility of electrons in the substrate 5 is improved, the amount of phase matching wavelength shift is reduced to 0.5 nm. In addition, a blue output of 15 mW was obtained stably for a long time with respect to the incident light intensity of the fundamental wave of 100 mW. The intensity of the ultraviolet lamp 11 used in the present example was 10 W / cm 2 .
【００１５】紫外線ランプ１１の代わりに可視光領域
（ブルー、グリーン領域）のランプを使用しても耐光損
傷性の改善が得られた。しかしながら、波長550nmより
長波のランプを照射しても、耐光損傷性の改善は見られ
なかった。Even when a lamp in the visible light region (blue and green regions) is used instead of the ultraviolet lamp 11, improvement in light damage resistance was obtained. However, irradiation with a lamp having a wavelength longer than 550 nm did not improve the light damage resistance.
【００１６】また、本参考例１では波長変換素子の上部
に紫外線ランプ１１が取り付けられたが、波長変換素子
の下部及び周辺部に取り付けても同様の効果が得られ
た。Although the ultraviolet lamp 11 is mounted on the upper part of the wavelength conversion element in the first embodiment , the same effect can be obtained by mounting it on the lower part and the peripheral part of the wavelength conversion element.
【００１７】また、本参考例１では分極反転領域の周期
が4.0μmの波長変換素子であり、基本波の波長が870nm
の時、位相整合が起こり、435nmのブルー出力が得られ
たが、分極反転領域の周期を3.0μm程度にすることで、
位相整合波長が800nmになり、得られる高調波も400nmと
紫外の領域となる。この場合、光損傷による屈折率変化
量も大きくなり、耐光損傷性の向上がさらに重要とな
る。波長800nmの基本波入射光強度40mWに対して、3mWの
高調波出力が得られた。紫外線ランプの照射１１がない
場合、位相整合波長のシフト量は2nm程度あったが、紫
外線ランプの照射により、0.6nm程度まで改善された。Further, the cycle of the reference example 1, the domain-inverted region is the wavelength conversion element of 4.0 .mu.m, the wavelength of the fundamental wave is 870nm
At that time, phase matching occurred and a blue output of 435 nm was obtained, but by setting the period of the domain-inverted region to about 3.0 μm,
The phase matching wavelength becomes 800 nm, and the obtained harmonics are also in the ultraviolet region of 400 nm. In this case, the amount of change in the refractive index due to optical damage also increases, and it is more important to improve the light damage resistance. A harmonic output of 3 mW was obtained for an intensity of incident light of a fundamental wave having a wavelength of 800 nm of 40 mW. When there was no irradiation 11 of the ultraviolet lamp, the shift amount of the phase matching wavelength was about 2 nm, but by the irradiation of the ultraviolet lamp, it was improved to about 0.6 nm.
【００１８】本参考例２では、紫外線ランプの代わりに
GaN青色発光ダイオード（ピーク波長480nm）が用いられ
た。発光ダイオード（ＬＥＤ）１２の出力強度は約1mW
である。紫外線ランプに比べると出力強度が小さいが、
集光性は高い。そのため、シリンドリカルレンズ１３で
光導波路６上に集光している。入射光強度40mWに対し3.
2mWのブルー出力が得られた時、位相整合波長のシフト
量は約0.3nmであり、耐光損傷性は大幅に向上した。さ
らに、集光性を高め光導波路６上での光密度を高めるこ
とで、耐光損傷性の改善が見られた。In this embodiment 2 , instead of the ultraviolet lamp,
A GaN blue light emitting diode (peak wavelength 480 nm) was used. The output intensity of the light emitting diode (LED) 12 is about 1 mW
It is. Output intensity is small compared to UV lamps,
Light collection is high. Therefore, the light is focused on the optical waveguide 6 by the cylindrical lens 13. For an incident light intensity of 40 mW 3.
When a blue output of 2 mW was obtained, the shift amount of the phase matching wavelength was about 0.3 nm, and the light damage resistance was greatly improved. Further, by improving the light condensing property and increasing the light density on the optical waveguide 6, the light damage resistance was improved.
【００１９】また、分極反転領域７の周期が3.0μmの波
長変換素子においても、位相整合波長のシフト量を0.4n
mまで低減することができた。Further, even in a wavelength conversion element in which the period of the domain-inverted region 7 is 3.0 μm, the shift amount of the phase matching wavelength is set to 0.4 n.
m.
【００２０】また、GaP緑色発光ダイオードを用いて
も、効果はGaN発光ダイオードより小さいが耐光損傷性
は向上した。しかしながら、InGaAlP系の赤色や黄色の
ＬＥＤを照射しても耐光損傷性の改善は見られなかっ
た。Further, even when the GaP green light emitting diode is used, the effect is smaller than that of the GaN light emitting diode, but the light damage resistance is improved. However, no improvement in light damage resistance was observed even when irradiating an InGaAlP-based red or yellow LED.
【００２１】ＬＥＤの波長としては、380〜450nmが特に
望ましい。またＬＥＤは紫外線ランプよりも低コストで
あり、実用的なデバイスが実現できる。The wavelength of the LED is particularly preferably from 380 to 450 nm. In addition, LEDs are lower in cost than ultraviolet lamps, and practical devices can be realized.
【００２２】本参考例３では、分極反転型導波路素子の
光導波路に耐光損傷性を向上させるために、青色半導体
レーザーを同時に伝ぱんさせた短波長光発生装置につい
て説明する。In a third embodiment , a short-wavelength light generator in which a blue semiconductor laser is simultaneously transmitted to improve the optical damage resistance of an optical waveguide of a domain-inverted waveguide device will be described.
【００２３】図３において１は0.8μm帯の100mW級AlGaA
s半導体レーザー、２はN.A.=0.5のコリメートレンズ、
３はλ／２板、４はN.A.=0.5のフォーカシングレンズ、
８はN.A.=0.6のコリメートレンズ、１０は半導体レーザ
ーの光軸に対して傾斜して置されたグレーティングであ
る。LiTaO3基板５上には光導波路６と周期的に分極反転
領域７が形成されている。また、１４は波長480nmのZnS
e系の1mW級青色半導体レーザーであり、１５はコリメー
トレンズ、１６はλ／２板である。半導体レーザー１か
らのコリメートされた波長800nmの光と半導体レーザー
１４からの波長480nmの光は波長選択ミラー１７で合波
され、フォーカシングレンズ４で波長変換素子の光導波
路６に結合される。周期3.0μmの分極反転領域７をもつ
光導波路６を伝播し、光導波路６の出射端面より出射さ
れる。光導波路６から出射した光はコリメートレンズ８
で平行光になり、波長選択ミラー９を通過し、グレーテ
ィング１０に導かれる。波長選択ミラー９は基本波に対
し無反射、また高調波に対して高反射になるように、設
計されている。グレーティング１０は波長分散効果を持
っていて、波長800nmの光が光導波路６に再結合し、半
導体レーザー１の活性層に帰還し、半導体レーザー１の
波長が分極反転型導波路素子の位相整合波長である800n
mに固定されるように、グレーティング１０の角度は設
定される。半導体レーザー１の光導波路６内への入射光
強度40mWに対し3.2mW（変換効率：200％／Ｗ）のブルー
光が得られた。光導波路６内に結合した波長480nmの光
は100μW程度で、この時従来観測された位相整合波長の
シフトは0.1nm程度しか観測されなかった。In FIG. 3, reference numeral 1 denotes 100 μW-class AlGaA in the 0.8 μm band.
s Semiconductor laser, 2 is a collimating lens with NA = 0.5,
3 is a λ / 2 plate, 4 is a focusing lens with NA = 0.5,
Reference numeral 8 denotes a collimator lens having an NA of 0.6, and reference numeral 10 denotes a grating that is inclined with respect to the optical axis of the semiconductor laser. On the LiTaO 3 substrate 5, an optical waveguide 6 and periodically poled regions 7 are formed. Numeral 14 denotes ZnS having a wavelength of 480 nm.
An e-type 1 mW class blue semiconductor laser, 15 is a collimating lens, and 16 is a λ / 2 plate. The collimated light having a wavelength of 800 nm from the semiconductor laser 1 and the light having a wavelength of 480 nm from the semiconductor laser 14 are multiplexed by a wavelength selection mirror 17 and coupled to an optical waveguide 6 of a wavelength conversion element by a focusing lens 4. The light propagates through the optical waveguide 6 having the domain-inverted region 7 having a period of 3.0 μm, and is emitted from the emission end face of the optical waveguide 6. The light emitted from the optical waveguide 6 is a collimator lens 8
, Becomes parallel light, passes through the wavelength selection mirror 9, and is guided to the grating 10. The wavelength selection mirror 9 is designed so as to have no reflection on the fundamental wave and high reflection on the harmonics. The grating 10 has a wavelength dispersion effect. Light having a wavelength of 800 nm is recombined into the optical waveguide 6 and returns to the active layer of the semiconductor laser 1. The wavelength of the semiconductor laser 1 is adjusted to the phase matching wavelength of the domain-inverted waveguide device. Is 800n
The angle of the grating 10 is set so as to be fixed at m. Blue light of 3.2 mW (conversion efficiency: 200% / W) was obtained with respect to the incident light intensity of 40 mW into the optical waveguide 6 of the semiconductor laser 1. The light having a wavelength of 480 nm coupled into the optical waveguide 6 is about 100 μW, and at this time, the shift of the phase matching wavelength conventionally observed was only about 0.1 nm.
【００２４】（実施例） 本実施例は、参考例１〜３のように外部から光を照射し
たり、別の半導体レーザーを同時に伝播させることで、
耐光損傷性の向上を図るのではなく、本発明で ある波長
変換により得られた高調波光を再び光導波路に伝播させ
ることで、耐光損傷性の向上を行おうとするものであ
る。( Embodiment ) In this embodiment, as in Reference Examples 1 to 3, light is radiated from the outside or another semiconductor laser is simultaneously propagated.
Instead of improving the light damage resistance, the harmonic light obtained by the wavelength conversion according to the present invention is propagated again to the optical waveguide to improve the light damage resistance.
【００２５】図４において１は0.87μm帯の140mW級AlGa
As半導体レーザー、２はN.A.=0.5のコリメートレンズ、
３はλ／２板、４はN.A.=0.5のフォーカシングレンズ、
８はN.A.=0.6のコリメートレンズ、１０は半導体レーザ
ーの光軸に対して傾斜して設置されたグレーティングで
ある。LiTaO3基板５上には光導波路６と周期的に分極反
転領域７が形成されている。コリメートレンズ２で平行
光にされたレーザー光は、λ／２板３で偏向方向を回転
され、フォーカシングレンズ４で分極反転型導波路素子
の光導波路６の端面に集光され、周期4.0μmの分極反転
領域７をもつ光導波路６を伝播し、光導波路６の出射端
面より出射される。光導波路６から出射した光はコリメ
ートレンズ８で平行光になり、波長選択ミラー９を通過
し、グレーティング１０に導かれる。波長選択ミラー９
は基本波に対し無反射、また高調波に対して高反射にな
るように、設計されている。グレーティング１０は波長
分散効果を持っていて、波長870nmの光が光導波路６に
再結合し、半導体レーザー１の活性層に帰還し、半導体
レーザー１の波長が分極反転型導波路素子の位相整合波
長である870nmに固定されるように、グレーティング１
０の角度は設定される。周期的な分極反転領域７を有す
る光導波路６内で、基本波870nmの光は、波長435nmの光
に波長変換される。光導波路６の出射端面には高調波光
反射膜１８が形成されていて、波長変換された高調波43
5nmの光のうち20%の光が半導体レーザー１の方向へ再び
光導波路６を伝播する。半導体レーザー１の光導波路６
内への入射光強度40mWに対し2.5mWのブルー光が得られ
た。本実施例においても位相整合波長のシフトは0.2nm
程度しか観測されなかった。しかしながら、出射端面で
の高調波光の反射率を10%以下にすると、シフト量は0.6
nm程度まで多くなり、高調波光反射膜１８の反射率は20
%以上が望ましい。In FIG. 4, reference numeral 1 denotes a 140 mW class AlGa in the 0.87 μm band.
As semiconductor laser, 2 is a collimating lens with NA = 0.5,
3 is a λ / 2 plate, 4 is a focusing lens with NA = 0.5,
Reference numeral 8 denotes a collimator lens having an NA of 0.6, and reference numeral 10 denotes a grating that is installed obliquely with respect to the optical axis of the semiconductor laser. On the LiTaO 3 substrate 5, an optical waveguide 6 and periodically poled regions 7 are formed. The laser light collimated by the collimating lens 2 is rotated in the direction of deflection by the λ / 2 plate 3, is focused by the focusing lens 4 on the end face of the optical waveguide 6 of the domain-inverted waveguide element, and has a period of 4.0 μm. The light propagates through the optical waveguide 6 having the domain-inverted regions 7 and is emitted from the emission end face of the optical waveguide 6. The light emitted from the optical waveguide 6 becomes parallel light by the collimator lens 8, passes through the wavelength selection mirror 9, and is guided to the grating 10. Wavelength selection mirror 9
Is designed to be non-reflective to fundamental waves and highly reflective to harmonics. The grating 10 has a wavelength dispersion effect, and light having a wavelength of 870 nm is recombined into the optical waveguide 6 and returns to the active layer of the semiconductor laser 1, and the wavelength of the semiconductor laser 1 is adjusted to the phase matching wavelength of the domain-inverted waveguide device. Is fixed to 870 nm, which is
An angle of 0 is set. In the optical waveguide 6 having the periodically domain-inverted regions 7, the light having the fundamental wave of 870 nm is converted into the light having the wavelength of 435 nm. A harmonic light reflection film 18 is formed on the emission end face of the optical waveguide 6, and the wavelength-converted harmonic 43
20% of the 5 nm light propagates through the optical waveguide 6 again in the direction of the semiconductor laser 1. Optical waveguide 6 of semiconductor laser 1
Blue light of 2.5 mW was obtained for an incident light intensity of 40 mW. Also in this embodiment, the shift of the phase matching wavelength is 0.2 nm.
Only the extent was observed. However, if the reflectance of the harmonic light at the emission end face is set to 10% or less, the shift amount becomes 0.6%.
nm, and the reflectivity of the harmonic light reflection film 18 becomes 20
% Or more is desirable.
【００２６】上記の反射率を１００％に設定し、光学系
の配置を変更し、以下のような構成により波長変換され
た高調波光を取り出す。波長選択ミラー９をコリメート
レンズ３とフォーカシングレンズ４の間に配置し、導波
路型波長変換素子の出射端面高調波光反射膜１８の反射
率を１００％に設定する。導波路内で波長変換され、得
られた高調波光は出射端面高調波光反射膜１８で反射
し、再び導波路を伝搬する。導波路の入射端面から出射
した光は、フォーカシングレンズ４により平行光に変換
され、コリメートレンズ３とフォーカシングレンズ４の
間に配置した波長選択ミラー９により反射し、出力光と
して得ることができる。このとき、位相整合波長のシフ
ト量は０．１ｎｍ以下となり、耐光損傷性の大幅な改善
が見られた。The above-mentioned reflectance is set to 100%, the arrangement of the optical system is changed, and harmonic light whose wavelength has been converted by the following configuration is extracted. The wavelength selection mirror 9 is disposed between the collimator lens 3 and the focusing lens 4, and the reflectivity of the output end face harmonic light reflection film 18 of the waveguide type wavelength conversion element is set to 100%. The higher harmonic light obtained by wavelength conversion in the waveguide is reflected by the output end face higher harmonic light reflection film 18 and propagates through the waveguide again. Light emitted from the incident end face of the waveguide is converted into parallel light by the focusing lens 4, reflected by the wavelength selection mirror 9 disposed between the collimating lens 3 and the focusing lens 4, and can be obtained as output light. At this time, the shift amount of the phase matching wavelength was 0.1 nm or less, and the light damage resistance was significantly improved.
【００２７】また、本実施例では出射端面での反射光を
耐光損傷性の向上に利用したが、出射端面での散乱光を
用いても同様の効果が得られる。Further, in this embodiment, the reflected light at the exit end face is used for improving the light damage resistance, but the same effect can be obtained by using the scattered light at the exit end face.
【００２８】なお、参考例１〜３ではLiTaO3基板を用い
た周期的分極反転領域を有する導波路型波長変換素子に
ついて説明した。他の無機非線形光学結晶や有機非線形
光学結晶を基板として用いた波長変換素子においても同
様の効果が見られる。しかし、LiTaO3、LiNbO3やKTP(KT
iOPO4)のような非線形光学定数が大きく、波長変換素子
としての変換効率の大きな結晶では、得られる高調波光
出力も大きく、光誘起屈折率変化の効果も大きく現れる
ため、波長変換素子に波長550nm以下の光を照射し、耐
光損傷性の向上を行うとき、その効果は非常に大きい。It should be noted, it has been described waveguide type wavelength conversion device having periodically domain-inverted regions using LiTaO 3 substrate in Example 1-3. A similar effect can be obtained in a wavelength conversion element using another inorganic nonlinear optical crystal or organic nonlinear optical crystal as a substrate. However, LiTaO 3 , LiNbO 3 and KTP (KT
In a crystal having a large nonlinear optical constant such as iOPO 4 ) and a large conversion efficiency as a wavelength conversion element, the obtained harmonic light output is large, and the effect of the light-induced refractive index change is also large. When the following light is irradiated to improve the light damage resistance, the effect is very large.
【００２９】また、参考例１〜３では波長変換素子とし
て導波路型を例に挙げて説明したが、半導体レーザーの
外部共振器型や半導体レーザー励起固体レーザーの内部
共振器型の共振器内部に挿入されたバルク型の波長変換
素子においても、波長550nm以下の光を照射することで
耐光損傷性の向上を図ることができる。しかしながら、
導波路型波長変換素子では光の伝播部分での光密度が大
きいため、波長550nm以下の光を照射し、耐光損傷性の
向上を行うとき得られる効果は、バルク型波長変換素子
よりも大きい。In the first to third embodiments , the waveguide type is described as an example of the wavelength conversion element. However, the wavelength conversion element may be provided inside a resonator of an external resonator type of a semiconductor laser or an internal resonator type of a semiconductor laser pumped solid laser. Irradiation of light having a wavelength of 550 nm or less can improve the light damage resistance of the inserted bulk type wavelength conversion element. However,
Since the waveguide-type wavelength conversion element has a high light density at the light propagation portion, the effect obtained when irradiating light having a wavelength of 550 nm or less to improve the light damage resistance is greater than that of the bulk-type wavelength conversion element.
【００３０】なお、分極反転型の位相整合方式だけでな
く、屈折率の分散関係を利用した角度位相整合方式や温
度位相整合方式を用いた場合でも、耐光損傷性の向上を
図ることで安定に高出力の短波長光を得ることができ、
その効果は大きい。It should be noted that not only the polarization inversion type phase matching method but also the angle phase matching method and the temperature phase matching method using the dispersion relation of the refractive index are used to stably improve the light damage resistance. High power short wavelength light can be obtained,
The effect is great.
【００３１】[0031]
【発明の効果】強誘電体結晶からなる波長変換素子にピ
ーク波長550nm以下の光を照射することで、波長光波長
変換素子の耐光損傷性が向上し、光損傷に強い高効率で
安定な波長変換が実現される。By irradiating a wavelength conversion element made of a ferroelectric crystal with light having a peak wavelength of 550 nm or less, the light damage resistance of the wavelength light wavelength conversion element is improved, and a highly efficient and stable wavelength resistant to light damage. Conversion is realized.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】本発明に関する参考例１の紫外線ランプを有す
る短波長光発生装置の概略構成図FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a short wavelength light generation device having an ultraviolet lamp according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明に関する参考例２の発光ダイオードを有
する短波長光発生装置の概略構成図FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a short-wavelength light generating device having a light-emitting diode according to a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明に関する参考例３の可視光半導体レーザ
ーを有する短波長光発生装置の概略構成図Schematic diagram of a short-wavelength light generating apparatus having a visible light semiconductor laser of FIG. 3 Reference Example 3 relates to the present invention
【図４】本発明の高調波光反射膜を有する短波長光発生
装置の概略構成図FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a short-wavelength light generation device having a harmonic light reflection film of the present invention.
【図５】本発明の周期的な分極反転領域を有する導波路
型波長変換素子の概略構成図FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a waveguide type wavelength conversion element having a periodically poled region according to the present invention.
【図６】従来の短波長光発生装置の概略構成図FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a conventional short wavelength light generator.
１ 半導体レーザー ２ コリメートレンズ ３ λ／２板 ４ フォーカシングレンズ ５ ＬｉＴａＯ3基板 ６ 光導波路 ７ 分極反転領域 ８ コリメートレンズ ９ 波長選択ミラー １０ グレーティング １１ 紫外線ランプ １２ 発光ダイオード １３ シリンドリカルレンズ １４ 可視光半導体レーザー １５ コリメートレンズ １６ λ／２板 １７ 波長選択ミラー １８ 高調波光反射膜 １９ 入射端面 ２０ 出射端面 Ｐ１ 基本波 Ｐ２ 高調波REFERENCE SIGNS LIST 1 semiconductor laser 2 collimating lens 3 λ / 2 plate 4 focusing lens 5 LiTaO 3 substrate 6 optical waveguide 7 domain-inverted region 8 collimating lens 9 wavelength selection mirror 10 grating 11 ultraviolet lamp 12 light emitting diode 13 cylindrical lens 14 visible light semiconductor laser 15 collimator Lens 16 λ / 2 plate 17 Wavelength selection mirror 18 Harmonic light reflection film 19 Incident end face 20 Outgoing end face P1 fundamental wave P2 harmonic
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀 義和 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 昭60−120318（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−115215（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/37 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Yoshikazu Hori, Inventor 1006 Odaka, Kazuma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-60-120318 (JP, A) JP-A-4- 115215 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G02F 1/37
Claims (6)
し、前記導波路型波長変換素子の導波路出射端面に反射
膜が付加され、 前記導波路型波長変換素子 で波長変換された高調波光が
前記導波路型波長変換素子の出射端面で反射し、前記出
射端面で反射した前記高調波光が前記導波路型波長変換
素子を再度伝播していることにより、空間電荷電界が補
償され、電荷分布が均一になり、前記導波路型波長変換
素子の導波路内の屈折率が光の伝搬方向に対して一定で
あることを特徴とする短波長光発生装置。1. A has a semi-conductor laser and the waveguide type wavelength conversion element, reflected in the waveguide exit end face of the waveguide-type wavelength conversion element
Film is added, harmonic light whose wavelength is converted by the waveguide-type wavelength conversion element is reflected by the outgoing end face of the waveguide-type wavelength conversion element, the output
The space charge electric field is compensated for because the higher harmonic light reflected at the launch end surface propagates through the waveguide type wavelength conversion element again.
Compensation, the charge distribution becomes uniform, and the waveguide type wavelength conversion
The refractive index in the waveguide of the element is constant with respect to the propagation direction of light.
Short wavelength light generating apparatus characterized by some.
出射端面での前記反射膜の高調波光に対する反射率が２
０％以上であることを特徴とする請求項１記載の短波長
光発生装置。2. A reflectance for harmonic light of the reflective film on the emitting facet of the optical waveguide in the waveguide type wavelength conversion device 2
2. The short-wavelength light generator according to claim 1 , wherein the wavelength is 0% or more.
ｂxＴａ1-xＯ3（０≦ｘ≦１）であることを特徴とする
請求項１または２に記載の短波長光発生装置。3. The substrate of said waveguide type wavelength conversion element is LiN.
b x Ta 1-x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) short wavelength light generating apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that a.
ｂ1-xＴｉＯＭＯ4（０≦ｘ≦１、Ｍ＝ＰまたはＡｓ）で
あることを特徴とする請求項１または２に記載の短波長
光発生装置。 4. The waveguide type wavelength conversion device according to claim 1, wherein the substrate is a K x R substrate.
b 1-x TiOMO 4 short-wavelength light generating apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that a (0 ≦ x ≦ 1, M = P or As).
レーザーから出射される基本波を前記波長変換素子内で
第２高調波に変換するものであることを特徴とする請求
項１から４のいずれかに記載の短波長光発生装置。 5. The semiconductor device according to claim 5, wherein the waveguide type wavelength conversion element is a semiconductor device.
The fundamental wave emitted from the laser is
A method for converting into a second harmonic
Item 5. The short-wavelength light generator according to any one of Items 1 to 4.
反転領域を有することを特徴とする請求項５記載の短波
長光発生装置。 6. The short wavelength light generator according to claim 5, wherein said waveguide type wavelength conversion element has a periodically poled region.
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