JP3731977B2

JP3731977B2 - 光波長変換装置

Info

Publication number: JP3731977B2
Application number: JP15510097A
Authority: JP
Inventors: 正美羽鳥
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1996-10-24
Filing date: 1997-06-12
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2017-06-12
Also published as: JPH10186427A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基本波を第２高調波等に変換する光導波路型の光波長変換素子、特に詳細には、光導波路基板として強誘電体結晶基板を用い、光導波路に周期ドメイン反転構造を形成してなる光波長変換素子を利用して、半導体レーザから発せられたレーザビームを波長変換する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
非線形光学効果を有する強誘電体の自発分極（ドメイン）を周期的に反転させた領域を設けた光波長変換素子を用いて、基本波を第２高調波に波長変換する方法が既にＢleombergenらによって提案されている（Ｐhys.Ｒev.,vol.127,Ｎo.６，1918（1962）参照）。この方法においては、ドメイン反転部の周期Λを、
Λｃ＝２π／｛β（２ω）−２β（ω）｝
ただしβ（２ω）は第２高調波の伝搬定数
β（ω）は基本波の伝搬定数
で与えられるコヒーレント長Λｃの整数倍になるように設定することで、基本波と第２高調波との位相整合（いわゆる疑似位相整合）を取ることができる。
【０００３】
そして、例えば特開平７−１５２０５５号に示されるように、非線形光学材料からなる光導波路を有し、そこを導波させた基本波を波長変換する光導波路型の光波長変換素子において、上述のような周期ドメイン反転構造を形成して、効率良く位相整合を取る試みもなされている。
【０００４】
ところで、上記の周期ドメイン反転構造を有する光導波路型の光波長変換素子は、半導体レーザから発せられたレーザビームを波長変換するためにも多く用いられている。その場合、半導体レーザの発振波長が、ドメイン反転部の周期Λと位相整合する波長と一致していないと、波長変換効率は著しく低いものとなり、実用性のある短波長光源を得ることは困難となる。
【０００５】
このような事情に鑑み、従来より、例えば上記の特開平７−１５２０５５号にも示されているように、半導体レーザと光波長変換素子との間のレーザビーム光路に狭帯域のバンドパスフィルター（以下、ＢＰＦと称する）を配して、半導体レーザの発振波長を所望値に調整、ロックすることが提案されている。
【０００６】
そのような構成の一例を図４に示す。図中、１は基本波としてのレーザビーム２を発する半導体レーザ、３は入射光学系、４はチャンネル光導波路４ａおよび周期ドメイン反転構造４ｂを有する光導波路型の光波長変換素子である。そして入射光学系３は、半導体レーザ１から発散光状態で出射したレーザビーム２を平行光化するコリメーターレンズ５と、平行光化されたレーザビーム２を収束させる集光レンズ６と、これらのレンズ５および６の間に配された偏光制御用のλ／２板７と、例えば誘電体多層膜フィルターからなる狭帯域ＢＰＦ８とを有している。
【０００７】
上述のような狭帯域ＢＰＦ８は、概ね図５に示すような分光透過率特性を有する。またこの特性における最大透過波長λ₀は、概ね図６に示すようにＢＰＦ８への光入射角θに依存して変化する。このような特性のＢＰＦ８を透過したレーザビーム２は、集光レンズ６によって光導波路４ａの入射端面で収束するように絞られ、ＴＭモードで該光導波路４ａに入力する成分と、上記入射端面で反射する成分とに分けられる。
【０００８】
光導波路４ａに入力されたレーザビーム２は、上記周期ドメイン反転構造４ｂを通過して第２高調波９に変換される。一方、光導波路４ａの入射端面で反射したレーザビーム２は、そこまでの光路と逆の光路を辿って半導体レーザ１にフィードバックされ、上記入射端面と半導体レーザ１の後方端面との間で共振し、それにより半導体レーザ１が波長λ₀で発振するようになる。
【０００９】
そして、ＢＰＦ８の最大透過波長λ₀は図６に示したようにＢＰＦ８への光入射角θに依存するので、このＢＰＦ８を図４中に矢印Ａで示すように回転させることにより、半導体レーザ１の発振波長を、周期ドメイン反転構造４ｂの周期Λと位相整合する値に調整し、ロックすることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この従来装置においては、図７の（１）に概略図示するように、調整前はレーザビーム２が光導波路４ａの入射端面に正しく照射されていても、発振波長調整のためにＢＰＦ８を回転させると、レーザビーム２の光路が図７の（２）に破線で示すように傾くことがある。これは、ＢＰＦ８が完全な平行板でないこと、またレーザビーム２が完全な平行光になっていないことに起因する。
【００１１】
レーザビームの光路が上述のように傾くと、その光導波路端面上での収束位置がずれることになる。このずれは僅かではあるが、光導波路の径は一般に２〜３μｍ程度と非常に小さいために、レーザビームの光導波路に対する光結合効率を低下させ、波長変換波の出力低下を招く。最悪の場合は、光導波路への入力光量が極端に低下し、位相整合波長と合うように発振波長を調整することが不可能になることもある。
【００１２】
さらに上記の従来装置においては、透過率の高いＢＰＦを作製するのが難しいことから、光波長変換素子への入力光量が低くなりがちで、そのために、高出力の波長変換波を得ることが難しいという問題も認められる。
【００１３】
具体的に説明すると、半導体レーザを単一縦モードで発振させるために、ＢＰＦの透過波長半値幅は一般に0.5 ｎｍ以下とする必要がある。多層薄膜技術によりＢＰＦを作製するに当たり、このような透過波長半値幅を実現した上で、かつ高い透過率を得るには、非常に高度の製膜技術が要求される。現在の製膜技術で、例えば透過波長半値幅0.5 ｎｍ、透過率80％以上を実現しようとすると、製膜プロセスの歩留まりは非常に低くなり、その結果、ＢＰＦは著しく高価なものとなってしまう。現在の通常の製膜技術で透過波長半値幅0.5 ｎｍを実現しようとすると、透過率は30％程度にとどまり、そのために波長変換波の出力は大変低いものとなる。
【００１４】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、半導体レーザから発せられたレーザビームを、周期ドメイン反転構造を有する光導波路型の光波長変換素子により波長変換する装置において、半導体レーザの発振波長をドメイン反転部の周期と位相整合する波長に正確にロックし、また、高い波長変換波出力を得ることを目的とするものである。
【００１５】
さらに本発明は、上記の目的を、安価なＢＰＦを利用して達成することも目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の光波長変換装置は、
前述したように周期ドメイン反転構造を有する光導波路型の光波長変換素子と、基本波としてこの光波長変換素子に入射されるレーザビームを発する、それ自身で発振する半導体レーザとからなる光波長変換装置において、
半導体レーザから発せられたレーザビームをコリメーターレンズによって平行光化し、
光波長変換素子に入射する前の上記レーザビームを光分岐手段によって一部分岐させ、
この分岐されたレーザビームを集光レンズによりミラー上において収束させ、
該レーザビームをこのミラーで反射させて半導体レーザにフィードバックさせ、
そして、上記ミラーと光分岐手段との間に狭帯域ＢＰＦを通過波長が変わるように回転可能に配し、該通過波長が所定波長になったところでこの狭帯域ＢＰＦを固定してなるものである。
【００１７】
なお上記の光分岐手段としては、そこに入射したレーザビームの50〜90％を光波長変換素子に入射させ、残余を上記ミラーに入射させるものが好適に用いられる。またこの光分岐手段として具体的には、ビームスプリッタが好適に用いられる。
【００１８】
一方、本発明による第２の光波長変換装置は、第１の光波長変換装置で用いられたものと同様の光波長変換素子および半導体レーザからなる光波長変換装置において、
この半導体レーザから、波長変換されるレーザビームとは反対側に出射する後方出射光としてのレーザビームをコリメーターレンズより平行光化した上で、集光レンズによりミラー上において収束させ、
該レーザビームをこのミラーで反射させて半導体レーザにフィードバックさせ、
そして、上記後方出射光としてのレーザビームの光路に狭帯域ＢＰＦを通過波長が変わるように回転可能に配し、該通過波長が所定波長になったところでこの狭帯域ＢＰＦを固定したことを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の光波長変換装置において、半導体レーザの発振波長の調整、ロックは、上記ＢＰＦを回転させることにより、前述した従来装置におけるのと同様になされ得る。
【００２０】
そして本発明の第１の光波長変換装置においては、ＢＰＦを透過したレーザビームを光波長変換素子に入射させずに、光分岐手段を通過したレーザビームを光波長変換素子に入射させるようにしており、この光分岐手段としては例えば透過率が70〜90％に及ぶビームスプリッタ等も利用可能であるから、光波長変換素子への入力光量を高く確保して、高出力の波長変換波を得ることが可能になる。
【００２１】
以上のように、ＢＰＦを透過したレーザビームが光波長変換素子に入射しないのであれば、このＢＰＦとして透過率が30％程度の安価なものを用いても、波長変換波の出力が低下することはない。こうして安価なＢＰＦを利用できれば、光波長変換装置を比較的低コストで作製可能となる。
【００２２】
また本発明の第２の光波長変換装置において、ＢＰＦを透過するのは後方出射光としてのレーザビームのみであって、波長変換されるレーザビーム（前方出射光）は基本的に全量が光波長変換素子に導かれるので、この場合も光波長変換素子への入力光量を高く確保して、高出力の波長変換波を得ることが可能になる。
【００２３】
なお本発明の第２の光波長変換装置において、半導体レーザの後方端面の反射率がほぼ０％と低い場合、半導体レーザはそれ自身では発振せず、後方出射光を反射させるミラーと半導体レーザの前方端面とを外部共振器としてレーザ発振がなされる。そのとき、ミラーと半導体レーザとの間に配置されるＢＰＦとして低透過率のものを用いると、共振器の内部光パワーが低下して、発振効率が低下する。そうであると、半導体レーザの前方出射光の光量が低下し、ひいては波長変換波の出力が低下するので、ＢＰＦとして余りに低透過率のものを用いるのは好ましくない。
【００２４】
一方この第２の光波長変換装置において、半導体レーザの後方端面の反射率が２〜３％程度の場合、半導体レーザはそれ自身で発振するので、後方出射光を反射させるミラーによって外部共振器を構成しても、半導体レーザの前方出射光の光量は外部共振器が無い場合とほとんど変わらない。つまりこの場合、外部共振器からの光は半導体レーザに弱く摂動的に作用するので、ＢＰＦの透過率は、半導体レーザの前方出射光の光量や、波長変換波の出力に影響を及ぼさない。
【００２５】
また本発明の光波長変換装置において、ＢＰＦを透過するのは発振波長調整用のレーザビームだけで、波長変換されるレーザビームはそれとは別に光波長変換素子に入射するので、発振波長調整のためにＢＰＦを回転させたときレーザビームの光路が傾いても、それによって光波長変換素子への入力光量が低下して、波長変換波の出力低下を招くことはない。
【００２６】
特に本発明の第２の光波長変換装置においては、半導体レーザと光波長変換素子との外にＢＰＦが配置されているので、半導体レーザの発振波長の調整、ロックのためにこのＢＰＦを回転させても、光波長変換素子の光導波路に対する基本波の入力結合効率に影響が及ばない。そのため、この基本波の入力結合効率を高く維持したまま、基本波波長を容易に位相整合波長に調整することができ、よって、極めて高い波長変換効率を実現可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態による光波長変換装置を示すものである。図示されるようにこの光波長変換装置は、半導体レーザ（レーザダイオード）10と、この半導体レーザ10から発散光状態で出射したレーザビーム11を平行光化するコリメーターレンズ12と、平行光化されたレーザビーム11を収束させる集光レンズ13と、これらのレンズ12および13の間に配された偏光制御用のλ／２板14と、このλ／２板14と集光レンズ13との間に配された光分岐手段としてのビームスプリッタ20と、光波長変換素子15とを有している。
【００２８】
またビームスプリッタ20で反射したレーザビーム11が入射する位置には、ミラー21が配設される一方、このミラー21で反射したレーザビーム11が順次入射するように狭帯域ＢＰＦ22、集光レンズ23、およびミラー24が配設されている。なおＢＰＦ22としては、一例として透過率が30％の比較的安価な誘電体多層膜フィルターが用いられている。
【００２９】
光波長変換素子15は、図２にその斜視形状を示す通り、非線形光学効果を有する強誘電体であるＭｇＯ−ＬＮ（ＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ₃）結晶の基板16に、そのｚ軸と平行な自発分極の向きを反転させたドメイン反転部が周期的に形成されてなる周期ドメイン反転構造17と、この周期ドメイン反転構造17に沿って延びるチャンネル光導波路18とが形成されてなるものである。
【００３０】
ＭｇＯ−ＬＮ結晶基板16は、例えばＭｇＯが５ mol％ドープされたものである。また周期ドメイン反転構造17は、基板16のｘ軸方向にドメイン反転部が並ぶように形成され、その周期Λは、ＭｇＯ−ＬＮの屈折率の波長分散を考慮し、980 ｎｍ近辺の波長に対して１次の周期となるように5.3 μｍとされている。また本例において、周期ドメイン反転構造17の長さ（図２中のａ寸法）は10ｍｍである。このような周期ドメイン反転構造17は、例えば特開平６−２４２４７８号に示される種々の方法によって形成することができる。
【００３１】
一方チャンネル光導波路18は、周期ドメイン反転構造17を形成した後、基板16の＋ｚ面上に公知のフォトリソグラフィーとドライエッチングにより金属マスクパターンを形成し、この基板16をピロリン酸中に浸漬してプロトン交換処理を行ない、マスクを除去した後にアニール処理する、等の方法によって作製することができる。その後このチャンネル光導波路18の両端面18ａ、18ｂをエッジ研磨すると、光波長変換素子15が完成する。
【００３２】
なお上記プロトン交換処理は、例えば温度を170 ℃とし、プロトン交換時間を68分としてなされる。一方アニール処理は、例えばアニール温度を350 〜370 ℃とし、アニール時間を１〜２時間としてなされる。またチャンネル光導波路18の幅（図２中のｂ寸法）は例えば６〜９μｍとされる。
【００３３】
半導体レーザ10としては、一例として波長が980 ｎｍ近辺のレーザビーム11を発するものが用いられている。このレーザビーム11は、コリメーターレンズ12によって平行光化された後、λ／２板14でチャンネル光導波路18のｚ軸方向に偏光方向が合わせられ、ビームスプリッタ20に入射する。ビームスプリッタ20としては透過率70％のものが用いられており、入射したレーザビーム11の70％がこのビームスプリッタ20を透過する。
【００３４】
ビームスプリッタ20を透過したレーザビーム11は、集光レンズ13により集光されてチャンネル光導波路18の端面18ａにおいて収束する。それによりレーザビーム11はチャンネル光導波路18内に入射し、そこを導波する。
【００３５】
導波モードで進行する基本波としてのレーザビーム11は、チャンネル光導波路18中の周期ドメイン反転領域で位相整合（いわゆる疑似位相整合）して、波長が490 ｎｍの第２高調波19に波長変換される。この第２高調波19もチャンネル光導波路18を導波モードで伝搬し、光導波路端面18ｂから出射する。
【００３６】
一方、ビームスプリッタ20で反射したレーザビーム11はミラー21で反射した後、狭帯域ＢＰＦ22を透過し、集光レンズ23により集光されて収束し、この収束位置に配されたミラー24において反射する。ミラー24において反射したレーザビーム11は、そこまでの光路と逆向きの光路を辿って半導体レーザ10にフィードバックされる。なお集光レンズ23は必ずしも必要ではなく、レーザビーム11を平行ビームのままミラー24に入射、反射させても構わない。しかしその場合は、ミラー24と半導体レーザ10の後方端面とが共焦点光学系とならないので、半導体レーザ10へのフィードバック光量が最大となるように、ミラー24の角度を高精度に調整することが必要となる。
【００３７】
ここで、ＢＰＦ22を図１中の矢印Ａ方向に回転させることにより、所定波長のレーザビーム11のみを半導体レーザ10にフィードバックさせることができる。なおその詳しい理由は、図４に示した従来装置におけるのと基本的に同じである。ただしこの場合は、半導体レーザ10の後方端面と上記ミラー24とによって該半導体レーザ10の外部共振器が構成される。
【００３８】
こうして、所定波長のレーザビーム11のみが半導体レーザ10にフィードバックされれば、半導体レーザ10がこの波長で発振する。そこで、ＢＰＦ22を適宜回転させることにより、半導体レーザ10の発振波長を周期ドメイン反転構造17の周期Λと位相整合する所望波長に選択、ロックすることができる。
【００３９】
そして本装置においては、透過率が低いＢＰＦ22を透過したレーザビーム11を光波長変換素子15に入射させずに、透過率が70％と高いビームスプリッタ20を透過したレーザビーム11を光波長変換素子15に入射させるようにしているから、光波長変換素子15への入力光量を高く確保して、高出力の第２高調波19を得ることができる。
【００４０】
以上のように、ＢＰＦ22を透過したレーザビーム11が光波長変換素子15に入射しないのであれば、このＢＰＦ22として透過率が30％と低い比較的安価なものを用いていても、第２高調波19の出力が低下することはない。こうして安価なＢＰＦ22を利用できれば、光波長変換装置を比較的低コストで作製可能となる。
【００４１】
また本装置において、ＢＰＦ22を透過するのは発振波長調整用のレーザビーム11だけで、波長変換されるレーザビーム11はそれとは別に光波長変換素子15に入射するようになっているので、発振波長調整のためにＢＰＦ22を回転させたときレーザビーム11の光路が傾いても、それによって光波長変換素子15への入力光量が低下して、第２高調波19の出力低下を招くことはない。
【００４２】
以下、第２高調波19の出力等について、具体的な数値を挙げて説明する。この第１の実施形態において、まず出力100 ｍＷの半導体レーザ10の発振波長を、特に周期ドメイン反転構造17の周期Λと位相整合する波長（980 ｎｍ）に選択しないで、その発振波長をＢＰＦ22により983 ｎｍにロックした。
【００４３】
このとき、コリメーターレンズ12によって平行光化されたレーザビーム11の出力は、コリメーターレンズ12での損失のために90ｍＷとなった。さらに、λ／２板14およびビームスプリッタ20を通過した後のレーザビーム11の出力は、ビームスプリッタ20の透過率が70％であることから63ｍＷとなった。この場合、光波長変換素子15からのレーザビーム11の出力は41ｍＷであったので、光導波路18に対するレーザビーム11の光結合効率は、約65％と見積もられる。
【００４４】
次に半導体レーザ10の発振波長を周期ドメイン反転構造17の周期Λと位相整合する波長に選択するため、ＢＰＦ22を回転させた。この回転にともなって第２高調波19の出力が徐々に増大し、最大約１ｍＷの出力が得られた。このときの半導体レーザ10の発振波長は、周期ドメイン反転構造17の周期Λと位相整合する980 ｎｍとなっていた。また、基本波であるレーザビーム11の光波長変換素子15からの出力は約40ｍＷであった。
【００４５】
以上により、本実施形態においては、半導体レーザ10の発振波長を調整するためにＢＰＦ22を回転させても、光導波路18に対するレーザビーム11の光結合効率が、従来装置のように低下しないことが確認された。
【００４６】
なお以上説明した実施形態において、半導体レーザ10はＤＣ駆動される。この駆動方法では、半導体レーザ10自身による低周波領域（ＭＨｚレベル以下）の数〜数10％の光量ノイズ、すなわち光量レベル変動が観測された。これは、光量レベルの安定化がなされていないことに起因する（勿論、波長に関しては本発明により位相整合波長にロックされているので、波長変動によるレベル変動は生じなかった）。従来より、このようなノイズを低減するためには、半導体レーザを高周波で駆動すると良いことが知られている。そこで、半導体レーザ10を0.1 〜１ＧＨｚの周波数で高周波駆動したところ、光量レベルの変動が１％以下となり、より望ましい結果となった。
【００４７】
また、半導体レーザ10の発振波長のロックは、ビームスプリッタ20の透過率が50〜90％の範囲にあると安定に動作する。このビームスプリッタ20の透過率が90％を超えるほど高い場合は、発振波長のロックがやや不安定になる。
【００４８】
次に図３を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。なおこの図３において、図１および図２中のものと同等の要素には同番号を付してあり、それらについての重複した説明は、特に必要の無い限り省略する（以下、同様）。
【００４９】
この図３の光波長変換装置においては、ビームスプリッタ20で反射したレーザビーム11がミラー（図１のミラー21参照）で光路を折り曲げられることなく、直接的に狭帯域ＢＰＦ22、集光レンズ23およびミラー24に入射するように構成されている。
【００５０】
なお、ビームスプリッタ20で反射したレーザビーム11の光路を上述のようなミラーで折り曲げる場合でも、その折り曲げの方向は図１における方向に限定される訳ではなく、例えば図１において右方に折り曲げるようにしてもよい。
【００５１】
また上記の実施形態では、ＭｇＯ−ＬＮ結晶基板16としてｚカット基板（ｚ板）を用いており、したがってその自発分極の向きは基板表面に垂直となっている。しかしこれに限らず、本出願人による特願平８−４７５９１号の明細書に示されるように、自発分極の向きが基板表面に対して垂直とならないようにカットされた基板を用い、該基板に直接電場を印加して周期ドメイン反転構造を形成することも可能である。
【００５２】
次に図８を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。この図８の光波長変換装置において、半導体レーザ10から前方側つまり図中の右方側に出射したレーザビーム11は、分岐されることなく光波長変換素子15に導かれる。光波長変換素子15に入射したレーザビーム11は、基本的に図１の装置におけるのと同様にして第２高調波19に変換される。
【００５３】
ここで半導体レーザ10からは、後方側つまり図中の左方側にもレーザビーム11Ｒが出射する。一般に後方出射光と称されるこのレーザビーム11Ｒは、発散光として半導体レーザ10から出射し、コリメーターレンズ30によって平行光化された後、狭帯域ＢＰＦ22を透過し、集光レンズ23により集光されて収束する。この収束位置に配されたミラー24において反射したレーザビーム11Ｒは、そこまでの光路と逆向きの光路を辿って、ほぼ全量が半導体レーザ10にフィードバックされる。
【００５４】
この場合も、ＢＰＦ22を図中の矢印Ａ方向に回転させることにより、所定波長のレーザビーム11Ｒのみを半導体レーザ10にフィードバックさせることができる。ただしこの場合は、半導体レーザ10の前方端面10ｂとミラー24とによって該半導体レーザ10の外部共振器が構成されている。そのために、半導体レーザ10の後方端面10ａの反射率は例えば０〜３％程度に設定され、また前方端面10ｂの反射率はそれよりも高い10〜20％程度に設定されている。
【００５５】
こうして、所定波長のレーザビーム11Ｒのみが半導体レーザ10にフィードバックされれば、半導体レーザ10がこの波長で発振する。そこで、ＢＰＦ22を適宜回転させることにより、半導体レーザ10の発振波長を周期ドメイン反転構造17の周期Λと位相整合する所望波長に選択、ロックすることができる。
【００５６】
また本装置においても、ＢＰＦ22を透過するのは発振波長調整用のレーザビーム11Ｒだけで、波長変換されるレーザビーム11はそれとは全く別に光波長変換素子15に入射する。そこで、発振波長調整のためにＢＰＦ22を回転させたときレーザビーム11Ｒの光路が傾いても、それによって光波長変換素子15への入力光量が低下して、第２高調波19の出力低下を招くようなことはない。
【００５７】
以下、この第３実施形態の光波長変換装置における第２高調波19の出力等について、具体的な数値を挙げて説明する。本装置において、まず半導体レーザ10の発振波長を、特に位相整合波長（980 ｎｍ）に選択しないで、ＢＰＦ22により983 ｎｍにロックした。このとき、基本波であるレーザビーム11の光波長変換素子15からの出力は40ｍＷであった。
【００５８】
次に半導体レーザ10の発振波長を位相整合波長に選択するため、ＢＰＦ22を回転させた。この回転にともなって第２高調波19の出力が徐々に増大し、最大約１ｍＷの第２高調波出力が得られた。このときの半導体レーザ10の発振波長は980 ｎｍで、位相整合波長と一致していた。また、基本波であるレーザビーム11の光波長変換素子15からの出力は約39ｍＷであった。
【００５９】
以上により、本装置においては、半導体レーザ10の発振波長を調整するためにＢＰＦ22を回転させても、光導波路18に対するレーザビーム11の光結合効率が従来装置のように低下しないことが確認された。つまり本装置によれば、光波長変換素子の光導波路に対する基本波の入力結合効率を変化させることなく、高い波長変換効率を得ることができる。
【００６０】
次に図９を参照して、本発明の第４の実施形態について説明する。この図９の光波長変換装置は、図８のものと比較すると、半導体レーザ10が光波長変換素子41の光入射端面に直接結合されている点が異なるものである。このような構成の光波長変換素子は、光学部品が少ないので小型軽量に形成でき、また、光学部品の軸ズレが少ないので光学的な安定性が高いものとなる。
【００６１】
上記のように半導体レーザ10を光波長変換素子41の光入射端面に直接結合させる場合は、それら両者の間に、図１のλ／２板14等の偏光制御素子を設けることはできない。そのため、図１の装置と同様にｚカットの基板を用いて光波長変換素子を構成し、ＴＭモード導波を採用しようとするならば、レーザビーム11の偏光方向をチャンネル光導波路18のｚ軸方向に合わせるために、例えば半導体レーザ10を図１の状態から90°回転させて配置することが必要である。しかし、そのようにすると、半導体レーザ10とチャンネル光導波路18におけるレーザビームパターンが異なるようになり、それら両者間での光結合効率が悪くなる。
【００６２】
このような事情があるので、半導体レーザ10を光波長変換素子の光入射端面に直接結合させる場合は、レーザビーム11の偏光方向を90°回転させる必要がないＴＥモード導波型の光波長変換素子を用いる方が、半導体レーザ10とチャンネル光導波路18との間の光結合効率を高く保つ上で有利である。そこで本実施形態では、ｚ軸の向きが基板表面に対して水平なｘカットのＭｇＯ−ＬＮ結晶基板40を用いて、ＴＥモード導波型の光波長変換素子41を構成している。
【００６３】
なお、ｘカットのＭｇＯ−ＬＮ結晶基板40の代わりに、同様にｚ軸の向きが基板表面に対して水平となるｙカットの基板を用いても、ＴＥモード導波型の光波長変換素子を得ることができる。さらには、前述した特願平８−４７５９１号の明細書に示されるように、自発分極の向きが基板表面に対して垂直とならないようにカットされた基板を用い、該基板に直接電場を印加して周期ドメイン反転構造を形成することにより、ＴＥモード導波型の光波長変換素子を得ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による光波長変換装置を示す概略側面図
【図２】図１の光波長変換装置に用いられた光波長変換素子の斜視図
【図３】本発明の第２実施形態による光波長変換装置を示す概略側面図
【図４】従来の光波長変換装置を示す概略側面図
【図５】狭帯域バンドパスフイルターの分光透過率特性を示す概略図
【図６】狭帯域バンドパスフイルターの光入射角対最大透過波長特性を示す概略図
【図７】従来の光波長変換装置における、光波長変換素子に対する基本波の光結合効率の低下を説明する説明図
【図８】本発明の第３実施形態による光波長変換装置を示す概略側面図
【図９】本発明の第４実施形態による光波長変換装置を示す概略側面図
【符号の説明】
10 半導体レーザ
11 レーザビーム（基本波）
12 コリメーターレンズ
13 集光レンズ
14 λ／２板
15 光波長変換素子
16 ＭｇＯ−ＬＮ結晶基板（ｚ板）
17 周期ドメイン反転構造
18 チャンネル光導波路
19 第２高調波
20 ビームスプリッタ
21 ミラー
22 狭帯域バンドパスフイルター
23 集光レンズ
24 ミラー
30 コリメーターレンズ
40 ＭｇＯ−ＬＮ結晶基板（ｘ板）
41 光波長変換素子

Claims

非線形光学効果を有する強誘電体結晶基板に光導波路が形成されるとともに、この光導波路に基板の自発分極の向きを反転させたドメイン反転部が周期的に形成されてなり、該光導波路においてドメイン反転部の並び方向に導波する基本波を波長変換する光波長変換素子と、
前記基本波としてこの光波長変換素子に入射されるレーザビームを発する、それ自身で発振する半導体レーザと、
この半導体レーザから発せられたレーザビームを平行光化するコリメーターレンズと、
前記光波長変換素子に入射する前の前記レーザビームを一部分岐させる光分岐手段と、
この分岐されたレーザビームを反射させて前記半導体レーザにフィードバックさせるミラーと、
前記分岐されたレーザビームを前記ミラー上において収束させる集光レンズと、
前記ミラーと前記光分岐手段との間において前記レーザビームの光路に、通過波長が変わるように回転可能に配され、該通過波長が所定波長になったところで固定された狭帯域バンドパスフィルタとからなる光波長変換装置。
前記光分岐手段が、そこに入射した前記レーザビームの50〜90％を前記光波長変換素子に入射させ、残余を前記ミラーに入射させるものであることを特徴とする請求項１記載の光波長変換装置。
前記光分岐手段がビームスプリッタであることを特徴とする請求項１または２記載の光波長変換装置。
非線形光学効果を有する強誘電体結晶基板に光導波路が形成されるとともに、この光導波路に基板の自発分極の向きを反転させたドメイン反転部が周期的に形成されてなり、該光導波路においてドメイン反転部の並び方向に導波する基本波を波長変換する光波長変換素子と、
前記基本波としてこの光波長変換素子に入射されるレーザビームを発する、それ自身で発振する半導体レーザと、
この半導体レーザから、前記レーザビームとは反対側に出射する後方出射光としてのレーザビームを平行光化するコリメーターレンズと、
このレーザビームを反射させて、該半導体レーザにフィードバックさせるミラーと、
前記後方出射光としてのレーザビームを前記ミラー上において収束させる集光レンズと、
前記後方出射光としてのレーザビームの光路に、通過波長が変わるように回転可能に配され、該通過波長が所定波長になったところで固定された狭帯域バンドパスフィルタとからなる光波長変換装置。