JP3761060B2 - 導波型光デバイス及びこれを用いた光源及び光学装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコヒーレント光源を応用した、光情報処理、光応用計測制御分野に使用されるレーザ光源及び光学システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光情報記録、再生装置ではより短波長の光源を用いることで高密度化が実現できる。例えば従来より普及しているコンパクトディスク装置では７８０ｎｍの近赤外光を用いるのに対し、より高密度の情報再生を実現したデジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）では６５０ｎｍの赤色半導体レーザが用いられている。またさらに高密度な次世代光ディスク装置を実現するため、さらに短波長な青色レーザ光源の開発が盛んに行われている。例えば、小型かつ安定な青色レーザ光源として非線形光学物質を用いた波長変換素子が開発されている。
【０００３】
図１４は、２次高調波発生素子［ｓｅｃｏｎｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ］（以下ＳＨＧ素子と略す）を用いた青色光源の一例の概略図である。まず図１４に沿って、ＳＨＧ光源について説明する。
【０００４】
光学材料基板１１４上にはプロトン交換法によって幅約３ミクロン、深さ約２ミクロンの高屈折率領域が形成され、光導波路［ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ］１１５として働く。半導体レーザ１１１から出射された波長８５０ｎｍの赤外光はＳＨＧ素子１１７の入射側端面１３９に集光され、ＳＨＧ素子１１７上の光導波路１１５内を伝搬して基本波導波光［ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｇｕｉｄｅｄ ｗａｖｅ］となる。
【０００５】
光学材料基板１１４のニオブ酸リチウム結晶は、大きな非線形光学定数を持ち、基本波の電界から波長が２分の１に変換された波長４２５ｎｍの高調波導波光が励起される。
【０００６】
また、基本波と高調波の伝搬定数差を補償するために導波路１１５上には周期的に分極反転［ｄｏｍａｉｎ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ］領域１１６が形成され、導波路１１５全域にわたって励起される高調波はコヒーレントに足し合わされて、導波路１１５の出射側端面１３８から出射される。
【０００７】
ここで、基本波と高調波の伝搬定数差を正確に補償するためには、基本波の波長を正確に一定に保つ必要があり、半導体レーザ１１１は温度等による波長変動が極めて小さいＤＢＲレーザが用いられる。ＤＢＲレーザは波長変動が小さいばかりでなく、単一波長で発振するためコヒーレンス［ｃｏｈｅｒｅｎｃｙ］が高くかつＲＩＮノイズ［ｒｅｌａｔｉｖｅ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｎｏｉｓｅ］が低いという特長を併せ持つ。
【０００８】
次に図１５に示したＳＨＧ素子１１７を用いた青色光源光ディスクピックアップの概略図に沿ってその動作の様子を説明する。ＳＨＧ素子１１７から出射された高調波青色光はコリメートレンズ１１３、偏光分離ビームスプリッタ１２０、４分の１波長板１２１、対物レンズ１２２を通過して光ディスク１２４上に集光される。
【０００９】
光ディスク１２４によって変調された光は偏光分離ビームスプリッタ１２０で反射され、集光レンズ１２３によって光検出器１２５に導かれ再生信号を得る。
【００１０】
このとき、ＳＨＧ素子１１７からは紙面に平行な直線偏光［ｌｉｎｅａｒｌｙｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｌｉｇｈｔ］が出射されるが、４分の１波長板１２１を往復して紙面に垂直な偏光となり、光ディスク１２４からの反射光は偏光ビームスプリッタ１２０で全て反射され光源側には戻らない構成となっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術の項で光ディスクからの反射光が偏光ビームスプリッタで反射され光源側に戻らない構成を述べたが、現実の光ディスク１２４の基材が複屈折性［ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ］を持つため、ディスクで発生した不要偏光成分が偏光ビームスプリッタ１２０を通過して光源側に戻る。
【００１２】
光ディスク１２４の再生中には、対物レンズ１２２は光ディスク１２４上に正確に焦点を合わせるように位置制御されるため、ＳＨＧ素子１１７の出射側端面１３８と光ディスク１２４とは共焦点光学系［ｃｏｎｆｏｃａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ］を形成し、光ディスク１２４からの反射光は正確にＳＨＧ素子１１７の光導波路１１５の出射側端面１３８に集光される。
【００１３】
このように反射光が光源に帰還される課題は半導体レーザを光源とする光学系の戻り光誘起雑音として、従来よりこれを回避する様々な技術が提案されている。
【００１４】
例えば半導体レーザを高周波信号で変調することで複数の縦モードを生じさたり、半導体レーザに自励発振を起こさせて同じく複数の縦モード発振を実現する方法である。
【００１５】
また、光通信の分野では半導体レーザからの光を光ファイバに集光する際両者の間に磁気光学効果を用いた光アイソレータを挿入するのが一般的である。
【００１６】
あるいは光ファイバや光導波路の入射側端面を斜めに研磨して反射光を斜めに反射させ、半導体レーザに戻らないようにする方法が特開平５−３２３４０４号公報に開示されている。
【００１７】
これらの技術は半導体レーザの光源内部に帰還される戻り光による戻り光誘起雑音を低減するものである。
【００１８】
我々は図１５に示した導波型ＳＨＧ素子１１７を用いた光ピックアップの再生実験を行い、従来の戻り光誘起雑音とは異なるメカニズムで発生するノイズを見出した。
【００１９】
すなわち、光導波路１１５の出射側端面１３８に集光された戻り光が導波路１１５の出射側端面１３８で反射されて、導波路１１５の内部から出射される光と干渉して生じる干渉ノイズである。
【００２０】
この干渉効果によって光ディスク１２４側からは光源の出力光パワーが変化するように見え、光ディスク１２４の再生信号が低周波ノイズで変調されて信号劣化となる。
【００２１】
半導体レーザでの戻り光誘起雑音（モードホップノイズ）が半導体レーザ１１１の内部の光と入射側端面１３９で反射された戻り光との相互作用で発生するのに対して、上述の干渉ノイズは光源からの出射光と出射側端面１３８で反射される戻り光との干渉によって発生する点が異なる。
【００２２】
また、さらに詳細な検討によって、外部光学系（コリメートレンズ１１３）からの戻り光の一部は導波型光デバイスの導波路１１５内に再度導波光として励起され、導波路１１５の入射側端面１３９で反射されて同様に干渉ノイズの原因となることを発見した。
【００２３】
以上述べたように、導波型光デバイスを用いた光学系には２種の異なるノイズ、すなわち、光源から出射された光が反射されて光源の出射側端面１３８に戻り、光源外部の光学系で干渉を起こす低周波の干渉ノイズと、半導体レーザ１１１の内部に起因するモードホップノイズが存在する。
【００２４】
後者のモードホップノイズを低減する方法は種々の技術が提案されているが、前者の光源外部での干渉ノイズは今まで注目されたことがなく、これを根本的に解決する方法は提案されていない。
【００２５】
本発明の目的は、光源外部での干渉ノイズを低減することにある。
【００２６】
本発明の他の目的は、光ディスクからの戻り光が存在するような場合にも、戻り光の影響を受けることなく低ノイズで光ディスクを再生することができる導波型光デバイス、これを用いた光源および光学装置を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る導波型光デバイスは、光学材料基板と、前記光学材料基板に形成された導波路とを含む導波型光デバイスにおいて、前記光学材料基板と前記導波路とは２次高調波発生素子を形成し、前記導波路は、長手方向軸と、前記長手方向軸に垂直な面に対して直角からずれた角度に形成される出射側端面と、前記長手方向軸に垂直な面に対して直角からずれた角度に形成される入射側端面とを有し、該出射側端面の前記角度は、外部光学系からの戻り光が該出射側端面にて反射される際に該導波路からの出射光と干渉することを防ぐように設定され、該入射側端面の前記角度は、外部光学系からの戻り光が該出射側端面から該導波路内に入射して該入射側端面にて反射される際に、該導波路内に入射されないように設定され、前記入射側端面に、前記戻り光である高調波の反射率を低減する反射防止膜が形成されており、そのことにより上記目的が達成される。
【００３９】
本発明に係る光学装置は、本発明に係る導波型光デバイスと、前記導波路からの出射光を被観測物体上に集光する集光光学系とを含み、前記導波型光デバイスと被観測物体とは、共焦点の関係にあるように配置され、そのことにより上記目的が達成される。
【００４０】
前記出射側端面に垂直な面と前記導波路とのなす角θと前記導波路の実効屈折率ｎと前記集光光学系の前記導波路の出射側の実質的な開口数ＮＡとが、ＮＡ≦ｓｉｎ（θ×ｎ）なる関係を満足してもよい。
【００４１】
前記被観測物体は、光ディスクを含んでもよい。
【００４２】
本発明に係る他の導波型光デバイスは、光学材料基板と、前記光学材料基板に形成された導波路とを含む導波型光デバイスにおいて、前記導波路から第１方向に出射され外部物体により前記出射側端面へ反射された光が前記出射側端面で前記第１方向と異なる第２方向に出射され、そのことにより上記目的が達成される。
【００４３】
前記光学材料基板と前記導波路とは２次高調波発生素子を形成してもよい。
【００４４】
本発明のある局面に従えば、出射側を斜めに形成するという簡単な構成によって戻り光の影響を効果的に低減することができるという作用を奏する。
【００４５】
入射側、出射側とも導波路に対して斜めに形成された導波型光デバイスでは両端面での反射が低減され、ほぼ完全に戻り光の干渉の影響を除去でき、また、入射側端面を斜めに形成していることにより、光導波路の入射側端面での反射による半導体レーザへの戻り光も抑えられ、半導体レーザのモードホップノイズ低減の効果も併せ持つという作用を有する。
【００４６】
光学材料基板の入射側端面と出射側端面が略平行に形成されることを特長とした導波型光デバイスは、作りやすいという効果を奏する。
【００４７】
本発明の他の局面に従えば、光源のコリメート光学系は導波型光デバイスからの出射光分布の中心に配置されるので、半導体レーザ光源への戻り光を低減できるという作用を奏する。
【００４８】
本発明のさらに他の局面に従えば、光学装置は、外部光学系からの戻り光が導波路端面で反射されて出射光と干渉することを防ぎ、干渉ノイズのない安定な光源を提供し、入射側端面も斜めに形成することで、外部光学系からの戻り光が導波路の入射側端面まで戻って反射することを防止するのみならず、半導体レーザ光源への戻り光を低減するという作用を有する。
【００４９】
【発明の実施の形態】
本明細書では、「出射側端面」とは特に断らない限り、光学材料基板の表面と光が出射する導波路の表面との双方を含む。光学材料基板は、導波路の出射側端面とは異なる出射側端面を持ち得る。光学材料基板と導波路とは、同一平面内に出射側端面を持ち得る。
【００５０】
「入射側端面」とは特に断らない限り、光学材料基板の表面と光が光源から入射する導波路の表面との双方を含む。光学材料基板は、導波路の入射側端面とは異なる入射側端面を持ち得る。光学材料基板と導波路とは、同一平面内に入射側端面を持ち得る。
【００５１】
「出射光」とは、導波路から出射する光を意味する。
【００５２】
（実施の形態１）
図１に本発明の導波型光デバイス１０を用いた光学装置１００の概略構成図を示す。本発明の導波型光デバイスはＳＨＧ素子に限ったものではないが、図１の例では導波型素子に赤外光を青色光に変換するＳＨＧ素子を用いた例を示している。
【００５３】
光学装置１００は、光源装置１０１と集光光学系１０２とを含む。光源装置１０１は、光源としての半導体レーザ１１と集光レンズ１２と導波型光デバイス１０とコリメートレンズ１３とを含む。集光光学系１０２は、偏光ビームスプリッタ２０と４分の１波長板２１と対物レンズ２２とを含む。
【００５４】
導波型光デバイス１０は、光学材料基板１４と光学材料基板１４に形成される光導波路１５とを含む。以下に述べる実施の形態では、 光学材料基板１４と光導波路１５とを含むＳＨＧ素子を例に挙げて説明するが本発明はこれに限定されない。本発明では、光学材料基板および光導波路として他のタイプの素子が使用され得る。
【００５５】
半導体レーザ１１からは波長８５０ｎｍの光が出射され、ＳＨＧ素子１７上に形成された光導波路１５を伝搬する間に波長が２分の１に変換された青色光が発生し、出射側端面３８から波長４２５ｎｍの青色光が出射される。
【００５６】
ＳＨＧ素子１７からの出射光３０はコリメートレンズ１３、偏光ビームスプリッタ２０を通過し、対物レンズ２２で光ディスク２４上に集光される。
【００５７】
光ディスク２４からの反射光は偏光ビームスプリッタ２０で反射されて光検出器２５に導かれるが、光ディスク２４の基材が複屈折性を持つ場合には不要な偏光成分は偏光ビームスプリッタ２０を通過してＳＨＧ素子１７に戻る。
【００５８】
ここで対物レンズ２２は光ディスク２４上に正確に集光するように位置制御されるため、ＳＨＧ素子１７の出射側端面３８と光ディスク２４とは共焦点系をなし、光学系からの戻り光３１は、出射側端面３８に集光される。
【００５９】
図１に示した本発明の導波型デバイスの特徴は、出射側端面３８が、出射側端面３８に垂直な面５０が光導波路１５の長手方向軸Ａに対して斜めの角度θを有するように形成されていることである。即ち、出射側端面３８は、光導波路１５の長手方向軸Ａに垂直な面に対して斜めの角度θを有する。本明細書では、このような出射側端面と光導波路との位置関係を光導波路に対して斜めに形成されると表現する。
【００６０】
光導波路１５からの出射光３０は、出射側端面３８に垂直な面５０に対して出射角θ１なる角度で出射される。このときの出射角θ１はスネルの法則により、
θ１＝ｎ×ｓｉｎθ （式１）
なる式で表され、光導波路の屈折率ｎと、光導波路と出射側端面とのなす角θで規定される。
【００６１】
このように、光導波路１５からの出射光が光導波路１５に対して斜めに出射されるため、ＳＨＧ素子１７と光ピックアップ光学系（コリメートレンズ１３、偏光ビームスプリッタ２０、対物レンズ２２）とは図１のように斜めに配置される。このため、光学系からの戻り光３１の端面反射光３２は、出射光３０と２×θ１の角度ずれが生じ、端面反射光３２はコリメートレンズ１３にとらえられず出射光３０との干渉が回避される。
【００６２】
図１から分かるように、コリメートレンズ１３は光導波路１５に対して斜めの方向に配置されているが、これはスネルの法則によって規定される角度に出射される出射光３０の分布中心にコリメートレンズ１３を置く配置になっている。
【００６３】
コリメートレンズ１３を光導波路１５に対して直角に配置する構成に比べて、光学系からの戻り光３１と端面反射光３２のなす角がより大きくなる配置となっているので、出射光３０を最も効率よく利用することができる。
【００６４】
図１での光導波路１５と出射側端面３８とのなす角度θは特に限定せずとも干渉ノイズの低減に効果を持つが、出射光３０の出射角θ１と光ピックアップ光学系１０３の光源側ＮＡ（開口数）を
ＮＡ＜ｓｉｎ（θ×ｎ） （式２）
なる条件に設定することで出射光３０と端面反射光３２とを完全に分離し、出射光３０と端面反射光３２との干渉を完全になくすことができる。
【００６５】
ここで光ピックアップ光学系１０３の光源側ＮＡは単にコリメートレンズ１３のＮＡを指すものではない。例えば図１の光ピックアップ光学系１０３では、コリメートレンズ１３は対物レンズ２２より大きな有効径を持ち、光ピックアップ光学系１０３の有効ビーム径は対物レンズ２２の有効径で規定される。
【００６６】
この場合には、端面反射光３２の影響が完全に除去される条件を表す（式１）でのＮＡは、光ピックアップ光学系１０３の有効ビーム径、すなわち対物レンズ２２の有効径ｒとコリメートレンズ１３の焦点距離ｆから
ＮＡ＝ｓｉｎ（ｒ／ｆ） （式３）
なる式でＮＡが表される。このＮＡに対して（式１）が成立する範囲に光導波路１５と出射側端面３８とのなす角度θを設定すればよい。
【００６７】
例えば、ＤＶＤやＣＤの一般的な光ピックアップ光学系では、有効ビーム半径２ｍｍ、コリメートレンズの焦点距離ｆが１５ｍｍ程度であり、屈折率２．２のニオブ酸リチウム導波路を用いた場合には、光導波路１５と出射側端面３８とのなす角度θは、３．５度以上に設定すればよい。角度の上限は全反射臨界角で定まるが、角度が大きくなるに従って端面透過率の角度依存性が大きくなるため、光導波路１５と出射側端面３８とのなす角度θは２０度程度以下に設定するのが現実的である。
【００６８】
また、図２には、さらに出射側端面の傾斜角度を小さくした構成の光デバイスの一例を示す。導波型光デバイス１０Ａは、ＳＨＧ素子１７Ａを含む。 ＳＨＧ素子１７Ａは、プロトン交換導波路１５Ａを含む。 ＳＨＧ素子１７Ａの出射側端面３８Ａに垂直な面５１は、図１の出射側端面３８よりも、プロトン交換導波路１５Ａの長手方向軸Ａに対して小さい角度を有する。
【００６９】
導波型光デバイス１０Ａとして、プロトン交換導波路１５Ａを用いた場合には、光導波路１５Ａからの出射光３０Ａの遠視野像は、図３に示すように垂直方向に広く水平方向に狭い楕円形状を持つことが多い。
【００７０】
図３は、図２の断面３−３での出射光３０Ａの断面図である。図３に示すように、遠視野像の高さｈは、その幅ｄよりも大きい。
【００７１】
このような場合には、出射光３０Ａの遠視野像形状に合わせたアパーチャプレート３７Ａを挿入して、光量を大きくロスすることなく光学系の水平方向のＮＡを小さくする事ができる。
【００７２】
図４Ａは、図２の断面４Ａ−４Ａでのアパーチャプレート３７Ａの断面図である。図４Ａに示すように、アパーチャプレート３７Ａのアパーチャの高さｈは、その幅ｄよりも大きい。アパーチャプレート３７Ａは、図３の出射光３０Ａの遠視野像に適合する。このようにアパーチャプレート３７Ａを用いると、光ピックアップ光学系の幅ｄ方向（図３）のＮＡを小さくする事ができる。
【００７３】
図２では完全に反射光の干渉を除去できる角度θは、アパーチャプレート３７Ａのアパーチャの幅ｄを用いて
ＮＡ＝ ｓｉｎ｛（ｄ／２）／ｆ｝ （式４）
で表されるＮＡに対して（式１）を満足すればよく、出射側端面３８Ａの傾斜角θを図１に示す構造での傾斜角よりも小さくすることができる。
【００７４】
代表的なプロトン交換導波路では、遠視野像の垂直方向の広がり（図３に示す高さｈ）が水平方向の広がり（図３に示す幅ｄ）の２倍程度である。この場合には、出射側端面３８Ａの傾斜角θは、（式２）に対応する値の２分の１にできる。上述した光ピックアップの具体例に適用すると、傾斜角θは１．８度以上になる。実際にはレンズや光源の設置位置誤差等を考慮して傾斜角θは２度以上に設定するのが妥当である。傾斜角θの上限は、２０度程度以下に設定するのが現実的である。傾斜角θの上限は全反射臨界角で定まるが、角度が大きくなるに従って端面透過率の角度依存性が大きくなるからである。
【００７５】
図２は、光導波路１５Ａからの遠視野像形状が垂直方向（図３に示す高さｈ）に広い場合の例を示しているが、光導波路１５Ａの構造によって遠視野像形状が水平方向（図３に示す幅ｄ）に広い場合には、その遠視野像形状に合わせて水平方向（図３に示す幅ｄ）に長い形状のアパーチャプレートを挿入すればよい。
【００７６】
またアパーチャ形状も楕円形状に限らず、図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、長方形（３７Ｂ）や、帯状形状（３７Ｃ）など垂直、水平方向の広がりが異なる形状であればよい。
【００７７】
導波路端面を斜めに形成して導波光の端面反射を防止する技術は、例えば特開昭６１−２２３１１号号公報などに公開されている。これは、ファイバ端面を斜めに構成することで導波光の端面反射を防止する効果を持つ。それに対し、本発明の導波型光デバイスの特徴は、上述のように外部光学系からの反射光が導波路端面で再反射される際に角度を持って反射されることで導波路からの出射光との干渉を防ぐことにあり、導波光の反射を防ぐ技術とは構成、効果とも異なる技術である。
【００７８】
図２は、導波型光デバイス１０Ａの平面図を示す。軸Ａは、プロトン交換導波路１５Ａを貫通する。面Ｂは、長手方向軸Ａに垂直である。軸Ｃは、紙面に交差し、長手方向軸Ａに垂直である。出射側端面３８Ａは、面Ｂと非並行であって、かつ軸Ｃと交わらないように形成される。図１に示す出射側端面３８も同様に形成される。
【００７９】
図１、２では出射側端面３８、３８Ａを水平方向で傾斜させる例を図示しているが、図５に示す、垂直方向に出射側端面３８Ｂを傾斜させた導波型光デバイス１０Ｂでも同様に端面反射光３２と出射光３０との干渉を回避することができる。
【００８０】
図５を参照して、軸Ｄは、紙面に交差し、長手方向軸Ａに垂直である。出射側端面３８Ｂは、面Ｂと非並行であって、かつ軸Ｄと交わらないように形成される。
【００８１】
出射側端面が導波路に対して斜めに形成された構成は、図１、図２および図５に示すように出射側端面全体を斜めに研磨することで容易に実現できるほか、図６に示すように、基板の導波路端面部分３８Ｃのみを斜めに形成する構成でも同様の効果が得られる。
【００８２】
図６の構成を実現する製造方法としては、ダイシングによる方法がある。例えば、面荒さ＃６０００のブレードを用いれば、光学研磨に近い断面が形成できる。光導波路１５Ｃの幅１５ｗ以上の幅３８ｗ、例えば１０μｍ程度の切り込みを光導波路１５Ｃの表面近傍に形成することで、光導波路出射端面３８Ｃの形成が可能となる。また、ダイシングを１０μｍ程度しか行わないことで、鏡面加工が容易になり、ブレードの消耗も少なく、歩留まりの高い加工が容易になる。
【００８３】
以上、出射側端面を斜めに形成することで光学系からの反射光の影響による干渉ノイズが低減される光デバイスについて説明した。以上のように出射側端面を斜めに形成することのみによっても戻り光の影響を低減することができるが、より完全に干渉ノイズを低減するためには入射側端面での反射を考慮する必要がある。
【００８４】
すなわち、図１でＳＨＧ素子１７内に点線で示すように、光学系からの戻り光３１の一部は光導波路１５内に入射して入射側端面３９で反射されて導波ビーム反射光３３となり、出射側端面３８から出射される。この光は、出射側端面３８を斜めに形成しても除去することはできず、出射光３０と干渉してノイズの原因となる。
【００８５】
（実施の形態２）
入射側端面での反射を低減する導波型光デバイスの一例を図７に示す。図７の導波型光デバイス１０Ｄでは、光導波路１５ＤのＳＨＧ素子１７Ｄの入射側端面３９Ｄも光導波路１５Ｄに対して斜めに形成されている。
【００８６】
このときの光学系からの戻り光が光導波路１５Ｄに入射し、入射側端面３９Ｄで反射されて導波路１５Ｄと異なる方向に進行する導波ビーム反射光３３Ｄとなる。導波ビーム反射光３３Ｄは、導波路１５Ｄに入射せず拡散しつつ導波型光デバイス１０Ｄ内に放射され、出射側端面３８Ｄに到達しない。
【００８７】
図５の例のように、入射側端面３９Ｄ、出射側端面３８Ｄとも導波路１５Ｄに対して斜めに形成された導波型光デバイス１０Ｄでは入射側端面３９Ｄおよび出射側端面３８Ｄの両端面での反射が低減され、ほぼ完全に戻り光３１と出射光３０との干渉の影響を除去できる。
【００８８】
また、入射側端面３９Ｄを斜めに形成していることにより、光導波路１５Ｄの入射側端面３９Ｄでの反射による半導体レーザ１１への戻り光も抑えられ、半導体レーザ１１のモードホップノイズ低減の効果も併せ持つ。
【００８９】
（実施の形態３）
また、入射側端面および出射側端面の双方を斜めに形成した導波型光デバイスでは、両端面を平行に形成することによって、デバイスの生産性低下を防ぐという効果が生じる。
【００９０】
導波型光デバイスは通常大面積の材料基板上に多数の導波路を一括して作製した後切断され、端面を平滑にする研磨行程を経る。
【００９１】
図８Ａは、導波型光デバイス１０Ｈの光学材料基板１４上での配置を表す。図８Ａのように、入射側端面と出射側端面とを平行に形成する導波型光デバイス１０Ｈは、光学材料基板１４に無駄なスペースを生じることなく密に導波型光デバイス１０Ｈを配置できるとともに、一列分のデバイス全ての切断、研磨を一度に処理できるという効果を持つ。
【００９２】
すなわち、最初に導波路端面の切断線４８に沿って一括して切断し、比較的長い時間を必要とする研磨行程は、切断線４８に沿って切断された１列分の導波型光デバイス１０Ｈを一括して行ったのちに、導波路側面を切断線４７に沿って切断する。
【００９３】
図８Ｂに示すように、入射側端面と出射側端面とが平行でない場合には、基板１４Ａ上の個々の導波型光デバイス１０Ｊの導波路端面の切断線が切断線が一致しない。
【００９４】
このため、個々の導波型光デバイス１０Ｊを導波路端面の切断線に沿って一括して切断できないので、切断線に沿って切断された１列分の導波型光デバイス１０Ｊを一括して研磨することができない。
【００９５】
この結果、導波型光デバイス１０Ｊを個別に研磨せざるを得なくなり、端面を直角に形成した導波型光デバイスに比べて著しく生産性が低下する問題が生じる。
【００９６】
入射側端面と出射側端面とを平行に形成することで、端面を斜めに形成する構成でも生産性の低下を防ぐことができる。
【００９７】
次に入射側端面での反射を低減する他の構成の例を実施の形態４〜６（図９〜図１１）に示す。これらの例は導波型光デバイスに２次高調波発生素子を用い、デバイスの入射側からは長波長の基本波を入射し、出射側からはより短波長の高調波を出射するデバイスに特に有効なものである。
【００９８】
（実施の形態４）
図９は、導波型光デバイス１０Ｅの入射側端面３９Ｅ上に高調波に対する反射防止膜３４を形成している。通常のＳＨＧ素子では入射側端面３９Ｅには、基本波の半導体レーザへの戻り光を防止するために基本波に対する反射防止膜を装荷するのが普通であるが、図９のＳＨＧ素子１７Ｅでは入射側端面３９Ｅを光導波路１５Ｅに対して斜めに形成することで半導体レーザへの戻り光が防止されているため、基本波の反射率を低減する必要がない。
【００９９】
一方光ピックアップ光学系側（コリメートレンズ１３側）からの高調波の戻り光３１Ｅに対しては入射側端面３９Ｅを斜めに形成する構造でも反射率は完全にはなくならないため、入射側端面３９Ｅに高調波に対する反射防止膜３４を形成してさらに反射率を低下させることができる。
【０１００】
反射防止膜３４は、入射側端面３９Ｅから離れた位置に形成してもよい。
【０１０１】
（実施の形態５）
図１０は、高調波吸収素子３５によって光学系側（コリメートレンズ１３側）からの戻り光３１Ｆを低減する構成の導波型光デバイス１０Ｆの概略構成である。高調波吸収素子３５は、導波型光デバイス１０ＦのＳＨＧ素子１７Ｆの入射側端面３９Ｆの近傍の導波路１５Ｆ上に設けられる。
【０１０２】
基本波６１Ｆに８６０ｎｍの近赤外光を、高調波に４２５ｎｍの青色光を用いる場合には、高調波吸収素子３５として、例えば酸化チタン、セレン化亜鉛、リン化ガリウム、アモルファスシリコンなどの物質を用いることができる。これらの物質は赤外領域に対して透明で、青色光を吸収する分光特性を持ち、スパッタリングなどの技術によって導波路１５Ｆ上に薄膜の形で装荷することができる。
【０１０３】
基本波に赤色光を、高調波に紫外光を用いるなど、上記の例と異なる波長を用いるデバイスに対しては高調波吸収素子３５として他の物質を用いることになる。
【０１０４】
（実施の形態６）
また図１１は、グレーティング３６を用いて光学系側（コリメートレンズ１３側）からの戻り光３１Ｇを回折、散乱させることで干渉を防ぐ構成の導波型光デバイス１０Ｇの概略構成を示す。
【０１０５】
導波型光デバイス１０Ｇの入射側端面３９Ｇ付近に短周期のグレーティング３６が形成されており、その周期Λは、基本波の真空中での波長λ１、導波路の実効屈折率ｎを用いて、
λ／（４×ｎ）＜Λ＜λ／（２×ｎ） （式５）
なる範囲に値に設定することで高調波のみを回折させ、基本波を回折しない構成となっている。
【０１０６】
このときの高調波、基本波に対するベクトルダイアグラムを、それぞれ図１２、図１３に示す。図１２に示すベクトルダイアグラム上には、高調波導波光の波数ベクトル４０、グレーティングの波数ベクトル４２、空気中への回折光の波数ベクトル４３および基板中への回折光の波数ベクトル４４がそれぞれ表示される。
【０１０７】
図１３に示すベクトルダイアグラム上には、基本波導波光の波数ベクトル４１およびグレーティングの波数ベクトル４２がそれぞれ表示される。各ベクトルの方向は伝搬方向に、各ベクトルの大きさは波数に対応する。
【０１０８】
グレーティングによって導波光が回折される際の回折光の方向をベクトルダイアグラムによって求める手順は以下の如くである。空気中、基板中での放射光の波長は一意に決まっているため、放射光（空気中への回折光および基板中への回折光）の波数ベクトルは図１２の半円Ｒ１，Ｒ２上および図１３の半円Ｒ３，Ｒ４上に終端を持つ。
【０１０９】
また、導波光がグレーティングによって基板中への回折光や空気中への回折光となるためには、放射光（空気中への回折光および基板中への回折光）の波数ベクトルと導波光の波数ベクトル４０との間の差の水平方向成分がグレーティングの波数ベクトル４２と一致するときに限られる。このため、放射光（空気中への回折光および基板中への回折光）の波数ベクトルは図１２，１３の点線で示した直線ＤＬ１、ＤＬ２上に終端を持つ。
【０１１０】
すなわち図１２に示した高調波導波光の回折においては、半円の円弧Ｒ１、Ｒ２と点線ＤＬ１との交点４３Ａ、４４Ａの方向に放射光（空気中への回折光および基板中への回折光）が生じることになる。
【０１１１】
ここで図１３では点線ＤＬ２と半円Ｒ３、Ｒ４とが交点を持たないため、基本波導波光は放射光とならず、ロスなくグレーティング領域を伝搬する。
【０１１２】
このように、（式５）の関係を満たすような周期を持つグレーティングを用いることによっても入射側端面での戻り光反射を低減できる。
【０１１３】
以上、導波型光デバイスにＳＨＧ素子を用いた例を挙げて本発明の実施例を説明したが、本発明に係る導波型光デバイスは特にＳＨＧ素子に限らない。例えば高速変調素子や位相シフタ、周波数シフタ、偏光制御素子など、導波型光デバイスとして様々な機能、構成のものが考えられるが、こうした導波型光デバイスとコヒーレント光源を用いた光学系全てに本発明の導波型光デバイスを応用可能である。
【０１１４】
ただし、ＳＨＧ素子を用いた光源では半導体レーザとして可干渉性の高い半導体レーザを用いて可干渉性の高い高調波を発生することが多いため、逆に干渉ノイズも発生しやすく、本発明の導波型光デバイスと組み合わせることで特に効果的に干渉ノイズを低減することができる。
【０１１５】
また共焦点光学系として光ピックアップ光学系を例示して説明したが、レーザ走査顕微鏡やレーザプリンタなど、他のコヒーレント光学系にも適用可能であることは言うまでもない。
【０１１６】
ただし、光ピックアップ光学系では、被測定物の光ディスクが高い反射率を持つこと、常に光ディスク上に光を集光するように対物レンズが位置制御されて共焦点系を保つこと、光ディスクが上下に運動するため干渉条件が刻々変化し、干渉ノイズを生じやすいことなどから、本発明の導波型光デバイスは光ディスクピックアップに、特に有効となる。
【０１１７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の導波型光デバイスは、導波路の出射側端面を斜めに形成することによって、外部光学系からの戻り光が導波路端面で反射されて出射光と干渉することを防ぎ、干渉ノイズのない安定な光源を提供する。
【０１１８】
また、入射側端面も斜めに形成することで、外部光学系からの戻り光が導波路の入射側端面まで戻って反射することを防止するのみならず、半導体レーザ光源への戻り光を低減する効果を併せ持つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る導波型光デバイスを用いた光学装置の概略構成図。
【図２】本発明の実施の形態１に係る導波型光デバイスの概略構成図。
【図３】本発明の実施の形態１に係る光源装置からの光の遠視野像の断面図。
【図４Ａ】本発明の実施の形態１に係る導波型光デバイスのアパーチャプレートの概略構成図。
【図４Ｂ】本発明の実施の形態１に係る導波型光デバイスの他のアパーチャプレートの概略構成図。
【図４Ｃ】本発明の実施の形態１に係る導波型光デバイスのさらに他のアパーチャプレートの概略構成図。
【図５】本発明の実施の形態１に係る他の導波型光デバイスの概略構成図。
【図６】本発明の実施の形態１に係るさらに他の導波型光デバイスの概略構成図。
【図７】本発明の実施の形態２に係る導導波型光デバイスの概略構成図。
【図８Ａ】本発明の実施の形態３に係る導導波型光デバイスの光学材料基板上での配置図。
【図８Ｂ】本発明の実施の形態３に係る導導波型光デバイスの光学材料基板上での配置図。
【図９】本発明の実施の形態４に係る導導波型光デバイスの概略構成図。
【図１０】本発明の実施の形態５に係る導導波型光デバイスの概略構成図。
【図１１】本発明の実施の形態６に係る導導波型光デバイスの概略構成図。
【図１２】本発明の実施の形態６に係る導導波型光デバイスのグレーティング上での高調波に対する波数ベクトルダイアグラムを示す図。
【図１３】本発明の実施の形態６に係る本発明の導導波型光デバイスのグレーティング上での基本波に対する波数ベクトルダイアグラムを示す図。
【図１４】従来の２次高調波発生素子の導波型光デバイスの概略構成図。
【図１５】従来の導波型光デバイスを用いた光ディスクピックアップ光学系の概略構成図。
【符号の説明】
１０ 導波型光デバイス
１１ 半導体レーザ
１３ コリメートレンズ
１４ 光学材料基板
１５ 光導波路

Claims (5)

1. 光学材料基板と、
   前記光学材料基板に形成された導波路とを含む導波型光デバイスにおいて、
   前記光学材料基板と前記導波路とは２次高調波発生素子を形成し、
   前記導波路は、長手方向軸と、前記長手方向軸に垂直な面に対して直角からずれた角度に形成される出射側端面と、前記長手方向軸に垂直な面に対して直角からずれた角度に形成される入射側端面とを有し、
   該出射側端面の前記角度は、外部光学系からの戻り光が該出射側端面にて反射される際に該導波路からの出射光と干渉することを防ぐように設定され、
   該入射側端面の前記角度は、外部光学系からの戻り光が該出射側端面から該導波路内に入射して該入射側端面にて反射される際に、該導波路内に入射されないように設定され、
   前記入射側端面に、前記戻り光である高調波の反射率を低減する反射防止膜が形成されている、導波型光デバイス。
2. 請求項１に記載の導波型光デバイスと、
   前記導波路からの出射光を実質的に平行にするコリメートレンズとを含む光源であって、
   前記コリメートレンズは、前記導波路からの前記出射光の分布の中心に配置される光源。
3. 請求項１に記載の導波型光デバイスと、
   前記導波路からの出射光を被観測物体上に集光する集光光学系とを含み、
   前記導波型光デバイスと被観測物体とは、共焦点の関係にあるように配置される光学装置。
4. 前記出射側端面に垂直な面と前記導波路とのなす角θと前記導波路の実効屈折率ｎと前記集光光学系の前記導波路の出射側の実質的な開口数ＮＡとが、
   ＮＡ≦ｓｉｎ（θ×ｎ）
   なる関係を満足する、請求項３記載の光学装置。
5. 前記被観測物体は、光ディスクを含む、請求項３記載の光学装置。

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