JPH04107536A - 第２高調波発生装置 - Google Patents
第２高調波発生装置Info
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- JPH04107536A JPH04107536A JP2227187A JP22718790A JPH04107536A JP H04107536 A JPH04107536 A JP H04107536A JP 2227187 A JP2227187 A JP 2227187A JP 22718790 A JP22718790 A JP 22718790A JP H04107536 A JPH04107536 A JP H04107536A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
- H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
- H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
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- H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
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- Semiconductor Lasers (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は、レーザを基本波光源とする第２高調波発王
装置に関する。
装置に関する。
（従来の技術）
この種の第２高調波発生装雷は光源からの出射光の波長
８１／２に変換して短波長化を図る装置である。この種
の装置に使用される第２高調波発生素子（ＳＨＧ素子と
もいう）の−例が文献Ｉ：「エレクトロニクス レター
ズ（Ｅｌｅｃｔｒ○ｎ１ｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、ｖ
ｏｌ、２５゜（１９８９）、ＰＰ、７３１−７３２Ｊに
開示されている。
８１／２に変換して短波長化を図る装置である。この種
の装置に使用される第２高調波発生素子（ＳＨＧ素子と
もいう）の−例が文献Ｉ：「エレクトロニクス レター
ズ（Ｅｌｅｃｔｒ○ｎ１ｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、ｖ
ｏｌ、２５゜（１９８９）、ＰＰ、７３１−７３２Ｊに
開示されている。
以下、第２図％９照しながらこのＳＨＧ素子の動作原理
（擬位相整合法）を説明する。第２図はこの原理の概念
を説明するための模式図である。
（擬位相整合法）を説明する。第２図はこの原理の概念
を説明するための模式図である。
このＳＨＧ素子では、ＬｉＮ１）０３基板１０（７）＋
０面にＴｉ（チタン）を周期的（周期Δ）に熱拡散（拡
散温度：約１１００℃：拡散時開：約１時間）してドメ
イン反転構造１２か形成しである。また、このドメイン
反転の格子状構造１２に直交するように、プロトン交換
法（Ｌｉ” −Ｈ”交換法）により、先導波路１４が形
成しである。
０面にＴｉ（チタン）を周期的（周期Δ）に熱拡散（拡
散温度：約１１００℃：拡散時開：約１時間）してドメ
イン反転構造１２か形成しである。また、このドメイン
反転の格子状構造１２に直交するように、プロトン交換
法（Ｌｉ” −Ｈ”交換法）により、先導波路１４が形
成しである。
このＳＨＧ素子に第２図に示すように基本波（角振動数
ω：波長λ（ω））が左側がら光導波路］４に入射し、
あるｍ次（ｍ＝ｏ、１．２・・・）の伝播モード（伝播
横モード）で光導波路１４中を英効屈折＊Ｎ、（ω）で
伝播する０周知の通り、この伝播の間に第２高調波（角
振動数２ω：波長λ（２ω））が発王する。すなわち、
基本波ωのエネルギーの一部が第２高調波２ωに移る。
ω：波長λ（ω））が左側がら光導波路］４に入射し、
あるｍ次（ｍ＝ｏ、１．２・・・）の伝播モード（伝播
横モード）で光導波路１４中を英効屈折＊Ｎ、（ω）で
伝播する０周知の通り、この伝播の間に第２高調波（角
振動数２ω：波長λ（２ω））が発王する。すなわち、
基本波ωのエネルギーの一部が第２高調波２ωに移る。
今、仮つにドメイン反転領域が形成されていないとする
と、次式で与えられるコヒーレンス長ρＣだけ基本波が
先導波路１４中を伝播すると、基本波からの第２高調波
へのエネルギーの変換量が最大となる。
と、次式で与えられるコヒーレンス長ρＣだけ基本波が
先導波路１４中を伝播すると、基本波からの第２高調波
へのエネルギーの変換量が最大となる。
ただし、Ｎ、□（２ω）は第２高調波のｎ次の伝播モー
ドに対する英効屈折率、Ｎ、（ω）は基本波のｍ次の伝
播モードに対する笑効屈折率である。
ドに対する英効屈折率、Ｎ、（ω）は基本波のｍ次の伝
播モードに対する笑効屈折率である。
以下、説明を簡単にするために、光導波路］４中を基本
波も第２高調波も０次モード（基本モト）で伝播する場
合を例にして説明する（すなわちｍ＝ｎ＝ｏ）。
波も第２高調波も０次モード（基本モト）で伝播する場
合を例にして説明する（すなわちｍ＝ｎ＝ｏ）。
ここでコヒーレンス長β。は、基本波の波長λ（ω）や
先導波路の寸法に依存するが、λ（ω）＝８３０ｎｍと
し、先導波路の厚ざｃＪ＝１ｕｍ程度とした場合、１．
７ｕｍＩ＆度であるといわれでいる。尚、この値の根拠
は、ＬｉＮｂＯ３の波長０．８３ｕｍの光に対する屈折
率ｎ（８３０）は２．３００．０．４１５ｕｍの光に対
する屈折率ｎ（４１５１は２．４１９程度であり、Ｎ、
（ω）としてｎ（８３０１の値を用いおよびＮｏ （
２ω）としてｎ（４１６１の１を用いてコヒーレント長
ｆ、を計算しでも真の値とあまり太きくは異ならないで
あろうという仮定に基づいている。
先導波路の寸法に依存するが、λ（ω）＝８３０ｎｍと
し、先導波路の厚ざｃＪ＝１ｕｍ程度とした場合、１．
７ｕｍＩ＆度であるといわれでいる。尚、この値の根拠
は、ＬｉＮｂＯ３の波長０．８３ｕｍの光に対する屈折
率ｎ（８３０）は２．３００．０．４１５ｕｍの光に対
する屈折率ｎ（４１５１は２．４１９程度であり、Ｎ、
（ω）としてｎ（８３０１の値を用いおよびＮｏ （
２ω）としてｎ（４１６１の１を用いてコヒーレント長
ｆ、を計算しでも真の値とあまり太きくは異ならないで
あろうという仮定に基づいている。
このコヒーレント長β。か１− ７ωｍということは、
基本波か先導波路１４中を１．７ｕｍ進めば第２高調波
の強度は最大となり、それからざらに１．７ｕｍ進めば
第２高調波の強度はＯとなることを意味する。言い換え
ると、コヒーレンス長ρ。が無限大でなく有限な譬であ
るということは、基本波と第２高調波の位相整合が完全
にはとれていないことを意味し、また、コヒーレンス長
β。以上に長い距離にわたり、導波路中を基本波か伝播
しても第２高調波の強度はある一定値以上の大きざにな
らないことを示している。この位相不整合Δには、 て与えられる。
基本波か先導波路１４中を１．７ｕｍ進めば第２高調波
の強度は最大となり、それからざらに１．７ｕｍ進めば
第２高調波の強度はＯとなることを意味する。言い換え
ると、コヒーレンス長ρ。が無限大でなく有限な譬であ
るということは、基本波と第２高調波の位相整合が完全
にはとれていないことを意味し、また、コヒーレンス長
β。以上に長い距離にわたり、導波路中を基本波か伝播
しても第２高調波の強度はある一定値以上の大きざにな
らないことを示している。この位相不整合Δには、 て与えられる。
そこで、第２図に示すように、コヒーレント長βＣ＠に
ドメイン反転領域］２を設けて周期△（＝２βｅ）の、
ドメイン反転領域１２の格子状構造を形成して位相不整
合Δｋを補完し、よって基本波の伝播距離のほぼ２乗に
比例した強度の第２高調波か取り出されるようにしてい
る。
ドメイン反転領域］２を設けて周期△（＝２βｅ）の、
ドメイン反転領域１２の格子状構造を形成して位相不整
合Δｋを補完し、よって基本波の伝播距離のほぼ２乗に
比例した強度の第２高調波か取り出されるようにしてい
る。
ところで、この位相不整合Δｋを完全に補完するための
条件は、 Ｎ（２ω）−Ｎ（ω）−入（２ω）／△；０・・・（２
） である（例えば文献■：「オブティクス コミュニケー
ションズ（Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏ
ｎｓ）ｖｏｌ、６．（１９７２）。
条件は、 Ｎ（２ω）−Ｎ（ω）−入（２ω）／△；０・・・（２
） である（例えば文献■：「オブティクス コミュニケー
ションズ（Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏ
ｎｓ）ｖｏｌ、６．（１９７２）。
ＰＰ、３０１−３０４Ｊ瞥照、特に、この文献中（１２
）式がこれに半たる）、厳密な位相整合（Δに＝Ｎ（２
ω）−Ｎ（ω）＝Ｏ）が取れない場合でも周期的ドメイ
ン反転構造を（２）式を満足するように形成すれば、基
本波の伝播距離、従って、ＳＨＧ素子の長さしの２乗に
比例する第２高調波を取り出すことができる。
）式がこれに半たる）、厳密な位相整合（Δに＝Ｎ（２
ω）−Ｎ（ω）＝Ｏ）が取れない場合でも周期的ドメイ
ン反転構造を（２）式を満足するように形成すれば、基
本波の伝播距離、従って、ＳＨＧ素子の長さしの２乗に
比例する第２高調波を取り出すことができる。
しかしながら、（２）式で与えられる条件は次の２点に
おいて技術的に満足させることが難しい。
おいて技術的に満足させることが難しい。
■実効屈折率Ｎ（２ω）およびＮ（ω）か光導波路の寸
法に依存し、ここで必要とされる寸法精度は現在の技術
では十分には達成てきないこと、および ■周期への寸法精度も、上記■と同様、十分には得られ
ないこと。
法に依存し、ここで必要とされる寸法精度は現在の技術
では十分には達成てきないこと、および ■周期への寸法精度も、上記■と同様、十分には得られ
ないこと。
そこで、前掲した文献Ｉの論文では、基本波光源として
波長を可変できるダイ（ｃｊｙｅ）（色素）レーザを用
い、（２）式の条件を満足させ、変換効率を大きくする
方式を取っている。
波長を可変できるダイ（ｃｊｙｅ）（色素）レーザを用
い、（２）式の条件を満足させ、変換効率を大きくする
方式を取っている。
そこで、この出願の発明者は、種々の研究および英験を
行なったところ、ダイ・レーザを用いる代わりにこれよ
りもはるかにコンパクトな半導体レーザ（以下、単にＬ
Ｄと略記する）を基本波光源として用い、この発振波長
を可変にする技術を取り入れることにより、冥用的な第
２Ｗ；、調波発生装置を構成することが出来ることを発
見した。
行なったところ、ダイ・レーザを用いる代わりにこれよ
りもはるかにコンパクトな半導体レーザ（以下、単にＬ
Ｄと略記する）を基本波光源として用い、この発振波長
を可変にする技術を取り入れることにより、冥用的な第
２Ｗ；、調波発生装置を構成することが出来ることを発
見した。
そこで、この発明の目的は、ＬＤを基本波光源にして擬
位相整合法による第２高調波発生素子を用いた、高出力
の短波長のレーザ光を出力できる、コンパクトな第２高
調波発生装置を援供することにある。
位相整合法による第２高調波発生素子を用いた、高出力
の短波長のレーザ光を出力できる、コンパクトな第２高
調波発生装置を援供することにある。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、基本波光源としてダイ・レーザを用いる
と、第２高調波発生装置全体が大型化してしまうこと、
および、すでに気体レーザ等で単波長レーザ光が得られ
る現在、ダイ・レーザを基本波光源として用いる第２高
調波装置は英用的価値がほとんどない。
と、第２高調波発生装置全体が大型化してしまうこと、
および、すでに気体レーザ等で単波長レーザ光が得られ
る現在、ダイ・レーザを基本波光源として用いる第２高
調波装置は英用的価値がほとんどない。
（課題を解決するための手段）
この目的の達成を図るため、この発明によれば、
半導体レーザを基本波光源とする第２高調波発生装雪で
あって、 少なくとも一方の端面を低反射端面とした半導体レーザ
チップと、 該半導体レーザチップに対し、レーザ発Ｓを起こす配置
関係を以って設けられ、光共振器の一部分を構成する光
学手段と、 前記光共振器内であって、前記半導体レーザチップと前
記光学手段との間に設けられた第２高調波発生素子と を具えており、 前記光学手段は、前記第２高調波発生素子の位相整合条
件を満足させる発振波長で前記レーザ発振を行なわせる
ための基本波を選択する手段としたこと を特徴とする。
あって、 少なくとも一方の端面を低反射端面とした半導体レーザ
チップと、 該半導体レーザチップに対し、レーザ発Ｓを起こす配置
関係を以って設けられ、光共振器の一部分を構成する光
学手段と、 前記光共振器内であって、前記半導体レーザチップと前
記光学手段との間に設けられた第２高調波発生素子と を具えており、 前記光学手段は、前記第２高調波発生素子の位相整合条
件を満足させる発振波長で前記レーザ発振を行なわせる
ための基本波を選択する手段としたこと を特徴とする。
この発明の英施に当たり、好ましくは、半導体レーザチ
ップの他方の端面ＩＦｒ高反射端面とし、前記光学手段
を回折格子とし、該高反射端面と回折格子とで前記光共
振器を構成し、および、前記低反射端面と前記回折格子
との間に前記第２高調波発生素子を配置するのが良い。
ップの他方の端面ＩＦｒ高反射端面とし、前記光学手段
を回折格子とし、該高反射端面と回折格子とで前記光共
振器を構成し、および、前記低反射端面と前記回折格子
との間に前記第２高調波発生素子を配置するのが良い。
また、この発明の笑施に当たり、回折格子の代わりにプ
リズムを用いでも良い。
リズムを用いでも良い。
また、この発明の実施例では、好ましくは、第２高調波
発王素子を導波路型の素子とするのが良い。
発王素子を導波路型の素子とするのが良い。
また、この発明の実施例では、好ましくは、第２高調波
発王素子を、擬位相整合法に基づいた素子とするのが良
い。
発王素子を、擬位相整合法に基づいた素子とするのが良
い。
また、この発明による第２高調波発生装雪を半導体レー
ザを基本波光源とする第２高調波発生装置であって、 両端面を低反射端面とした半導体レーザチップと、 該半導体レーザチップの両低反射端面の近傍にそれぞれ
光ファイバ端を配して両低反射端面間を光学的に結合す
るための光ファイバと、前記半導体レーザチップの一方
の低反射端面と前記光ファイバの光ファイバ端との間に
配置した第２高調波発生素子と、 前記光ファイバの中間に配置され波長選択するための光
学手段と を具える構成としても良い。
ザを基本波光源とする第２高調波発生装置であって、 両端面を低反射端面とした半導体レーザチップと、 該半導体レーザチップの両低反射端面の近傍にそれぞれ
光ファイバ端を配して両低反射端面間を光学的に結合す
るための光ファイバと、前記半導体レーザチップの一方
の低反射端面と前記光ファイバの光ファイバ端との間に
配置した第２高調波発生素子と、 前記光ファイバの中間に配置され波長選択するための光
学手段と を具える構成としても良い。
この構成の英施に当たり、好ましくは、光学手段を回折
格子またはプリズムとするのが良い。
格子またはプリズムとするのが良い。
（作用）
この発明の第２高調波発生装冨は、半導体レーザを基本
波光源としている。そして、半導体レーザ（ＬＤ）チッ
プの発振光の出射端面を低反射端面とし、波長選択する
ための、光学手段とＬＤチップの他方の端面とで外部共
振器ｌＦｒ＊成して（空間結合法）おり、この外部共振
器でＬＤの発振波長を制御する。
波光源としている。そして、半導体レーザ（ＬＤ）チッ
プの発振光の出射端面を低反射端面とし、波長選択する
ための、光学手段とＬＤチップの他方の端面とで外部共
振器ｌＦｒ＊成して（空間結合法）おり、この外部共振
器でＬＤの発振波長を制御する。
この外部共振器のＬＤと光学手段との間に第２高調波発
生素子（ＳＨＧ素子）を配設しであるので、レーザ発振
光はＳＨＧ素子内を伝播し、その間に第２高調波に変換
され、この第２高調波のレーザ光が光学手段１Ｆｒ経て
出力する。
生素子（ＳＨＧ素子）を配設しであるので、レーザ発振
光はＳＨＧ素子内を伝播し、その間に第２高調波に変換
され、この第２高調波のレーザ光が光学手段１Ｆｒ経て
出力する。
一方５、半導体レーザ（ＬＤ）チップの両出射端面を低
反射端面とし、光ファイバを用いて両出射端面間を光学
的に結合した構成（光フアイバ結合法）では、ＬＤチッ
プ、第２高調波発生素子、波長選択するための光学手段
および光ファイバで、外部共振器としてのループ共振器
を構成しでおり、光学手段で選択された発振波長でレー
ザ発振し、この場合にもレーザ発振光が５ｔ−ＩＧ素子
内を伝播するのでその間に第２高調波に変換され、この
第２高調波のレーザ光が光学手段を経て出力する。
反射端面とし、光ファイバを用いて両出射端面間を光学
的に結合した構成（光フアイバ結合法）では、ＬＤチッ
プ、第２高調波発生素子、波長選択するための光学手段
および光ファイバで、外部共振器としてのループ共振器
を構成しでおり、光学手段で選択された発振波長でレー
ザ発振し、この場合にもレーザ発振光が５ｔ−ＩＧ素子
内を伝播するのでその間に第２高調波に変換され、この
第２高調波のレーザ光が光学手段を経て出力する。
（実施例）
以下、図面壱譬照しで、この発明の実施例につき説明す
る。尚、図面は、この発明が理解出来る程度に各構成成
分の大きざ、形状および配置関係を概略的に示しである
にすぎない。
る。尚、図面は、この発明が理解出来る程度に各構成成
分の大きざ、形状および配置関係を概略的に示しである
にすぎない。
第１図を用いてこの発明の第１英施例を説明する。先ず
、この装冨では半導体レーザを基本波光源としで用いで
いる。この半導体レーザ（ＬＤ）のチップ２０の活性領
域２２０両端面のうち一方を高反射コーティング（ＨＲ
ココ−ィングという６反射＄１００％が望ましい）を行
なって、高反射端面２４とし、もう一方の端面を低反射
コ−ティング（ＡＲココ−ィングという）を行なって低
反射端面２６とする。この低反射端面の反射率は最大で
も１ｏ−４程度とし、より高出力を得るためには、それ
に応じて１０−４以下の反射率とするのか良い、低反射
端面２６側からの出射光をレンズ２８．３０て導波路型
ＳＨＧ素子３２の光導波路３４に入射させる。このとき
、光導波路３４に入射する光は７Ｍモード（光の１！場
ベクトルが図面の紙面に垂直方向に振動しているモード
）であるので、所要に応じて結合率を上げるため、好ま
しくは、１／２波長板３６で光の電場の振動面を９０’
回転させておくのが良い、このようにすることで先導波
路３４に入射する基本波レーザ光のエネルギーを大きく
てきる。
、この装冨では半導体レーザを基本波光源としで用いで
いる。この半導体レーザ（ＬＤ）のチップ２０の活性領
域２２０両端面のうち一方を高反射コーティング（ＨＲ
ココ−ィングという６反射＄１００％が望ましい）を行
なって、高反射端面２４とし、もう一方の端面を低反射
コ−ティング（ＡＲココ−ィングという）を行なって低
反射端面２６とする。この低反射端面の反射率は最大で
も１ｏ−４程度とし、より高出力を得るためには、それ
に応じて１０−４以下の反射率とするのか良い、低反射
端面２６側からの出射光をレンズ２８．３０て導波路型
ＳＨＧ素子３２の光導波路３４に入射させる。このとき
、光導波路３４に入射する光は７Ｍモード（光の１！場
ベクトルが図面の紙面に垂直方向に振動しているモード
）であるので、所要に応じて結合率を上げるため、好ま
しくは、１／２波長板３６で光の電場の振動面を９０’
回転させておくのが良い、このようにすることで先導波
路３４に入射する基本波レーザ光のエネルギーを大きく
てきる。
この後、ＳＨＧ発生素子３２を出た基本波光はレンズ３
８によりコリメートされ、発振波長選択機能ＩＦｒ＠え
た光学手段４ｏに入射する。この光学手段４０は、ＬＤ
チップ２０に対し、レーザ発振を起こす配置関係をもっ
て設けられ、光弁ｗＲ器の一部分を構成する。この笑施
例では、この光学手段４０を光学素子である回折格子と
し、ＬＤチップ２０の高反射端面２４とて外部共振器を
構成する。
８によりコリメートされ、発振波長選択機能ＩＦｒ＠え
た光学手段４ｏに入射する。この光学手段４０は、ＬＤ
チップ２０に対し、レーザ発振を起こす配置関係をもっ
て設けられ、光弁ｗＲ器の一部分を構成する。この笑施
例では、この光学手段４０を光学素子である回折格子と
し、ＬＤチップ２０の高反射端面２４とて外部共振器を
構成する。
今、この回折格子４０の格子定数をｄ、回折角をｅとし
て ｄ ｓｉｎ θ＝λ （ω）
−（３）なる条件を満足するように、図に示すとおり
回折格子４０を配置すれば、基本波の波長λ（ω）がＬ
Ｄ２０の発振波長としで決定する。このことから、θを
変えることにより、ＬＤ２０の発振波長λ（ω）を変え
ることができる。
て ｄ ｓｉｎ θ＝λ （ω）
−（３）なる条件を満足するように、図に示すとおり
回折格子４０を配置すれば、基本波の波長λ（ω）がＬ
Ｄ２０の発振波長としで決定する。このことから、θを
変えることにより、ＬＤ２０の発振波長λ（ω）を変え
ることができる。
そこで、回折格子４０の配置角度θを調整して擬位相整
合条件（２）式を完全に満足させることが可能となる。
合条件（２）式を完全に満足させることが可能となる。
なぜならば、基本波と第２高調波の英効屈折率Ｎ（２ω
）およびＮ（ω）は、基本波の波長λ（ω）の間数であ
るからであり、一方、第１図に示すように、外部共振器
を利用したＬＤの場合、共振器長が数ｃｍであるので、
発振縦モード間隔は、はぼＯ，ＯＯ１ｎｍ程度となり、
回折格子４０による発振波長の調整はＩ東上連続的にで
きるからである（尚、通常のＬＤではこのモード間隔が
０．３ｎｍ程度であり、温度等で発振モードを制御しで
も必要な発振波長を選べない可能性が高い）。
）およびＮ（ω）は、基本波の波長λ（ω）の間数であ
るからであり、一方、第１図に示すように、外部共振器
を利用したＬＤの場合、共振器長が数ｃｍであるので、
発振縦モード間隔は、はぼＯ，ＯＯ１ｎｍ程度となり、
回折格子４０による発振波長の調整はＩ東上連続的にで
きるからである（尚、通常のＬＤではこのモード間隔が
０．３ｎｍ程度であり、温度等で発振モードを制御しで
も必要な発振波長を選べない可能性が高い）。
以上、説明したように、回折角θを調整して第２高調波
が最大に取り出せるように、従って、第２高調波変換効
率が最大となる波長を選択するように、回折格子４０の
位置決めを行なえばよいことになる。
が最大に取り出せるように、従って、第２高調波変換効
率が最大となる波長を選択するように、回折格子４０の
位置決めを行なえばよいことになる。
ここで、回折角θの調整で発振波長のコントロール可能
な範囲はＬＤ活牲曽域２２の利得領域であり、これは１
１００ｎ以上ある。この範囲において（２）式の擬位相
整合条件を満足するようにＳＨＧ素子３３を設計、製作
することは現在の技術をもってしても容易である。
な範囲はＬＤ活牲曽域２２の利得領域であり、これは１
１００ｎ以上ある。この範囲において（２）式の擬位相
整合条件を満足するようにＳＨＧ素子３３を設計、製作
することは現在の技術をもってしても容易である。
尚、この篤１図において、４２は長波長をカットするた
めのフィルタである。
めのフィルタである。
次に、この第１案施例の動作につき闇単に説明する。
ＬＤチップ２０の上下の電極（図示せず）Ｗ！Ｉに電圧
を印加してＬＤチップ２０ａレーザ発振させると、低反
射端面側から出射したレーザ光は光学系（２８，３６，
３０）を経てＳＨＧ素子３２の導波路に入射してこれを
伝播する。このＳＨＧ素子３２を通過したレーザ光はレ
シズ系３８を経て光学素子である回折格子４０（こ入射
する。この回折格子４ｏに（３）式の条件を満足する回
折角ｅで入射した光はその一部分が入射方向に反射され
、ＬＤチップ２０へ戻り、この反射光の波長がλ（ω）
の基本波となる。従って、擬似位相整合条件（２）式が
完全に満足され、この基本波での共振が起こり高出力の
レーザ発振が生ずる。そして、この基本波がＳＨＧ素子
３２の導波路３４を伝播するので、その間に基本波の１
／２の短波長を有する′第２高調波のレーザ光に変換さ
れる。この藁２高調波（波長λ（２ω））は高出力とな
っており、未変換の基本波とともに回折格子４０に入射
して回折され、外部へと出射されるが、フイルタ４２に
よって波長λ（２ω）の笥２高調波のみが取り出される
。
を印加してＬＤチップ２０ａレーザ発振させると、低反
射端面側から出射したレーザ光は光学系（２８，３６，
３０）を経てＳＨＧ素子３２の導波路に入射してこれを
伝播する。このＳＨＧ素子３２を通過したレーザ光はレ
シズ系３８を経て光学素子である回折格子４０（こ入射
する。この回折格子４ｏに（３）式の条件を満足する回
折角ｅで入射した光はその一部分が入射方向に反射され
、ＬＤチップ２０へ戻り、この反射光の波長がλ（ω）
の基本波となる。従って、擬似位相整合条件（２）式が
完全に満足され、この基本波での共振が起こり高出力の
レーザ発振が生ずる。そして、この基本波がＳＨＧ素子
３２の導波路３４を伝播するので、その間に基本波の１
／２の短波長を有する′第２高調波のレーザ光に変換さ
れる。この藁２高調波（波長λ（２ω））は高出力とな
っており、未変換の基本波とともに回折格子４０に入射
して回折され、外部へと出射されるが、フイルタ４２に
よって波長λ（２ω）の笥２高調波のみが取り出される
。
次に、第３図を参照して、この発明の装置の第２笑施例
を説明する。尚、第１図に示した構成成分と同一の構成
成分は同一符号を付しで示し、その詳細な説明を省略す
る。この第２寅施例では、取り出される菓２高調波を利
用しやすくするために、光ファイバから取り出すように
したものである。
を説明する。尚、第１図に示した構成成分と同一の構成
成分は同一符号を付しで示し、その詳細な説明を省略す
る。この第２寅施例では、取り出される菓２高調波を利
用しやすくするために、光ファイバから取り出すように
したものである。
この実施例では、ＬＤチップ５０の出射両端面はＡＲコ
コ−ィングされた低反射端面５２および５４であり、こ
のＬＤチップ単体ではレーザ発振しないようになってい
る。尚、ここでは活性領域を５１で示す。
コ−ィングされた低反射端面５２および５４であり、こ
のＬＤチップ単体ではレーザ発振しないようになってい
る。尚、ここでは活性領域を５１で示す。
そして、ＬＤチップ５１の両低反射端面５２および５４
の近傍にそれぞれ光ファイバ端を配した光ファイバ５６
．６２を設けである。これら光ファイバ５６．６２によ
り、ＬＤチップ５１の両低反射端面５４および５２間を
光学的に結合する。このＬＤチップ５］の一方の低反射
端面５４と光ファイバ５６のファイバ端との間に、既に
説明したと同様の第２高調波発生素子３２を配設する。
の近傍にそれぞれ光ファイバ端を配した光ファイバ５６
．６２を設けである。これら光ファイバ５６．６２によ
り、ＬＤチップ５１の両低反射端面５４および５２間を
光学的に結合する。このＬＤチップ５］の一方の低反射
端面５４と光ファイバ５６のファイバ端との間に、既に
説明したと同様の第２高調波発生素子３２を配設する。
ざらに、光ファイバのループの途中、この実施例では光
ファイバ５６と６２との間に発振波長の選択を行なうた
めの光学手段４０を配置する。
ファイバ５６と６２との間に発振波長の選択を行なうた
めの光学手段４０を配置する。
この光学手段４０も第１図に示した実施例の場合と同様
に、回折格子の光学素子を用いている。
に、回折格子の光学素子を用いている。
尚、この実施例では、これら光ファイバ５６および６２
には、光学手段すなわち回折格子４０側のファイバ端に
グレーデツトインデックスレンズ（ＧＲＩＮレンズ）５
８および６０をそれぞれ設けである。
には、光学手段すなわち回折格子４０側のファイバ端に
グレーデツトインデックスレンズ（ＧＲＩＮレンズ）５
８および６０をそれぞれ設けである。
ＬＤチップ５０からの出射光はレンズ２８、］／２波長
板３６、レンズ３ｏを通過しでＳＨＧ素子３２に入射す
る。このＳＨＧ素子３２からの出射光はレンズ３８を通
過して光ファイバ例えば偏光面保存ファイバ５６に入射
する。ファイバ５６を伝播した光はグレーデッドインデ
ックスレンズ（Ｇ”ＲＩＮレンズ）５８で平行光となり
、回折格子４０て波長選択をうけ、再度ＧＲＩＮレンズ
６ｏを通してファイバ６２に戻り、レンズ６４および６
６を介しで、ＬＤチップ５０に戻る構成となっている。
板３６、レンズ３ｏを通過しでＳＨＧ素子３２に入射す
る。このＳＨＧ素子３２からの出射光はレンズ３８を通
過して光ファイバ例えば偏光面保存ファイバ５６に入射
する。ファイバ５６を伝播した光はグレーデッドインデ
ックスレンズ（Ｇ”ＲＩＮレンズ）５８で平行光となり
、回折格子４０て波長選択をうけ、再度ＧＲＩＮレンズ
６ｏを通してファイバ６２に戻り、レンズ６４および６
６を介しで、ＬＤチップ５０に戻る構成となっている。
尚、この実施例では、ＬＤチップ５０と、５）−ＩＧ素
子３２と、レンズ２８．３０．３８．６４および６６と
、１／２波長板３６１ｇ：以って第２高調波発生ユニッ
ト７０を構成している。そして、第２高調波発生ユニッ
ト７０と、回折格子４０と、光ファイバ５６．６０とで
主としてループ共振器を構成している。
子３２と、レンズ２８．３０．３８．６４および６６と
、１／２波長板３６１ｇ：以って第２高調波発生ユニッ
ト７０を構成している。そして、第２高調波発生ユニッ
ト７０と、回折格子４０と、光ファイバ５６．６０とで
主としてループ共振器を構成している。
この実施例の構成では、基本光はこのようにループ光導
波路を通ってＬＤチップ５０に戻るため、これによって
帰還構造が構成されレーザ発振が起きる。すなわち基本
波のレーザ光は回折格子４ｏで波長選択を受け、第１英
施例で説明したのと同様に、この回折格子４０の回折角
ｅを調整することで第２高調波変換効率の最大になる波
長を選択して、この波長のレーザ光を基本波とすること
ができる。
波路を通ってＬＤチップ５０に戻るため、これによって
帰還構造が構成されレーザ発振が起きる。すなわち基本
波のレーザ光は回折格子４ｏで波長選択を受け、第１英
施例で説明したのと同様に、この回折格子４０の回折角
ｅを調整することで第２高調波変換効率の最大になる波
長を選択して、この波長のレーザ光を基本波とすること
ができる。
この第２実施例の第２高調波発生装置によれば、第２高
調波の出力は、光ファイバ６２の中途に設けた方向性結
合器７２から取り出せる。このとき、第１実施例の場合
と同様に長波長カットフィルタを通せば、第２高調波の
み取り出せることは同様である。この装置によれば、第
２高調波が光ファイバ６２から取り出せるので、多くの
応用において大変使いやすい。
調波の出力は、光ファイバ６２の中途に設けた方向性結
合器７２から取り出せる。このとき、第１実施例の場合
と同様に長波長カットフィルタを通せば、第２高調波の
み取り出せることは同様である。この装置によれば、第
２高調波が光ファイバ６２から取り出せるので、多くの
応用において大変使いやすい。
また、回折格子４０の波長選択性は強いので、この装置
の基本波のスペクトル半値幅は１ｎｍ以下と非常にせま
くてき、それだけＳＨＧ変換効率の向上に寄与する。
の基本波のスペクトル半値幅は１ｎｍ以下と非常にせま
くてき、それだけＳＨＧ変換効率の向上に寄与する。
尚、この第２実施例では、基本波のエネルギー損失の原
因となる部分が第１寅施例の場合よりも多いので、第１
案施例よりも第２高調波の出力が小ざくなるが、従来よ
りも高出力の第２高調波が得られる。
因となる部分が第１寅施例の場合よりも多いので、第１
案施例よりも第２高調波の出力が小ざくなるが、従来よ
りも高出力の第２高調波が得られる。
この発明は、上述した実施例のみに限定されるものでは
なく、多くの変形または変更を行ない得ること明らかで
ある。
なく、多くの変形または変更を行ない得ること明らかで
ある。
例えば、上述した第１および第２寅施例では、波長選択
の光学手段として回折格子を用いたが、この回折格子の
代わりにプリズム８０を用いても同様であることはいう
までもない。
の光学手段として回折格子を用いたが、この回折格子の
代わりにプリズム８０を用いても同様であることはいう
までもない。
第４図（Ａ）および（８）にこのプリズムを用いた場合
の例を、波長選択性を有する部分についてのみ示し説明
する。
の例を、波長選択性を有する部分についてのみ示し説明
する。
第４図（Ａ）は、第１実施例の場合、第４図（８）は第
２実施例の場合に適用した例をそれぞれ示す、プリズム
の場合、基本波のレーザ光（λ（ω））と第２高調波（
λ（２ω））の方向を完全に分離できるが、第４図（Ａ
）に示すように共振器を構成するためには反射鏡８２が
必要になる。尚、図中、き４は所要に応しで設けたレン
ズ系である。
２実施例の場合に適用した例をそれぞれ示す、プリズム
の場合、基本波のレーザ光（λ（ω））と第２高調波（
λ（２ω））の方向を完全に分離できるが、第４図（Ａ
）に示すように共振器を構成するためには反射鏡８２が
必要になる。尚、図中、き４は所要に応しで設けたレン
ズ系である。
また、第４図（Ｂ）に示す例では、プリズム８ｏで分離
した基本波のレーザ光（λ（ω））と第２高調波（λ（
２ω））とを、それぞれの光ファイバ６２および８８に
、それぞれ導入すれば良イ。尚、８６はＧＲＩＮレンズ
である。
した基本波のレーザ光（λ（ω））と第２高調波（λ（
２ω））とを、それぞれの光ファイバ６２および８８に
、それぞれ導入すれば良イ。尚、８６はＧＲＩＮレンズ
である。
このように、プリズムを用いて波長選択を行なう場合に
は、波長選択性は回折格子に比べて弱いので、基本波の
発振光の波長半値幅か広くなり、この分たけＳ ＨＧ
ｖ換効率は小さくなる。
は、波長選択性は回折格子に比べて弱いので、基本波の
発振光の波長半値幅か広くなり、この分たけＳ ＨＧ
ｖ換効率は小さくなる。
また、場合によっては、光学手段を回折格子およびプリ
ズム以外の光学素子とすることもできる。
ズム以外の光学素子とすることもできる。
さらに、上述した第］および第２笑施例では、ＳＨＧ素
子として擬位相整合法を用いたもののみについて説明し
たか、基本波レーザ光の波長を変化させることで位相整
合条件を満たすようにてき、ＳＨＧ変換効率を高められ
る牲貢の素子に対しで等しく利用できる技術であること
は言うまでもない。そして、このＳＨＧ素子を形成する
結晶として、ＬＮ （Ｌ １Ｎｂｏ３） 、ＫＴＰ（Ｋ
’Ｔ ｉ ＯＰＯ，） 、その他の任意好適な材料の結
晶を用いることができる。
子として擬位相整合法を用いたもののみについて説明し
たか、基本波レーザ光の波長を変化させることで位相整
合条件を満たすようにてき、ＳＨＧ変換効率を高められ
る牲貢の素子に対しで等しく利用できる技術であること
は言うまでもない。そして、このＳＨＧ素子を形成する
結晶として、ＬＮ （Ｌ １Ｎｂｏ３） 、ＫＴＰ（Ｋ
’Ｔ ｉ ＯＰＯ，） 、その他の任意好適な材料の結
晶を用いることができる。
上述したこの発明の第２高調波発生装置の特長を要約す
ると次の逼りどなる。
ると次の逼りどなる。
■半導体レーザを基本波光源とする第２高調波発生装盲
であって、 半導体レーザ（ＬＤ）チップの端面の少なくとも一方の
端面を低反射コーティング（ＡＲコティング）Ｖること
により低反射端面とし、外部光共振器によりレーザ発振
が起こるようにしであり、 この光共振器の一部に発振波長の選択機能をもたせ、 第２高調波発生素子を、この光共振器内に配置し、 よって、上記発振波長選択機能により、この第２高調波
発生素子の位相整合条件を満足するように、発振波長の
調整ができる構成としたこと。
であって、 半導体レーザ（ＬＤ）チップの端面の少なくとも一方の
端面を低反射コーティング（ＡＲコティング）Ｖること
により低反射端面とし、外部光共振器によりレーザ発振
が起こるようにしであり、 この光共振器の一部に発振波長の選択機能をもたせ、 第２高調波発生素子を、この光共振器内に配置し、 よって、上記発振波長選択機能により、この第２高調波
発生素子の位相整合条件を満足するように、発振波長の
調整ができる構成としたこと。
■上記ＬＤチップの一方の端面を高反射コーティング（
Ｈ日コーティング）すること（こよつ高反射端面とし、
他方の端面を低反射コーティングすることにより低反射
端面とし、 この高反射端面と波長選択できる光学手段例えば回折格
子およびプリズムといったいずれかの光学素子とで外部
光共振器を構成し、 この低反射端面とこの光学素子との間に上記第２高調波
発生素子を配置してこの回折格子によつ基本波の波長選
択するように構成したこと。
Ｈ日コーティング）すること（こよつ高反射端面とし、
他方の端面を低反射コーティングすることにより低反射
端面とし、 この高反射端面と波長選択できる光学手段例えば回折格
子およびプリズムといったいずれかの光学素子とで外部
光共振器を構成し、 この低反射端面とこの光学素子との間に上記第２高調波
発生素子を配置してこの回折格子によつ基本波の波長選
択するように構成したこと。
■上記ＬＤチップの両端面を低反射コーティングにより
低反射端面とし、 上記ＬＤチップのレーザ光の出射端近傍に光ファイバ端
を配し、 上記しＤチップの一方の端面とこの光ファイバ端との間
に上記第２高調波発生素子を配）し、光ファイバの中間
に波長選択できる光学手段として回折格子およびプリズ
ム等といったいずれかの光学素子を配置して、この光学
素子により波長選択を行なうように構成したこと。
低反射端面とし、 上記ＬＤチップのレーザ光の出射端近傍に光ファイバ端
を配し、 上記しＤチップの一方の端面とこの光ファイバ端との間
に上記第２高調波発生素子を配）し、光ファイバの中間
に波長選択できる光学手段として回折格子およびプリズ
ム等といったいずれかの光学素子を配置して、この光学
素子により波長選択を行なうように構成したこと。
■上記第２高調波発生素子として、擬位相整合法に基づ
いた素子を利用した構成としたこと。
いた素子を利用した構成としたこと。
（発明の効果）
上述した説明からも明らかなように、この発明の第２高
調波発生装置によれば、半導体レーザ（ＬＤ）の発振光
の波長をＳＨＧ素子の位相整合条件に合致するように変
えられる技術を用いている。従って、ＳＨＧ素子の設計
、製造段階での寸法等の精度不足を、基本波光の波長を
変えることで補完できる。
調波発生装置によれば、半導体レーザ（ＬＤ）の発振光
の波長をＳＨＧ素子の位相整合条件に合致するように変
えられる技術を用いている。従って、ＳＨＧ素子の設計
、製造段階での寸法等の精度不足を、基本波光の波長を
変えることで補完できる。
また、半導体レーザ（ＬＤ）を基本波光源としているの
で、ダイ・レーザを基本光源に用いる場合とは異なり、
高出力の第２高調波の発生が可能な小型でコンパクトの
第２高調波発生装ｍを提供できる。
で、ダイ・レーザを基本光源に用いる場合とは異なり、
高出力の第２高調波の発生が可能な小型でコンパクトの
第２高調波発生装ｍを提供できる。
従って、この発明の第２高調波発生装置は、波長が短く
、高出力の光を必要とする光学分野、例えば、光記録、
干渉計、分析、その他の分野に使用して特に好適である
。
、高出力の光を必要とする光学分野、例えば、光記録、
干渉計、分析、その他の分野に使用して特に好適である
。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の第２高調波発生装置の第１笑施例
（空間結合法）の説明に供する概略図、 第２図は、従来およびこの発明の説明に供する、擬似位
相接合法による第２高調波発生素子の概念図、 第３図は、この発明の第２高調波発生装置の第２実施例
（光フアイバ結合法）の説明に供する概略図、 第４図（Ａ）および（Ｂ）は、この発明の詳細な説明に
供する概略図である。 ２０．５０・−Ｌ ＤまたはＬＤチップ２２．５１・・
・活性領域、２４・・・高反射端面２６．５２．５４−
・低反射端面 ２８．３ｏ、３８．６４．６６．８４−・・レンズ３２
−・・第２高調波発生素子（Ｓ）−ＩＧ素子）３４−・
・光導波路、 ３５・・・ドメイン反転領域３６
−１ ／ ２波長板 ４ｏ・・・光学手段（回折格子） ４２−・・フィルタ ５６．６２．８８−・・光ファイバ ５８．６０．８６−Ｇ日ＩＮレンズ ７０・・・第２高調波発生ユニ・ント ７２・・・方向性結合器 ８０・・・光学手段（プリズム） ８２−・・反射鏡。 畑 この発明の第２寅施例の概略図 第３ 図 区 雫↑
（空間結合法）の説明に供する概略図、 第２図は、従来およびこの発明の説明に供する、擬似位
相接合法による第２高調波発生素子の概念図、 第３図は、この発明の第２高調波発生装置の第２実施例
（光フアイバ結合法）の説明に供する概略図、 第４図（Ａ）および（Ｂ）は、この発明の詳細な説明に
供する概略図である。 ２０．５０・−Ｌ ＤまたはＬＤチップ２２．５１・・
・活性領域、２４・・・高反射端面２６．５２．５４−
・低反射端面 ２８．３ｏ、３８．６４．６６．８４−・・レンズ３２
−・・第２高調波発生素子（Ｓ）−ＩＧ素子）３４−・
・光導波路、 ３５・・・ドメイン反転領域３６
−１ ／ ２波長板 ４ｏ・・・光学手段（回折格子） ４２−・・フィルタ ５６．６２．８８−・・光ファイバ ５８．６０．８６−Ｇ日ＩＮレンズ ７０・・・第２高調波発生ユニ・ント ７２・・・方向性結合器 ８０・・・光学手段（プリズム） ８２−・・反射鏡。 畑 この発明の第２寅施例の概略図 第３ 図 区 雫↑
Claims (8)
- （１）半導体レーザを基本波光源とする第２高調波発生
装置であって、 少なくとも一方の端面を低反射端面とした半導体レーザ
チップと、 該半導体レーザチップに対し、レーザ発振を起こす配置
関係を以って設けられ、光共振器の一部分を構成する光
学手段と、 前記光共振器内であって、前記半導体レーザチップと前
記光学手段との間に設けられた第２高調波発生素子と を具えており、 前記光学手段は、前記第２高調波発生素子の位相整合条
件を満足させる発振波長で前記レーザ発振を行なわせる
ための基本波を選択する手段としたこと を特徴とする第２高調波発生装置。 - （２）請求項１に記載の第２高調波発生装置において、
前記半導体レーザチップの他方の端面を高反射端面とし
、前記光学手段を回折格子とし、該高反射端面と回折格
子とで前記光共振器を構成し、および、前記低反射端面
と前記回折格子との間に前記第２高調波発生素子を配置
してなることを特徴とする第２高調波発生装置。 - （３）請求項２に記載の第２高調波発生装置において、
回折格子の代わりにプリズムを用いたことを特徴とする
第２高調波発生装置。 - （４）請求項１に記載の第２高調波発生装置において、
前記第２高調波発生素子を導波路型の素子としたことを
特徴とする第２高調波発生装置。 - （５）請求項１に記載の第２高調波発生装置において、
前記第２高調波発生素子を、擬位相整合法に基づいた素
子としたことを特徴とする第２高調波発生装置。 - （６）半導体レーザを基本波光源とする第２高調波発生
装置であつて、 両端面を低反射端面とした半導体レーザチップと、 該半導体レーザチップの両低反射端面の近傍にそれぞれ
光ファイバ端を配して両低反射端面間を光学的に結合す
るための光ファイバと、 前記半導体レーザチップの一方の低反射端面と前記光フ
ァイバの光ファイバ端との間に配置した第２高調波発生
素子と、 前記光ファイバの中間に配置され波長選択するための光
学手段と を具えることを特徴とする第２高調波発生装置。 - （７）請求項６に記載の第２高調波発生装置において、
前記光学手段を回折格子としたことを特徴とする第２高
調波発生装置。 - （８）請求項６に記載の第２高調波発生装置において、
前記光学手段をプリズムとしたことを特徴とする第２高
調波発生装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2227187A JP2685969B2 (ja) | 1990-08-29 | 1990-08-29 | 第２高調波発生装置 |
| US07/750,637 US5233620A (en) | 1990-08-29 | 1991-08-27 | Second-harmonic generating apparatus |
| DE69109582T DE69109582T2 (de) | 1990-08-29 | 1991-08-29 | Vorrichtung zur Erzeugung von Oberwellen. |
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