JPH06160930A

JPH06160930A - 第２次高調波発生素子および第２次高調波発生装置ならびにそれらの製造方法

Info

Publication number: JPH06160930A
Application number: JP34391892A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Matsuda; 薫松田; Kazuhisa Yamamoto; 和久山本; Makoto Kato; 誠加藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-01-22
Filing date: 1992-12-24
Publication date: 1994-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】低雑音で安定なＳＨＧ光源を得る。【構成】導波路型のＳＨＧ素子の遠端からの反射戻り
光を、遠端斜めカット、遠端側に基本波の吸収層をつけ
る、遠端側の導波路の形状を基本波が放射モードとなる
ような形状にする、もしくはこれらの合成で阻止し、近
端からの反射戻り光を、近端の光軸をＬＤの光軸から傾
ける、もしくは近端斜めカットにより、阻止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光記録、光計測等の光源
として用いる第２次高調波発生素子および第２次高調波
発生装置およびそれらの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、導波路型の第２次高調波発生素子
においては導波路内を導波する基本波とその基本波に
よって生じる第２次高調波波への変換効率を高めるため
の工夫が数多くなされてきた。しかし基本波として半導
体レーザからの出射光を用いたとき、半導体レーザから
の出射光が第２次高調波発生素子である導波路の入出射
端面で反射して半導体レーザへ戻り、その反射戻り光が
誘引となって半導体レーザの雑音が著しく増加するとい
う事実があるが、これに対する工夫は殆どなされていな
い。従来の第２次高調波発生装置に関しても、導波路型
の第２次高調波発生素子の入出射面からの反射光が半導
体レーザへ戻らないような工夫がなされたものはほとん
どなく、従来の第２次高調波発生素子および第２次高調
波発生装置の製造方法に関しても導波路型の第２次高調
波発生素子の入出射面からの反射光が半導体レーザへ戻
らないような工夫をこらした製造方法が殆どなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の第２
次高調波発生素子もしくは第２次高調波発生装置では第
２次高調波が出力するというだけで、反射戻り光誘起雑
音のため基本波の雑音が大きく、モードホッピング等の
現象が生じ、従って第２次高調波の雑音レベルは高く、
第２次高調波の出力さえも不安定なものもあった。

【０００４】本発明の目的は非線形材料よりなる導波路
型の第２次高調波発生素子の入出射端面での基本波の反
射光が基本波の光源である半導体レーザへ戻ることを防
ぎ、半導体レーザの出射光の反射戻り光誘起やモードホ
ッピングを低減し、その結果として出力がきわめて安定
で、低雑音な第２次高調波の発生が得られる第２次高調
波発生素子、第２次高調発生装置を提供することであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は以下の様な構成をしている。

【０００６】導波路型の第２次高調波発生素子の入射端
からの反射戻り光を防ぐために、（１）第２次高調波発
生素子である導波路と基本波の発振源である半導体レー
ザを、導波路に対して入射端面が垂直である導波路の光
軸を、半導体レーザの光軸に対して傾けて、導波路に対
して基本波が斜めに入射するように配置した装置、
（２）第２次高調波発生素子である導波路と基本波の発
振源である半導体レーザを、導波路に対して入射端面が
垂直にならないよう斜めにカットし、導波路と半導体レ
ーザの光軸は平行になるように配置した装置、導波路型
の第２次高調波発生素子の出射端からの反射戻り光を防
ぐために、（３）第２次高調波発生素子である導波路と
基本波の発振源である半導体レーザを、導波路に対して
出射端面が垂直である導波路の光軸を、半導体レーザの
光軸に対して傾けて配置した装置、（４）第２次高調波
発生素子である導波路と基本波の発振源である半導体レ
ーザを、導波路に対して出射端面が垂直にならないよう
斜めにカットし、導波路と半導体レーザの光軸は平行に
なるように配置した装置、（５）導波路の出射端側に基
本波を吸収する吸収領域を形成した第２次高調波発生素
子、（６）導波路の出射端側に基本波が導波モードとな
りえない領域を形成した第２高調波発生素子、および、
これら（１）（２）（３）（４）（５）（６）の組合せ
より構成される。好ましくは導波路型の第２次高調波発
生素子として、LiTaO³の分極反転プロトン交換導波路を
用いるとよい。

【０００７】

【作用】上記構成により、基本波の発生源として半導体
レーザを用い導波路型の第２次高調波発生素子を用いた
場合に、基本波を第２次高調波発生素子に入射する際に
入射端が半導体レーザの光軸に対して傾いているために
入射端での基本波の反射光はほとんど半導体レーザに戻
ることがなく、第２次高調波発生素子中を導波して第２
次高調波を発生したあと、第２次高調波発生素子の出射
端で第２次高調波は導波するが基本波は吸収され大幅に
減衰されて出射する、もしくは放射モードとなることに
よって基本波は大幅に減衰されて出射する、もしくは出
射端面が半導体レーザの光軸に対して傾いている、もし
くはこれらを組合せることによって出射端からの反射光
はほとんど半導体レーザに戻ることなく第２次高調波が
安定に低雑音で出射する。基本波の発生源である半導体
レーザへの反射戻り光がきわめて抑制されているため、
反射戻り光誘起雑音やモードホッピングが生じず低雑音
であり、低雑音の基本波から発生した第２次高調波も低
雑音できわめて安定に動作する。

【０００８】

【実施例】本発明の第１から第９の実施例において、分
極反転層を有する誘電体導波路を下記のようにして作製
した。LiTaO₃基板上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を周期状にパターンニングした後、
Taパターンが形成されたLiTaO₃基板上に２６０℃、３０
分間のプロトン交換を行い、Taで覆われていない部分に
プロトン交換層を形成し、５５０℃で１分間熱処理を行
い分極反転層を形成した。そして、ＨＦ：ＨＦＮ₃ ＝
１：１の溶液で２分間ウエットエッチングによりTaを除
去し、分極反転層中にピロリン酸によりプロトン交換を
行い導波層を形成した。得られた分極反転層を有する誘
電体導波路１は、プロトン交換による幅４μｍ、深さ２
μｍ、導波路長１０ｍｍの導波層２を有し、分極反転層
は周期３．６μｍ、幅２．１μｍ、深さ１．６μｍで周
期的に形成された。このように形成した誘電体導波路１
を用いて本発明の実施例を説明する。

【０００９】本発明の第１の実施例を示す。本発明の第
１の実施例の構成を上から見た図を図１に示す。波長８
６０ｎｍ帯の半導体レーザ３を第２次高調波発生のため
の基本波の光源として用い、半導体レーザ３からの出射
光はＮＡが０．５のＡＶ用のレンズ４を用いて集光さ
れ、一旦平行光にされて、２分の波長板５を透過されて
位相を９０deg 変換されＴＭモードとして、ＮＡが０．
５のＡＶ用のレンズ４を用いて誘電体導波路１に結合さ
れた。上述のようにして作製された誘電体導波路１は光
軸６に対して水平に５deg 傾けて配置した。本誘電体導
波路１はＮＡが大きく、導波路を５deg 傾けても結合効
率はほとんど変化しなかった。

【００１０】誘電体導波路１の導波層２に結合された基
本波のようすを光線光学で近似し、図２に示す。導波路
の近端面７から入射された入射光８は導波層２中で全反
射を繰り返しながら伝搬し、導波路の遠端面９において
反射される。このとき、入射光８は導波路の遠端面９の
法線に対して角度を有しているため、反射光１０は、反
射の法則により反射され、入射光８と同じ軌跡を通るこ
となく全反射を繰り返しながら、導波路の近端面７に到
達し、入射光８の軌跡とはまったく異なる方向へ出射さ
れる。このようにして、反射光１０は第１図に示した半
導体レーザ３への反射戻り光となることなかった。従っ
て、本発明の第１の実施例の第２次高調波発生装置の半
導体レーザ３は発振波長が８６０．３ｎｍと一定でモー
ドホッピングがなく、２０℃一定に半導体レーザ３の温
度制御を行うことによって、第２次高調波発生素子であ
る誘電体導波路への入力光パワーが１３５ｍＷのとき、
第２次高調波であるブルー光の出力光パワーが２１ｍＷ
が連続出力として得られた。

【００１１】本発明の第２の実施例の構成を横から見た
図を図３に示す。波長８６０ｎｍ帯の半導体レーザ３を
第２次高調波発生のための基本波の光源として用い、半
導体レーザ３からの出射光はＮＡが０．５のＡＶ用のレ
ンズ４を用いて集光され、一旦平行光にされて、２分の
波長板５を透過されて位相を９０deg 変換されＴＭモー
ドとして、ＮＡが０．５のＡＶ用のレンズ４を用いて誘
電体導波路１に結合された。上述のようにして作製され
た誘電体導波路１は光軸６に対して垂直に、導波路の遠
端面が光軸より下方となるように８deg 傾けて配置し
た。本誘電体導波路１に関しては導波層２への光の閉じ
込めが、導波層２と上部のみ空気クラッド、両側部およ
び下部がLiTaO₃との屈折率差によって行われているた
め、上部方向の屈折率差が最も大きく、光の閉じ込め効
果も最も大きい。従って、本実施例の方向に傾けること
によって、他の方向より大きく傾けても結合効率は同等
であった。本第２の実施例により半導体レーザ３は発振
波長が８６０．４ｎｍと一定でモードホッピングがな
く、２２℃一定に半導体レーザ３の温度制御を行うこと
によって、第２次高調波発生素子である誘電体導波路へ
の入力光パワーが１３５ｍＷのとき、第２次高調波であ
るブルー光の出力光パワーが２１ｍＷが連続出力として
得られた。

【００１２】本発明の第３の実施例の構成を横から見た
図を図４に示す。波長８６０ｎｍ帯の半導体レーザ３を
第２次高調波発生のための基本波の光源として用い、半
導体レーザ３からの出射光はＮＡが０．５のＡＶ用のレ
ンズ４を用いて集光され、一旦平行光にされて、２分の
波長板５を透過されて位相を９０deg 変換されＴＭモー
ドとして、ＮＡが０．５のＡＶ用のレンズ４を用いて誘
電体導波路１に、導波層２と光軸６が平行になるように
結合された。第２次高調波発生素子としての誘電体導波
路１は上述の作製過程の後、誘電体導波路の近端面７お
よび遠端面９を導波層２に対して約６deg の角度に研磨
を行った。研磨に際しては導波層２の保護と両端面の面
だれを防ぐために誘電体導波路１に基板を重ねて、ダイ
ヤモンド研磨液により研磨した。本第３の実施例の構成
をもちいても、導波層２内を伝搬する基本波が導波路の
遠端面９で反射する様子は第１の実施例で第２図を用い
て説明したように反射の法則に従って反射し、反射光１
０は入射光８と異なった軌跡を通って、導波路の近端面
７から半導体レーザ３とは異なった方向に出射され反射
戻り光とはならない。従って本第３の実施例により、半
導体レーザ３を２０℃一定に温度制御を行い、第２次高
調波発生素子である誘電体導波路への入力光パワーが１
３５ｍＷのとき、第２次高調波であるブルー光の出力光
パワーが２２ｍＷの連続出力光として得られた。

【００１３】本発明の第４の実施例として、誘電体導波
路１の側面図を図５に示す。第４の実施例は構成として
は第３の実施例の構成と同様であり、誘電体導波路１の
入出射端面である導波路の近端面７および導波路の遠端
面９の研磨角度が異なっている。第３の実施例で示した
ように導波路の近端面７および導波路の遠端面９の研磨
角度が等しいのではなく、研磨方向も角度も反射光が半
導体レーザに戻らなければ、いずれの角度であってもよ
い。図５に示した誘電体導波路１を用いても、安定した
連続の第２次高調波出力が得られた。

【００１４】本発明の第５の実施例の第２次高調波発生
装置の構成を上から見た図を図６に示す。発振波長８６
０ｎｍ帯の半導体レーザ３をシリコンブロック１１上に
マウントし、シリコンブロック１１をシリコンでできた
サブマウント１２上にマウントした。半導体レーザの誘
電体導波路側端面１３よりサブマウントの誘電体導波路
端面１４のほうが約１０μｍ突き出でるような形状に顕
微鏡で観察しながらマウントした。半導体レーザ３から
の出射光は誘電体導波路１にとってＴＭモードとなって
おり、近視野像は上下方向が短軸、左右方向が長軸の楕
円形であり、導波層２に直接結合が可能な形状であっ
た。誘電体導波路１を上下、左右、前後の３方向に調節
しながら、半導体レーザ３からの出射光が導波層２に最
大の効率で結合される位置を探した。そして、そのまま
誘電体導波路１をサブマウント１２に近づけ、サブマウ
ントの誘電体導波路側端面１４と誘電体導波路１を接触
させた。このとき、導波層２は、サブマウントより十分
上部にあるため、サブマウントの誘電体導波路側端面１
４と接することはない。次に半導体レーザの縦モードを
観察しながら、サブマウント１２との接点を支点とし
て、誘電体導波路１を光軸に対して傾けた。誘電体導波
路１を傾けながら、誘電体導波路１の位置を微動し、半
導体レーザ３からの出射光の結合効率を最大に保った。
本実施例の場合は、導波路の近端面７の法線を光軸から
６deg だけ傾けたとき、反射戻り光によるものと思われ
るモードホッピングがなくなり、半導体レーザ３の発振
波長が変動しなくたったので、誘電体導波路１の位置を
ここで固定した。そして、半導体レーザ３の温度を１８
℃一定となるように制御を行い、第２次高調波であるブ
ルー光の連続出射を実現した。このとき、基本波の入力
光パワーが１３７ｍＷ、第２次高調波の出力光パワーが
２０ｍｗであった。

【００１５】本発明の第６の実施例の第２次高調波発生
装置の構成を上から見た図を図７に示す。発振波長８６
０ｎｍ帯の半導体レーザ３をシリコンブロック１１上に
マウントし、シリコンブロック１１をシリコンでできた
サブマウント１２上にマウントした。半導体レーザの誘
電体導波路側端面１３に対しサブマウントの誘電体導波
路端面１４が約５deg 傾け、かつ約１０μｍ付き出した
形状でマウントした。半導体レーザ３からの出射光は誘
電体導波路１にとってＴＭモードとなっており、近視野
像は上下方向が短軸、左右方向が長軸の楕円形であり、
導波層２に直接結合が可能な形状であった。誘電体導波
路１をサブマウント１２に近づけ、サブマウントの誘電
体導波路側端面１４に沿って誘電体導波路１を接触させ
上下、左右、に調節しながら、半導体レーザ３からの出
射光が導波層２に最大の効率で結合される位置を探し
て、そのまま誘電体導波路１を固定した。このとき、導
波層２は、サブマウントより十分上部にあるため、サブ
マウントの誘電体導波路側端面１４と接することはな
い。そして、半導体レーザ３の温度を２０℃一定となる
ように制御を行ったところ、半導体レーザ３の発振波長
は変化せず安定で、第２次高調波であるブルー光の連続
出射を実現した。このとき、基本波の入力光パワーが１
３８ｍＷ、第２次高調波の出力光パワーが２０ｍｗであ
った。本実施例によって半導体レーザ３と第２次高調波
発生素子である誘電体導波路１の直接結合が容易となっ
た。

【００１６】本発明の第７の実施例の構成を横から見た
図を図８に示す。波長８６０ｎｍ帯の半導体レーザ３を
第２次高調波発生のための基本波の光源として用い、半
導体レーザ３からの出射光はＮＡが０．５のＡＶ用のレ
ンズ４を用いて集光され、一旦平行光にされて、２分の
波長板５を透過されて位相を９０deg 変換されＴＭモー
ドとして、ＮＡが０．５のＡＶ用のレンズ４を用いて誘
電体導波路１に結合された。誘電体導波路１の導波路の
近端面７は光軸に対して約５deg に研磨され、ここから
の半導体レーザ３への反射戻り光を抑制している。導波
路の遠端面９側から約１ｍｍにわたって品番がHOYA B-4
60のブルーフィルターをクラッド層として貼付けて基本
波の吸収体１５とした。本ブルーフィルターは波長８６
０ｎｍ帯は吸収するが、波長４３０ｎｍ帯の透過率は約
８５％である。本実施例では入力光パワーが１３８ｍＷ
の基本波を入射し、出力光パワーが１３ｍｗの第２次高
調波の連続出力を得た。

【００１７】本発明の第８の実施例として、直接結合を
行った場合に導波路の遠端面９からの基本波の反射戻り
光を、基本波を減衰させることによって阻止した例を図
９に示す。半導体レーザ３と誘電体導波路１は、半導体
レーザ１を間接的にマウントし、半導体レーザの誘電体
導波路側端面１３より約１０μｍ突きでたサブマウント
１２と誘電体導波路１を接触させることによって直接結
合を行った。誘電体導波路１の導波路の近端面は光軸に
対して垂直方向に約６deg に研磨した。導波路の遠端面
９側から約１ｍｍにわたって品番がHOYA B-460のブルー
フィルターをクラッド層として貼付けて基本波の吸収体
１５とした。本ブルーフィルターは波長８６０ｎｍ帯は
吸収するが、波長４３０ｎｍ帯の透過率は約８５％であ
る。本実施例では入力光パワーが１３８ｍＷの基本波を
入射し、出力光パワーが１４ｍｗの第２次高調波の連続
出力を得た。

【００１８】本発明の第９の実施例として、導波路の遠
端面９からの反射戻り光を、導波路の遠端面９をＴＭモ
ードに対してブリュースター角にカットすることにより
阻止した例を図１０に示す。ＴＭモードに対してブリュ
ースター角にカットすることにより、ＴＭモードに対す
る反射率が０となる。本実施例の構成を横から見た図を
図１０に示す。波長８６０ｎｍ帯の半導体レーザ３を第
２次高調波発生のための基本波の光源として用い、半導
体レーザ３からの出射光はＮＡが０．５のＡＶ用のレン
ズ４を用いて集光され、一旦平行光にされて、２分の波
長板５を透過されて位相を９０deg 変換されＴＭモード
として、ＮＡが０．５のＡＶ用のレンズ４を用いて誘電
体導波路１に結合された。このとき導波層２は光軸６に
対して平行であった。誘電体導波路１の導波路の近端面
７は光軸６に対して傾けて研磨した。導波路の遠端面９
は導波層２に対して鉛直方向にその法線方向が２４．７
４deg となるようにカットした。入力光パワーが１４０
ｍＷの基本波を入射し、出力光パワーが１６ｍｗの第２
次高調波の連続出力を得た。本実施例ではレンズ系を用
いて半導体レーザ３からの出射光を誘電体導波路１に結
合したが、直接結合において導波路の遠端面９をブリュ
ースター角にしてもよい。

【００１９】本発明の発明の第１０の実施例の第２次高
調波発生素子を示す。本発明の第１の実施例の構成図を
図１１に示す。本発明の実施において、分極反転層を有
する誘電体導波路２４を下記のようにして作製した。Li
TaO₃基板２１上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を周期状にパターンニングした後、Taパ
ターンが形成されたLiTaO₃基板２１上に２６０℃、３０
分間のプロトン交換を行い、Taで覆われていない部分に
プロトン交換層を形成し、５５０℃で１分間熱処理を行
い分極反転層２２を形成した。そして、ＨＦ：ＨＦＮ₃
＝１：１の溶液で２分間ウエットエッチングによりTaを
除去し、分極反転層中にピロリン酸によりプロトン交換
を行い導波層２を形成した。得られた分極反転層を有す
る誘電体導波路２４は、プロトン交換による幅４μｍ、
深さ２μｍ、導波路長１０ｍｍの導波層２を有し、分極
反転層２は周期３．６μｍ、幅２．１μｍ、深さ１．６
μｍで周期的に形成した。LiTaO₃基板上２１に形成した
分極反転層を有する誘電体導波路２２の出射端２５側に
同一基板上にひき続いて一体化して基本波が導波しない
導波路２６を形成した。この基本波が導波しない導波路
２６の作製は導波層２作製時に同時に形成した。ピロリ
ン酸によりプロトン交換を行い導波層２を形成する際に
導波層２として部分的にプロトン交換された部分を形成
するために導波層２の幅に対応したマスク７を用いる
が、そのマスク２７の形状を図１２に示すように途中か
ら基本波が導波しない程度の幅にして、プロトン交換を
行い基本波は導波しないが第２次高調波は導波する領域
を形成した。本実施例では基本波が導波しない導波路２
６の導波層の幅は０．８μｍとした。この基本波が導波
しない導波路２６の領域は分極反転層ではない。

【００２０】本発明の第１０の実施例の第２次高調波発
生素子に半導体レーザからの波長８６０ｎｍの出射光を
基本波として入射した。半導体レーザとの光学的な結合
に際しては本第１の実施例の第２次高調波発生素子の光
軸を半導体レーザの光軸から傾けて、本第２次高調波発
生素子の入射端からの反射光が半導体レーザに戻らない
ようにした。入射パワー３５ｍＷで第２次高調波出力パ
ワーは２ｍＷであったが、基本波の出射パワーは測定限
界以下と小さかった。このときの半導体レーザの相対雑
音強度（ＲＩＮ）は−１４３ｄＢ／Ｈｚと良好であっ
た。これより、第２次高調波発生素子に入射された基本
波は分極反転層を有する誘電体導波路２４において第２
次高調波を発生した後、基本波が導波しない導波路２６
において放射モードとなり放射し、第２次高調波発生素
子の出射端面での反射光が半導体レーザに戻っていない
ことがわかった。本例では、出射端に反射防止を施して
いないが、より戻り光量を少なくするために、反射防止
膜を合わせて行ってもよい。

【００２１】本発明の第１１の実施例の第２次高調波発
生素子の構成を図１３に示す。本実施例は誘電体非線形
材料よりなる導波路の縦方向の光の閉じ込めを装荷層２
９を用いて行った場合の実施例である。基板１０上に導
波層２を堆積し、通常の半導体プロセスを用いて装荷層
２を形成するが、そのときにこの誘電体非線形材料より
なる導波路の出射端３１側に装荷層２９の幅の細い部分
を形成した。本実施例では基本波が導波し第２次高調波
を発生し第２次高調波も導波する第２次高調波発生導波
路部３２の装荷層２９幅を４μｍ、基本波が導波しない
導波路２６部の装荷層２９幅を０．８μｍとした。半導
体レーザの出射光を基本波として入射したところ、第２
次高調波は出射したが、基本波の出射は検出できなかっ
た。基本波が導波しない導波路２６部において基本波が
放射モードとなり放射したものと思われる。このときの
半導体レーザのＲＩＮは−１３８ｄＢ／Ｈｚと良好であ
った。

【００２２】本発明の第１２の実施例の第２次高調波発
生素子の構成を図１４に示す。本実施例は誘電体非線形
材料よりなる導波路の縦方向の光の閉じ込めを導波層２
をリッジ型にエッチングすることによって行った。リッ
ジ型へのエッチング加工は通常の半導体プロセスを用い
て行った。そのときにこの誘電体非線形材料よりなる導
波路の出射端３１側にリッジ部３３の幅の細い部分を形
成した。本実施例では基本波が導波し第２次高調波を発
生し第２次高調波も導波する第２次高調波発生導波路部
３２のリッジ部３３の幅を３μｍ、基本波が導波しない
導波路２６部のリッジ部３３の幅を０．７μｍとした。
半導体レーザの出射光を基本波として入射したところ、
第２次高調波は出射したが、基本波の出射は検出できな
かった。基本波が導波しない導波路２６部において基本
波が放射モードとなり放射したものと思われる。このと
きの半導体レーザのＲＩＮは−１４０ｄＢ／Ｈｚと良好
であった。

【００２３】次に本発明の第１３の実施例の第２次高調
波発生装置について説明する。図１５には第２次高調波
発生素子としてLiTaO₃のｘ板を用いた基板上に形成され
た本発明の第１の実施例の第２次高調波発生素子を用
い、半導体レーザ３と直接結合を行った場合の構成を示
す。図１５は上から見た構成図である。本発明の第１の
実施例の第２次高調波発生素子においては、誘電体非線
形材料の材料よりなる第２次高調波発生素子３１として
は分極反転層を有する誘電体導波路２４と基本波が導波
しない導波路２６から構成され、基本波が導波しない導
波路２６が導波路の出射端側に入射した基本波は導波す
ることができないが発生した第２次高調波は導波する領
域に対応している。半導体レーザ３と誘電体非線形材料
の材料よりなる第２次高調波発生素子３１の直接結合に
際しては、図６に示すように半導体レーザ３の光軸に対
して約６度第２次高調波発生素子３１を傾けた。また第
２次高調波発生素子３１の入出射射端面には反射率が
０．２％以下の反射防止膜３３を施した。本発明の第４
の実施例の第２次高調波発生装置の半導体レーザ３に駆
動電流を１００ｍＡ流したとき第２次高調波として波長
４３０ｎｍの出射光が３ｍＷ安定に出力し、この出射光
のＲＩＮは周波数１０ＭＨｚで測定して−１４３ｄＢ／
Ｈｚと良好であった。

【００２４】本発明の第１４の実施例の第２次高調波発
生装置の構成図を図１７に示す。図１７はは第２次高調
波発生素子としてLiTaO₃のＺ板を用いた基板上に形成さ
れた本発明の第１の実施例の第２次高調波発生素子を用
い、半導体レーザ３とレンズ４と２分の波長板５を用い
て行った場合の構成を示す。レンズ４はコリメートレン
ズとしてＮＡ＝０．５５のもの、対物レンズとしてはＮ
Ａ＝０．６のものを用いた。２分の波長板５は半導体レ
ーザ３からの出射光の偏光方向を９０deg 回転するため
に用いた。図７は上から見た構成図である。本発明の第
１の実施例の第２次高調波発生素子においては、誘電体
非線形材料の材料よりなる第２次高調波発生素子３１と
しては分極反転層を有する誘電体導波路２４と基本波が
導波しない導波路２６から構成され、基本波が導波しな
い導波路２６が導波路の出射端側に入射した基本波は導
波することができないが発生した第２次高調波は導波す
る領域に対応している。半導体レーザ３と誘電体非線形
材料の材料よりなる第２次高調波発生素子３１の結合に
際しては、本発明の第５の実施例と同様に半導体レーザ
３の光軸に対して約６度第２次高調波発生素子３１を傾
けた。また第２次高調波発生素子３１の入出射射端面に
は反射率が０．２％以下の反射防止膜３３を施した。本
発明の第４の実施例の第２次高調波発生装置の半導体レ
ーザ３に駆動電流を１００ｍＡ流したとき第２次高調波
として波長４３０ｎｍの出射光が２．６ｍＷ安定に出力
し、この出射光のＲＩＮは周波数１０ＭＨｚで測定して
−１４２ｄＢ／Ｈｚと良好であった。

【００２５】本発明の第２次高調波発生装置について第
１３，第１４の実施例として本発明の第１０の実施例で
示した第２次高調波発生素子を用いたものばかり示した
が、本発明の第１１、第１２の実施例で示した第２次高
調波発生素子を用いたものであっても、そのほかの第２
次高調波発生素子を用いたものであっても本発明の特許
請求の範囲に記載されている内容を満たしていればよ
い。

【００２６】本発明の第１５の実施例の第２次高調波発
生素子の製造方法について説明する。図１８に本第１５
の実施例の製造方法で作製した第２次高調波発生素子の
構造図を示す。まず、導波路に導波された基本波と前記
導波路内で発生した第２次高調波の位相整合をとるため
に誘電体非線形材料に分極反転層を形成する工程を説明
する。LiTaO³基板２１上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を周期状にパターンニングした
後、Taパターンが形成されたLiTaO₃基板１上に２６０
℃、３０分間のプロトン交換を行い、Taで覆われていな
い部分にプロトン交換層を形成し、５５０℃で１分間熱
処理を行い分極反転層２２を形成した。ＨＦ：ＨＦＮ₃
＝１：１の溶液で２分間ウエットエッチングにより基板
上に残っているTaを除去した。次に前記分極反転層を形
成した基板に３次元的に光が導波する導波層を形成する
工程について説明する。分極反転層中にピロリン酸によ
りプロトン交換を行い導波層２を形成した。得られた分
極反転層を有する誘電体導波路２４は、プロトン交換に
よる幅４μｍ、深さ２μｍ、導波路長１０ｍｍの導波層
２を有し、分極反転層２は周期３．６μｍ、幅２．１μ
ｍ、深さ１．６μｍで周期的に形成した。その後、前記
導波路の出射端側に基本波は吸収して第２次高調波は透
過する光学フィルターをターゲットにしてスパッタを行
い前記光学フィルター材料よりなる薄膜を基本波を吸収
するための吸収層を形成する工程を行ったが、これにつ
いて詳しく説明する。

【００２７】図１９にこの行程のフローチャートを示
す。前行程までに（ａ）に示すように、分極反転層２２
とこの図では見えないが中央部に導波層２を形成した第
２次高調波発生素子が得られている。次に（ｂ）に示す
ように通常のフォトリソグラフィーの技術を用いて吸収
層３６のパターンに対応するレジスト３７のパターンニ
ングを行った。その後、（ｃ）に示すように品番がHOYA
B-460のブルーフィルター３８をターゲットとして通常
のＲＦスパッタを行い、第２次高調波発生素子にブルー
フィルター３８の堆積を約５０００Ａの厚さに行った。
基板である第２次高調波発生素子の温度は１７０℃で行
った。最後に（ｄ）に示すようにレジスト３７を除去す
ることによって、吸収層３６を形成した。本実施例では
ターゲットとしてHOYA B-460を用いたが、他のブルーフ
ィルター例えば、東芝Ｂ−４８ＳやＶ−４２などでもよ
い。本実施例の製造方法で作製した第２次高調波発生素
子に半導体レーザを光学的に結合して半導体レーザから
の出射光を基本波として入射した。第２次高調波発生素
子の出射端からは基本波の出射は見られず、第２次高調
波のみが安定に出射した。この第２次高調波のＲＩＮは
測定周波数１０ＭＨｚで−１３９ｄＢ／Ｈｚと良好だっ
た。

【００２８】本発明の第１６の実施例の第２次高調波発
生装置の製造方法について説明する。本発明の第１６の
実施例の第２次高調波発生装置の構成図を図２０に示
す。本発明の第１５の実施例で述べた第２次高調波発生
素子の製造方法の行程にひき続き、前記工程により得ら
れた第２次高調波発生素子と前記第２次高調波発生素子
に入射するための基本波を発生する半導体レーザを光学
的に結合する工程として半導体レーザの直接結合をおこ
なった。第２次高調波発生素子の入出射端面には反射防
止膜３３を施し、半導体レーザ３の光軸に対して８deg
傾け最大結合がとれる位置で固定した。本発明の第７の
実施例の第２次高調波発生装置の半導体レーザ３に駆動
電流を１００ｍＡ流したとき第２次高調波として波長４
３０ｎｍの出射光が２．５ｍＷ安定に出力し、この出射
光のＲＩＮは周波数１０ＭＨｚで測定して−１４０ｄＢ
／Ｈｚと良好であった。

【００２９】本発明の実施例をいくつか示してきたが、
本発明は請求項記載の事柄をみたしていればよい。ま
た、本発明は反射戻り光を阻止するためものであり、そ
の方法を述べているが、より効果的に反射戻り光を阻止
するために本発明のうちの２つ以上の発明を組み合わせ
てもよい。

【００３０】

【発明の効果】本構成により基本波の発生源である半導
体レーザへの反射戻り光がきわめて抑制され、反射戻り
光誘起雑音やモードホッピングが生じず低雑音の基本波
の発振が実現でき、低雑音の基本波から発生した第２次
高調波も低雑音できわめて安定に動作した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を上から見た図

【図２】本発明の第１の実施例の効果を示すための、導
波層内の基本波の入射光および反射光の様子を光線近似
した図

【図３】本発明の第２の実施例の構成を横から見た図

【図４】本発明の第３の実施例の構成を横から見た図

【図５】本発明の第４の実施例の誘電体導波路を横から
見た図

【図６】本発明の第５の実施例の構成を上から見た図

【図７】本発明の第６の実施例の構成を上から見た図

【図８】本発明の第７の実施例の構成を横から見た図

【図９】本発明の第８の実施例の構成を横から見た図

【図１０】本発明の第９の実施例の構成を横から見た図

【図１１】本発明の第１０の実施例の第２次高調波発生
素子の構成図

【図１２】本発明の第１０の実施例の第２次高調波発生
素子の製造法を説明するための図

【図１３】本発明の第１１の実施例の第２次高調波発生
素子の構成図

【図１４】本発明の第１２の実施例の第２次高調波発生
素子の構成図

【図１５】本発明の第１３の実施例の第２次高調波発生
装置の構成を上から見た図

【図１６】本発明の第１３の実施例の第２次高調波発生
装置の構成を横から見た図

【図１７】本発明の第１４の実施例の第２次高調波発生
装置の構成を上から見た図

【図１８】本発明の第１５の実施例の第２次高調波発生
素子の製造方法で作製した第２次高調波発生素子の構造
図

【図１９】本発明の第１５の実施例の第２次高調波発生
素子の製造方法のうちの光学フィルターをターゲットに
してスパッタを行い前記光学フィルター材料よりなる薄
膜を基本波を吸収するための吸収層を形成する工程を説
明するための工程断面図

【図２０】本発明の第１６の実施例の第２次高調波発生
装置の製造方法で作製した第２次高調波発生装置の構造
図

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基本波を発生するための半導体レーザの光
軸に対して、導波路型の第２次高調波発生素子の入出射
端面のいずれか一方もしくは両方を傾けたことを特徴と
する第２次高調波発生装置。
【請求項２】基本波を半導体レーザ、半導体レーザから
の出射光を集光するための少なくても１枚のレンズ、レ
ンズにより集光された半導体レーザからの出射光の偏光
方向を９０deg 回転させるための２分の波長板、分極反
転層を有し、導波路に対してＴＭモードを入射すること
により第２次高調波を発生させるための誘電体導波路よ
りなり、上記レンズ透過光の光軸は上記半導体レーザか
らの出射光の光軸と一致し、該光軸に対して上記４分の
波長板の両端面および上記誘電体導波路の両端面を傾け
た請求項１記載の第２次高調波発生装置。
【請求項３】基本波を発生するための半導体レーザ、半
導体レーザを直接的もしくは間接的にマウントするため
のサブマウント、分極反転層を有し、第２次高調波を発
生させるための誘電体導波路よりなり、上記サブマウン
トの誘電体導波路側の端面が上記半導体レーザの誘電体
導波路側の端面より１０μｍ以上つき出ており、上記サ
ブマウントに誘電体導波路が接し、かつ上記半導体レー
ザの出射光の光軸に対して誘電体導波路の入出射端面を
傾けた請求項１記載の第２次高調波発生装置。
【請求項４】基本波を発生するための半導体レーザの光
軸に対して、導波路に対して垂直な端面を有する導波路
型の第２次高調波発生素子の光軸を傾けたことを特徴と
する第２次高調波発生装置。
【請求項５】基本波を発生するための半導体レーザ、半
導体レーザからの出射光を集光するための少なくても１
枚のレンズ、レンズにより集光された半導体レーザから
の出射光の偏光方向を９０deg 回転させるための２分の
波長板、導波路に対して垂直な端面を有し、分極反転層
を有し、導波路に対してＴＭモードを入射することによ
り第２次高調波を発生させるための誘電体導波路よりな
り、上記レンズ透過光の光軸は上記半導体レーザからの
出射光の光軸と一致し、該光軸に対して上記４分の波長
板の両端面を傾け、上記誘電体導波路の導波層が上記光
軸に対して傾いていることを特徴とする請求項４記載の
第２次高調波発生装置。
【請求項６】半導体レーザ、半導体レーザを直接的もし
くは間接的にマウントするためのサブマウント、導波路
に垂直な端面を有し、分極反転層を有し、ＴＭモードを
入射することにより第２次高調波を発生させるための誘
電体導波路よりなり、上記サブマウントの誘電体導波路
側の端面が上記半導体レーザの誘電体導波路側の端面よ
り１０μｍ以上つき出ており、上記サブマウントに誘電
体導波路が接し、かつ上記半導体レーザの出射光の光軸
に対して誘電体導波路の入出射端面を傾けた第２次高調
波発生装置において、上記サブマウントの誘電体導波路
側のつき出た部分の端面が上記半導体レーザの出射光の
光軸に対して傾いており、該つき出た部分の端面の全面
に誘電体導波路を接することによって、誘電体導波路の
光軸を半導体レーザの光軸に対して傾けたこと請求項４
記載の第２次高調波発生装置。
【請求項７】基本波を発生させるための半導体レーザの
光軸に対して、導波路型の第２次高調波発生素子の光軸
は一致させ、第２次高調波発生素子の端面を半導体レー
ザの光軸に対して傾けた第２次高調波発生素子。
【請求項８】基本波を発生するための半導体レーザ、半
導体レーザからの出射光を集光するための少なくても１
枚のレンズ、レンズにより集光された半導体レーザから
の出射光の偏光方向を９０deg 回転させるための２分の
波長板、分極反転層を有し、導波路に対してＴＭモード
を入射することにより第２次高調波を発生させるための
誘電体導波路よりなり、上記レンズ透過光の光軸および
上記誘電体導波路の光軸は上記半導体レーザからの出射
光の光軸と一致し、該光軸に対して上記２分の波長板の
両端面および上記誘電体導波路の入出射端面を傾けた請
求項７記載の第２次高調波発生装置。
【請求項９】半導体レーザ、出射端面を導波モードに対
しブリュースター角に形成し、分極反転層を有した誘電
体導波路よりなる第２次高調波発生素子、および上記半
導体レーザからの出射光を上記第２次高調波発生素子に
光学的に結合する手段よりなる請求項７記載の第２次高
調波発生装置。
【請求項１０】導波路の出射端側に入射した基本波が吸
収される領域を形成した誘電体非線形材料の導波路より
なることを特徴とする第２次高調波発生素子。
【請求項１１】基本波が吸収される領域が導波路の出射
端側に光学フィルターよりなるクラッド層を形成した領
域である請求項１０記載の第２次高調波発生素子。
【請求項１２】導波路に導波された基本波と前記導波路
内で発生した第２次高調波の位相整合をとるために誘電
体非線形材料に分極反転層を形成する工程、前記分極反
転層を形成した基板に３次元的に光が導波する導波層を
形成する工程、前記導波路の出射端側に基本波は吸収し
て第２次高調波は透過する光学フィルターをターゲット
にしてスパッタを行い前記光学フィルター材料よりなる
薄膜を基本波を吸収するための吸収層を形成する工程を
有する第２次高調波発生素子の製造方法。
【請求項１３】基本波を発生させるための半導体レー
ザ、分極反転層を有し第２次高調波を発生させるための
誘電体導波路、上記誘電体導波路の出射側に形成し基本
波を吸収するためのクラッド層を有する吸収領域、およ
び上記半導体レーザからの出射光を光学的に結合する手
段よりなることを特徴とする第２次高調波発生装置。
【請求項１４】導波路に導波された基本波と前記導波路
内で発生した第２次高調波の位相整合をとるために誘電
体非線形材料に分極反転層を形成する工程、前記分極反
転層を形成した基板に３次元的に光が導波する導波層を
形成する工程、前記導波路の出射端側に基本波は吸収し
て第２次高調波は透過する光学フィルターをターゲット
にしてスパッタを行い前記光学フィルター材料よりなる
薄膜を基本波を吸収するための吸収層を形成する工程を
有し、前記工程により得られた第２次高調波発生素子と
前記第２次高調波発生素子に入射するための基本波を発
生する半導体レーザを光学的に結合する工程を有する第
２次高調波発生装置の製造方法。
【請求項１５】導波路の出射端側に入射した基本波は導
波することができないが、発生した第２次高調波は導波
する領域を形成した誘電体非線形材料の導波路よりなる
ことを特徴とする第２次高調波発生素子。
【請求項１６】誘電体非線形材料の導波路がプロトン交
換による３次元導波層および基本波と発生した第２次高
調波の位相整合をとるための分極反転層からなり、プロ
トン交換層の幅を狭くすることにより導波路の出射端側
に入射した基本波は導波しないが発生した第２次高調波
は導波する領域を形成した請求項１５記載の第２次高調
波発生素子。
【請求項１７】誘電体非線形材料としてＬｉＴａＯ₃を
用い、導波路がプロトン交換による３次元導波層および
基本波と発生した第２次高調波の位相整合をとるための
分極反転層からなり、プロトン交換層の幅を狭くするこ
とにより導波路の出射端側に入射した基本波は導波しな
いが発生した第２次高調波は導波する領域を形成した請
求項１５記載の第２次高調波発生素子。
【請求項１８】導波路の出射端側に入射した基本波は導
波することができないが発生した第２次高調波は導波す
る領域を形成した誘電体非線形材料の導波路よりなる第
２次高調波発生素子、と基本波を発振するための半導体
レーザを備え、前記半導体レーザから出射した基本波を
前記第２次高調波発生素子に光学的に結合し、第２次高
調波を出射することを特徴とした第２次高調波発生装
置。
【請求項１９】第２次高調波発生素子として、誘電体非
線形材料としてＬｉＴａＯ₃を用い、導波路がプロトン
交換による３次元導波層および基本波と発生した第２次
高調波の位相整合をとるための分極反転層からなり、プ
ロトン交換層の幅を狭くすることにより導波路の出射端
側に入射した基本波は導波しないが発生した第２次高調
波は導波する領域を形成した第２次高調波発生素子を用
いた請求項１８記載の第２次高調波発生装置。
【請求項２０】光学的に結合する手段として半導体レー
ザからの出射光をコリメート光にするためのコリメート
レンズ、該コリメート光の電界の振幅方向を９０度変換
するための２分の波長板、および該コリメート光を集光
し第２次高調派発生素子である導波路に入射するための
対物レンズを用いた請求項１８記載の第２次高調波発生
装置。
【請求項２１】光学的に結合する手段として半導体レー
ザからの出射光を直接第２次高調派発生素子である導波
路に入射する手段を用いた請求項１８記載の第２次高調
波発生装置。