JPH06281982A

JPH06281982A - レーザ光発生装置

Info

Publication number: JPH06281982A
Application number: JP19426092A
Authority: JP
Inventors: Kouichirou Kijima; 公一朗木島
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-07-21
Filing date: 1992-07-21
Publication date: 1994-10-07

Abstract

(57)【要約】【構成】波長変換素子６は分極反転構造を有するＬｉ
Ｎｂ_xＴａ_(1-x)Ｏ₃（０≦ｘ≦１）基板５にプロトン
交換光導波路４を形成してなる。半導体レーザチップ１
が基本波レーザ光を発生する。Ｌ字状固着部材７及び接
着剤８がプロトン交換光導波路４を半導体レーザチップ
１の端面に近接するように半導体レーザチップの電界方
向とプロトン交換光導波路４の電界方向とを一致させ
て、ヒートシンク３と波長変換素子６とを固着支持す
る。このため、基本波レーザ光をプロトン交換光導波路
４に導波させることができる。【効果】光導波路端面にＡＲコーティングを施さなく
てもよい。また、デバイスの小型化が容易となる。さら
に、マッチングの工程が容易になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【従来の技術】本発明は、基本波を短波長化し、例えば
第２高調波レーザ光を出力するレーザ光発生装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】イオン交換により基板表面近くに高屈折
率層を形成して基板上に光導波路を作製する方法として
プロトン交換法がある。このプロトン交換法は、例えば
ＬｉＮｂＯ₃基板を安息香酸溶液中に浸すかあるいはピ
ロ燐酸を塗布した後、一定時間中の加熱処理を行って、
基板表面に高屈折率とされた光導波路を形成する方法で
ある。また、このような方法で形成された光導波路をプ
ロトン交換光導波路という。

【０００３】一方、近年特に第２高調波発生（以下ＳＨ
Ｇ素子という）等の光デバイス装置において、その表面
に周期ドメイン反転構造を形成して光出力等の特性の向
上を図ることが提案されている。

【０００４】例えばＳＨＧ素子は、周波数ωの光を導入
すると、周波数２ωの第２高調波を発生するもので、こ
のＳＨＧ素子によって単一波長光の波長範囲の拡大化が
図られ、これに伴いレーザの利用範囲の拡大化と各技術
分野でのレーザ光利用の最適化を図ることができる。例
えば短波長化されたレーザ光を用いれば光記録再生、光
磁気記録再生等において、その記録密度の向上を図るこ
とができる。

【０００５】このようなＳＨＧ素子としては、例えばＫ
ＮｂＯ₃を用いたいわゆるバルク型のＳＨＧ素子や、よ
り大なる非線形光学定数を利用して位相整合を行う導波
路型のＳＨＧ素子、例えばＬｉＮｂＯ₃（ＬＮ）等の強
誘電体結晶の非線形光学材料より成る単結晶基板の上に
線形導波路を形成して、これに近赤外光の基本波を入力
して第２高調波の例えば緑、青色光を放射モードとして
基板側からとりだすチェレンコフ放射型のＳＨＧ素子等
がある。

【０００６】しかしながらバルク型ＳＨＧ素子はその特
性上ＳＨＧ変換効率が比較的低く、また廉価で高品質が
得られるＬＮを用いることができない。またチェレンコ
フ放射型ＳＨＧ素子は、ＳＨＧビームの放射方向が基板
内方向であり、ビームスポット形状も例えば三日月状ス
ポットという特異な形状をなし、実際の使用においての
問題点が存在する。

【０００７】変換効率の高いデバイス実現のためには、
基本波と第２高調波の位相伝搬速度を等しくしなくては
ならない。これを擬似的に行う方法として非線形光学定
数の＋−を周期的に配列する方法が提案されている（J.
A.Armstrong,N.Bloembergen,他,Phys.Rev.,127,1918(19
62))。これを実現する方法として結晶（例えば結晶軸）
の方向を周期的に反転させる方法がある。具体的な方法
としては、例えば結晶を薄く切断して貼り合わせる方法
（岡田、滝沢、家入、ＮＨＫ技術研究、29(1)、24(197
7)) や、また結晶引き上げ時に例えば印加する電流の極
性を制御して周期的な分域( ドメイン) を形成して周期
ドメイン反転構造を形成する方法（ D.Fen,N.B.Ming,J.
F.Hong,他、Appl.Phys.Lett.37,607(1980),K.Nassau,H.
J.Levinstein,G.H.Loiacano Appl.Phys.Lett.6,228(196
5),A.Feisst,P.Koidl Appl.Phys.Lett.47,1125(1985))
がある。これらの方法は結晶材料の全体に渡って周期構
造を形成することを目的としている。しかしながら上述
した方法による場合は大規模な装置が必要となるのみな
らず、ドメイン形成の制御が難しいという問題がある。

【０００８】これに対して結晶材料の表面近傍に上述の
周期ドメイン反転構造を形成する方法として、例えばＴ
ｉを結晶表面から拡散させる方法（伊藤弘昌、張英海、
稲葉文男、第４９回応用物理学会講演会予稿集９１９
（1988))が提案されている。しかしながらこの方法によ
る場合、ドメイン反転部分の屈折率が変化し出力光のビ
ームが多数本になる虞れがあり、また、基本波が漏波す
る場合がある。

【０００９】さらに本出願人は、先に特願平１−８２７
１号特許出願及び特願平１−１８４３６２号特許出願に
おいて、強誘電体結晶の非線形光学材料に対するドメイ
ン制御方法を提案した。この方法は、シングルドメイン
化された強誘電体結晶を挟んでその相対向する両主面に
対向電極を配置または絶縁体を介して対向配置し、両電
極間に直流電圧を印加することによって局部的にドメイ
ン反転部を形成して周期ドメイン反転構造を得るもので
ある。

【００１０】上述したような周期ドメイン反転構造を得
る方法の他にも電子線を非線形光学材料に照射して、所
要のパターンの周期ドメイン反転構造を得る方法が提案
されている（R.W.Keys,A.Loni,B.J.Luff,P.D.Townsend,
他,Elecronics 1st Feburuary 1990 Vol.26 No.3) 。

【００１１】上述したような種々の方法により形成され
た周期ドメイン反転構造の基板上に上記プロトン交換光
導波路を作製し、このプロトン交換光導波路に入射され
る基本波レーザ光を短波長化して第２高調波レーザ光に
変換する素子として波長変換素子がある。

【００１２】上記波長変換素子では、半導体レーザ素子
からの基本波を効率よく線形光導波路に入射させると第
２高調波レーザ光を効率良く発生できる。この半導体レ
ーザ素子の基本波を上記プロトン交換光導波路に効率良
く導波させるためには、基本波をレンズを介して光導波
路の端面に集光したり、レンズを介さないときは半導体
レーザ素子の発光点と光導波路の端面とを基本波レーザ
光の波長オーダ以下の距離に近づけることが行われる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したレ
ンズを用いると、レンズを用いないよりも容易に基本波
レーザ光をプロトン交換光導波路に入射させることがで
きるが、レンズを用いるためこのレンズの分だけ部品点
数が多くなり、位置決めを行う回数が多く光の損失も多
くなる。また、半導体レーザ素子にシングルモードのレ
ーザ光を発生する素子を用い、シングルモード状態にて
使用する場合は、シングルモードレーザ光が戻り光ノイ
ズに敏感であるため、レンズ及びプロトン交換光導波路
端面に正確なＡＲコーティングを施さなければならな
い。

【００１４】また、レンズを用いない場合は、通常、パ
ッケージの中に入っている半導体レーザ素子をチップの
状態で使用しなければならない等の理由により、あまり
デバイス化されていない。無理にデバイス化すると半導
体レーザ素子の発振波長は変動しやすくなる。

【００１５】また、特に、第２高調波発生における上記
波長変換素子は、光源である半導体レーザ素子からの基
本波に対して波長選択性を有するため、プロトン交換光
導波路と半導体レーザ素子とでマッチングをとる必要が
あり、半導体レーザ素子の発振波長は安定していなけれ
ばならない。すなわち、半導体レーザ素子の発振波長が
変動していると、上記マッチングを行った後にそのマッ
チングを狂わせてしまうことになる。

【００１６】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であり、波長変換素子のプロトン交換光導波路に半導体
レーザ素子からの半導体レーザ光（基本波）を導波させ
ることができ、基本波の波長を安定させ、シングルモー
ドの基本波の場合はＡＲコーティングの精度をあまり問
題にせず、半導体レーザ素子とプロトン交換光導波路と
のマッチングが容易となるレーザ光発生装置の提供を目
的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ光発
生装置は、分極反転構造を有するＬｉＮｂ_xＴａ_(1-x ₎
Ｏ₃（０≦ｘ≦１）にプロトン交換光導波路を形成して
なる波長変換素子と、上記プロトン交換光導波路に入射
される基本波を発生する半導体レーザ素子と、上記半導
体レーザ素子を表面端部に配し、上記半導体レーザ素子
が基本波を発生する際の熱を放熱する放熱手段と、上記
波長変換素子の光導波路が上記半導体レーザ素子の端面
に近接するように上記放熱手段と上記波長変換素子とを
固着支持する固着手段とを有し、基本波を短波長化した
レーザ光を発生することを特徴として上記課題を解決す
る。

【００１８】ここで、上記波長変換素子は一軸性結晶の
主軸と平行な面であるＸ面上に分極反転構造及びプロト
ン交換光導波路を形成し、ＴＥモードの光を導波する。
また、上記波長変換素子は一軸性結晶の主軸と直交する
面であるＺ面上に分極反転構造及びプロトン交換光導波
路を形成し、ＴＭモードの光を導波する。

【００１９】また、上記固着手段は熱伝導率が低い材料
を断面Ｌ字状に形成した部材の一面を上記放熱手段に対
峙させ、該一面に直交する他面を上記波長変換素子に対
峙させて、上記放熱手段と上記波長変換素子とを固着支
持する。また、上記半導体レーザ素子はシングルモード
の基本波レーザ光を発生する。

【００２０】さらに、上記半導体レーザ素子の端面と上
記プロトン交換光導波路とを近接するように上記固着手
段を用いて上記放熱手段と上記波長変換素子とを固着支
持する際には、上記半導体レーザ素子の電界方向と上記
光導波路の電界方向とを一致させる。

【００２１】

【作用】本発明に係るレーザ光発生装置は、波長変換素
子が分極反転構造を有するＬｉＮｂ_xＴａ_(1-x)Ｏ
₃（０≦ｘ≦１）にプロトン交換光導波路を形成してな
り、半導体レーザ素子が上記プロトン交換光導波路に入
射される基本波を発生し、表面端部に上記半導体レーザ
素子を配した放熱手段が上記半導体レーザ素子動作時の
熱を放熱し、固着手段がプロトン交換光導波路を半導体
レーザ素子の端面に近接するように半導体レーザ素子の
電界方向と上記プロトン交換光導波路の電界方向とを一
致させて放熱手段と上記波長変換素子とを固着支持す
る。このため、基本波をプロトン交換光導波路に導波さ
せることができる。また、プロトン交換光導波路を半導
体レーザ素子の端面に近づけるので該プロトン交換光導
波路端面にＡＲコーティングを施さなくても半導体レー
ザ素子をシングルモードで発振できる。また、プロトン
交換光導波路を半導体レーザ素子の端面に対し、しっか
りと固定できるので半導体レーザの発振波長の変動を抑
えられる。さらに、半導体レーザ素子とプロトン交換光
導波路とのマッチングが容易となる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明に係るレーザ光発生装置の実施
例について図面を参照しながら説明する。図１は本発明
に係るレーザ光発生装置の第１の実施例の概略構成を示
す断面図である。

【００２３】図１において、この第１の実施例は、電極
部２に接した放熱手段であるＣｕ等で出来たヒートシン
ク３の表面端部に配されシングルモードの基本波レーザ
光を発生する半導体レーザチップ１と、この半導体レー
ザチップ１からのシングルモードの基本波レーザ光が入
射されるプロトン交換光導波路４が分極反転構造部を有
する例えばＬｉＮｂＯ₃のＸ基板（以下ＬＮ−Ｘ基板と
いう）５上に形成された波長変換素子（以下ＬＮ−Ｘ波
長変換素子という）６と、上記プロトン交換光導波路４
を上記半導体レーザチップ１の端面に近接した状態で上
記ヒートシンク３と上記ＬＮ−Ｘ波長変換素子６とを支
持固着する固着手段である断面Ｌ字状の固着部材７及び
接着剤８とを有してなる。

【００２４】上記ＬＮ−Ｘ波長変換素子６の構成例を図
２に示す。上記ＬＮ−Ｘ波長変換素子６は、ＬＮ−Ｘ基
板５上に周期分極反転構造部９を作製し、該ＬＮ−Ｘ基
板５上にピロ燐酸（Ｈ₄Ｐ₂Ｏ₇）等によるプロトン交
換法等によりプロトン交換光導波路４を形成している。
上記周期分極反転構造部９は、単一分極化された強誘電
体結晶であるＬＮ−Ｘ基板５に対し、加速電圧を１５ｋ
Ｖ以上として、上記ＬＮ−Ｘ基板５の最終的に得る周期
分極反転構造部９のパターンに対応するパターンに局部
的に照射して分極反転を形成するものである。このよう
に、上記ＬＮ−Ｘ波長変換素子６は一軸性結晶の主軸と
平行な面であるＬＮ−Ｘ基板５に周期分極反転構造部９
及びプロトン交換光導波路４を形成しており、ＴＥモー
ドの光を導波する。また、このプロトン交換光導波路４
には、非線形光学効果を回復させるためにアニールが施
されている。

【００２５】ここで、上記ＬＮ−Ｘ基板５上に形成され
たプロトン交換光導波路４は、結晶の光学軸（Ｚ軸と平
行）に平行な成分の屈折率が増すことから、図３に示す
ような上記ＬＮ−Ｘ基板５の結晶の光学軸（Ｚ軸と平
行）に平行な電界方向（図３に導波できる光の電界方向
として矢印で示す）を持つ光のみを伝搬する。

【００２６】また、上記ヒートシンク３上の表面端部に
配された上記半導体レーザチップ１は、一般的に図４に
矢印で示すような電界成分を持つ光（出射光束Ｌ）を発
光する。

【００２７】つまり、本第１の実施例のレーザ光発生装
置は、上記ＬＮ−Ｘ基板５と上記半導体レーザチップ１
の成膜面とを平行な位置関係とし、上記プロトン交換光
導波路４を上記半導体レーザチップ１の端面に近接する
ように上記固着手段であるＬ字状固着部材７及び接着剤
８により、上記ヒートシンク３と上記ＬＮ−Ｘ波長変換
素子６とを固着支持することにより、上記半導体レーザ
チップ１から発光された基本波レーザ光を上記プロトン
交換光導波路４に伝搬できる。

【００２８】上記固着手段であるＬ字状固着部材７の材
質は、接着強度が確保できるものであればよいが、上記
ＬＮ−Ｘ波長変換素子６が温度に敏感である等の条件が
加わる場合には、例えば、ポリカーボネート等のように
熱伝導率が低く、しかも接着強度の高いものが要求され
る。そして、その一面を上記ヒートシンク３に対峙さ
せ、その一面に直交する他面を上記ＬＮ−Ｘ波長変換素
子６に対峙させて、上記ヒートシンク３と上記ＬＮ−Ｘ
波長変換素子６とを固着支持する。

【００２９】以上のように、上記Ｌ字状固着部材７を用
いて、上記半導体レーザチップ１と上記ＬＮ−Ｘ波長変
換素子６とを一体化すると、接着面積が広くできるの
で、接着強度が増し、耐久性の向上が得られる。また、
接着剤に硬化時の収縮が存在しても、位置ずれが少なく
なる。

【００３０】ここで、上記半導体レーザチップ１は上述
したようにシングルモードで発振する。通常、半導体レ
ーザチップからの基本波にシングルモードレーザ光を用
い、その半導体レーザチップをシングルモード状態にて
使用する場合、シングルモードレーザ光が戻り光ノイズ
に敏感であるため、光導波路の半導体レーザチップ側端
面には正確にＡＲコーティングを施さなければならな
い。しかし、本第１の実施例のように上記Ｌ字状固着部
材７及び接着剤８によって半導体レーザチップ１が表面
端部に配されたヒートシンク３とＬＮ−Ｘ波長変換素子
６とを基本波レーザ光が効率よくプロトン交換光導波路
４に入射するように固着支持すれば上記プロトン交換光
導波路４の上記半導体レーザチップ１側端面にＡＲコー
ティングを施さなくてもよい。

【００３１】これは、図５に示すような実験により明ら
かとなった。すなわち、この図５は、一方の端面１４ａ
にＡＲコーティングを施していない光導波路１４と基板
１５とからなる波長変換素子１６を載せたテーブルを半
導体レーザチップ１１に対して近づけた場合の発振波長
の変動と導波光量との関係を測定する実験を示す図であ
る。

【００３２】この図５にて、上記光導波路１４は、Ｔａ
₂Ｏ₅膜からなり、幅5.0 μｍ、厚さ2.0 μｍである。
（以下、Ｔａ₂Ｏ₅光導波路１４という）また、上記基
板１５は、Ｇｄ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂よりなる。（以下、ＧＧＧ
基板１５という）上記Ｔａ₂Ｏ₅光導波路１４を上記Ｇ
ＧＧ基板１５上に形成するには、先ず、例えばタンタル
ペンタエトキシドＴａ（ＯＣ₂Ｈ₅）₅を原料ガスとし
て用いたＣＶＤ法により、ＧＧＧ単結晶板からなるＧＧ
Ｇ基板１５上に例えばアモルファスのＴａ₂Ｏ ₅膜を形
成する。次に、このＴａ₂Ｏ₅膜上にリソグラフィーに
より光導波路の形状に対応した形状のレジストパターン
を形成し、このレジストパターンをマスクとしてＴａ₂
Ｏ₅膜を例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法に
よりエッチングする。これにより、Ｔａ₂Ｏ₅膜からな
るＴａ₂Ｏ₅光導波路１４が形成される。

【００３３】この図５において、電極部１２と、この電
極部１２に接した例えばＣｕ等で出来たヒートシンク１
３と、このヒートシンク１３の表面端部に配されシング
ルモードの基本波レーザ光を発生する半導体レーザチッ
プ１１は、精密移動可能なテーブル（以下精密移動テー
ブルという）２１に一体となって搭載され、固定されて
いる。また、この半導体レーザチップ１１からの基本波
レーザ光が入射されるＴａ₂Ｏ₅光導波路１４とＧＧＧ
基板１５とからなる波長変換素子１６も精密移動可能な
テーブル（以下精密移動テーブルという）２２に搭載さ
れ、固定されている。そして、上記精密移動テーブル２
２が矢印方向、すなわち、半導体レーザチップ１１側に
移動されたときに上記Ｔａ₂Ｏ₅光導波路１４の上記一
方の端面１４ａに対向する他方の端面１４ｂから発せら
れる導波光量とその発振波長の変化を集光レンズ２３を
介して、図示しない各計測器により計測する。ここで、
上記精密移動テーブル２１は、上記半導体レーザチップ
１１が上記Ｔａ₂Ｏ₅光導波路１４と接触した後、なお
も上記精密移動テーブル２２が移動することにより、矢
印方向に移動する。すなわち、上記精密移動テーブル２
１は、上記精密移動テーブル２２上の波長変換素子１６
に荷重を加えながら移動しうるような構造となってい
る。

【００３４】図６は、上述した図５の実験により得た結
果をグラフにした特性図である。すなわち、この図６
は、上記半導体レーザチップ１１に上記波長変換素子１
６を近づけた場合の上記半導体レーザチップ１１の発振
波長とＴａ₂Ｏ₅光導波路１４を導波する導波光量との
関係を示す。この図６の特性図において、横軸は上記波
長変換素子１６及びＴａ₂Ｏ₅光導波路１４の移動量で
あり、上記精密移動テーブル２２の移動量（０μｍは移
動量が０を示し、１、２、３・・・７μｍになるに従っ
て、移動量が長くなる）でもある。また、左側縦軸は導
波光量、右側縦軸は発振波長を示す。また、この実験を
行うにあたり、上記半導体レーザチップ１１は定電流駆
動により発光させ、その発振波長及び発光強度（導波光
量）は、波長変換素子１６が近接して存在しない状態
（フリーラン状態）において、790.6 ｎｍ、22ｍＷであ
る。

【００３５】この図６において、破線で示すのがシング
ルモードでの発振波長の変動であり、実線で示すのが導
波光量の変動である。このシングルモードでの発振波長
の変動は上記Ｔａ₂Ｏ₅光導波路１４の移動量（以下単
に移動量という）が1.8 μｍから6.0 μｍの間にだけ見
られる。これは、上記半導体レーザチップ１１が移動量
1.8 μｍ以下の領域ではシングルモード発振状態でな
く、マルチモード発振状態となるからである。移動量が
1.8 μｍ以下の領域においては、上記半導体レーザチッ
プ１１がマルチモード発振状態であり、この状態のとき
には波長変換素子１６の移動量が変化する（０〜1.8 μ
ｍ）のに対応して実線で示すＴａ₂Ｏ₅光導波路１４内
の導波光量が周期的に変化している。これは、Ｔａ₂Ｏ
₅光導波路１４の上記半導体レーザチップ１１側端面１
４ａにＡＲコーティングが施されていないためである。
通常、ＡＲコーティングが施されていないと、反射率は
約１４〜１５％となり、この約１４〜１５％の反射光が
上記半導体レーザチップ１１内に戻ってくる。このと
き、位相の関係から発振波長の１／４λ毎に導波光量に
ある程度大きな振幅が表れる。このように導波光量の振
幅がある程度大きいときは、上記半導体レーザチップ１
１と上記Ｔａ₂Ｏ₅光導波路１４との距離が離れている
ときである。そして、距離が段々近づくにつれて、戻っ
てくる光の量が多くなり、導波光量の振幅がしだいにか
なり大きくなる。しかし、波長が１／４λ切る位になる
と、戻り光の位相が合わなくなり（互いに打ち消し合
い）導波光量の大きな振幅は、急激に縮小する。この状
態が図６上では、移動量1.8 μｍ付近であり、上記半導
体レーザチップ１１と上記Ｔａ₂Ｏ₅光導波路１４との
接触が開始される点である。

【００３６】この接触開始点を過ぎて、なお上記精密移
動テーブル２２が移動され、上記波長変換素子１６の移
動距離が1.8 μｍから6.0 μｍの間になると、上記半導
体レーザチップ１１はシングルモード発振状態となり、
さらに、Ｔａ₂Ｏ₅光導波路１４内の導波光量は周期的
に変化しなくなる。

【００３７】この図６から、シングルモードの上記半導
体レーザチップ１１は上記Ｔａ₂Ｏ ₅光導波路１４の端
面１４ａにＡＲコーティングを施さなくても、該Ｔａ₂
Ｏ₅光導波路１４の端面１４ａをある程度（図６の場
合、光導波路１４を1.8 μｍから6.0 μｍ移動させた状
態）上記半導体レーザチップ１１の発光点に近づけれ
ば、上記半導体レーザチップ１１をシングルモード状態
で発振させることができ、しかもその光をＴａ₂Ｏ₅光
導波路１４内に導波できることが分かる。しかし、Ｔａ
₂Ｏ₅光導波路１４内の導波光量は周期的に変化してい
ないが、上記精密移動テーブル２２をわずかに移動する
と、半導体レーザの発振状態が数ｎｍ変動してしまうこ
とも分かる。

【００３８】したがって、上記Ｔａ₂Ｏ₅光導波路１４
の移動位置を上記半導体レーザチップ１１からの基本波
レーザ光がシングルモード状態であり、かつ導波光量が
周期的に変化しない状態の位置とし、その位置を正確に
保って上記半導体レーザチップ１１と上記Ｔａ₂Ｏ₅光
導波路１４を固定することが要求される。そのために
は、上記第１の実施例のような固着手段であるＬ字状固
着部材７と接着剤８を用いて、上記半導体レーザチップ
１１と上記波長変換素子１６とを一体化すればよい。

【００３９】この一体化の方法を上記第１の実施例に適
用した場合について以下に示す。先ず、波長変換素子６
とＬ字状固着部材７とを接着剤８により固定する。この
固定した上記Ｌ字状固着部材７と波長変換素子６とを図
５に示した精密移動テーブル２２に搭載する。次に、上
記半導体レーザチップ１が表面端部に配されたヒートシ
ンク３に接した電極２を図５に示した精密テーブル２１
に搭載し、定電流で駆動する。そして、精密移動テーブ
ル２２の位置を上記半導体レーザチップ１がシングルモ
ードの基本波レーザ光を発振する状態で上記プロトン交
換光導波路４内を導波するように調整する。その後、上
記Ｌ字状固着部材７及び波長変換素子６と上記半導体レ
ーザチップ１及びヒートシンク３とを接着剤８により接
着する。このとき、上記半導体レーザチップ１の電界方
向と上記プロトン交換光導波路４の電界方向とを一致さ
せてから一体化する。最後に、上記精密移動テーブル２
２を除去する。

【００４０】このようにすれば、上記半導体レーザチッ
プ１からの基本波レーザ光がシングルモード状態であ
り、かつ導波光量が周期的に変化しない状態で上記半導
体レーザチップ１と上記プロトン交換光導波路４とを極
めて近接させ、上記ヒートシンク３と上記長変換素子６
とを上記Ｌ字状固着部材７及び接着剤８により、固着支
持できる。

【００４１】ここで、図５に示す上記半導体レーザチッ
プ１１のフリーラン状態の波長スペクトルを図７に、ま
た半導体レーザチップ１１と波長変換素子１６とを一体
化したのちの導波光の波長スペクトルを図８に、さらに
精密テーブル２２の位置を上記半導体レーザチップ１１
がシングルモードの基本波レーザ光を発振する状態で上
記光導波路１４内を導波するように調整したときの導波
光の波長スペクトルを図９に示す。この図７、８及び９
のデータはいずれも定電流駆動により、半導体レーザを
発光させ、その駆動電流を一定としている。

【００４２】上述した図７、８及び９より、上記半導体
レーザチップ１１と上記波長変換素子１６とを一体化す
ることにより、図７に示すフリーラン状態の波長スペク
トルと同様の波長スペクトルを図８に示すように得られ
る。

【００４３】このことは、上記第１の実施例についても
同様であり、半導体レーザチップ１に対するプロトン交
換光導波路４の固定に、上記図１に示すようにＬ字状固
着部材７を用いるので、シングルモードの基本波レーザ
光は、図７に示すフリーラン状態とほぼ同様の発振状態
となる。

【００４４】また、この第１の実施例によれば、シング
ルモードの半導体レーザはフリーラン状態とほぼ同様の
発振状態となるので、プロトン交換光導波路４と半導体
レーザチップ１のマッチングを行った後にそのマッチン
グを狂わせる危険性が大幅に減少できる。

【００４５】ここで、上記ＬＮ−Ｘ波長変換素子６は、
図１０に示すように分極反転構造部９が形成されたＬＮ
−Ｘ基板５と該ＬＮ−Ｘ基板５に形成されたプロトン交
換光導波路４とをクラッド層１０で覆った構造にしても
よい。このクラッド層１０は、例えばＳｉＯ₂等によっ
て１〜２μｍの厚さに被着形成され、その屈折率は上記
ＬＮ−Ｘ基板５及び上記プロトン交換光導波路４の屈折
率より低い。したがって、このクロッド層１０は上記プ
ロトン交換光導波路４を保護すると共にその屈折率によ
り、上記プロトン交換光導波路４内の基本波レーザ光の
パワー密度を上げる。

【００４６】そして、図１１に示すように上記固着手段
であるＬ字状固着部材７の一面を上記ヒートシンク３に
対峙させ、他面を上記クラッド層１０が被着形成された
ＬＮ−Ｘ波長変換素子６に対峙されるように上記ヒート
シンク３と上記ＬＮ−Ｘ波長変換素子６とを固着支持す
ればよい。

【００４７】次に、本発明に係るレーザ光発生装置の第
２の実施例の概略構成を図１２に示す。図１２におい
て、この第２の実施例は、電極部３２に接した放熱手段
であるＣｕ等で出来たヒートシンク３３の表面端部に配
されシングルモードの基本波レーザ光を発生する半導体
レーザチップ３１と、この半導体レーザチップ３１から
のシングルモードの基本波レーザ光が入射されるプロト
ン交換光導波路３４が分極反転構造部３８を有する例え
ばＬｉＮｂＯ₃のＺ基板（以下ＬＮ−Ｚ基板という）３
５上に形成された波長変換素子（以下ＬＮ−Ｚ波長変換
素子という）３６と、上記プロトン交換光導波路３４を
上記半導体レーザチップ３１の端面に近接した状態で上
記ヒートシンク３３と上記ＬＮ−Ｚ波長変換素子３６と
を支持固着する固着手段である断面Ｌ字状の固着部材３
７及び図示しない接着剤とを有してなる。

【００４８】上記ＬＮ−Ｚ波長変換素子３６の構成例を
図１３に示す。上記ＬＮ−Ｚ波長変換素子３６は、ＬＮ
−Ｚ基板３５上に周期分極反転構造３８を作製し、該Ｌ
Ｎ−Ｚ基板３５上にピロ燐酸（Ｈ₄Ｐ₂Ｏ₇）等による
プロトン交換法等によりプロトン交換光導波路３４を形
成している。上記周期分極反転構造部３８は、単一分極
化された強誘電体結晶であるＬＮ−Ｚ基板３５に対し、
加速電圧を１５ｋＶ以上として、上記ＬＮ−Ｚ基板３５
の最終的に得る周期分極反転構造部３８のパターンに対
応するパターンに局部的に照射して分極反転を形成する
ものである。このように、上記ＬＮ−Ｚ波長変換素子３
６は一軸性結晶の主面に直交する面であるＬＮ−Ｚ基板
３５上に分極反転構造３８及びプロトン交換光導波路３
４を形成しており、ＴＭモードの光を導波する。また、
このプロトン交換光導波路３４には、非線形光学効果を
回復させるためにアニールが施されている。

【００４９】ここで、上記ＬＮ−Ｚ基板３５に形成され
たプロトン交換光導波路３４は、結晶の光学軸に直交す
る成分の屈折率が増すことから、図１４に示すような上
記ＬＮ−Ｚ基板３５の結晶の光学軸に直交する電界方向
（図１４にて導波できる光の電界方向として矢印で示
す）を持つ光のみを伝搬する。

【００５０】また、上記ヒートシンク３３上の表面端部
に配された上記半導体レーザチップ３１は、一般的に図
１５に矢印で示すような電界成分を持つ光（出射光束
Ｌ）を発光する。

【００５１】つまり、本第２の実施例のレーザ光発生装
置は、上記ＬＮ−Ｚ基板３５と上記半導体レーザ素子３
１の成膜面とを直交する位置関係とし、上記プロトン交
換光導波路３４を上記半導体レーザ素子３１の端面に近
接するように上記固着手段であるＬ字状固着部材３７及
び図示しない接着剤により、上記ヒートシンク３３と上
記ＬＮ−Ｚ波長変換素子３６とを固着支持することによ
り、上記半導体レーザ素子３１から発光された基本波レ
ーザ光を上記プロトン交換光導波路３４に伝搬できる。

【００５２】上記固着手段である断面Ｌ字状固着部材３
７の材質は、上記第１の実施例と同様に接着強度が確保
できるものであればよいが、上記ＬＮ−Ｚ波長変換素子
３６が温度に敏感である等の条件が加わる場合には、例
えば、ポリカーボネート等のように熱伝導率が低く、し
かも接着強度の高いものが要求される。そして、その一
面を上記ヒートシンク３３に対峙させ、その一面に直交
する他面を上記ＬＮ−Ｚ波長変換素子３６に対峙させ
て、上記ヒートシンク３３と上記ＬＮ−Ｚ波長変換素子
３６とを固着支持する。

【００５３】以上のように、上記Ｌ字状固着部材３７を
用いて、上記半導体レーザチップ３１と上記ＬＮ−Ｚ波
長変換素子３６とを一体化すると、接着面積が広くでき
るので、接着強度が増し、耐久性の向上が得られる。ま
た、接着剤に硬化時の収縮が存在しても、位置ずれが少
なくなる。

【００５４】また、本第２の実施例は、上述した第１の
実施例と同様の手順により、光源である半導体レーザチ
ップ３１とＬＮ−Ｚ波長変換素子３６とが一体化されて
なるため、フリーラン状態の波長スペクトルと同様の波
長スペクトルを得られる。つまり、半導体レーザチップ
３１に対するプロトン交換光導波路３４の固定に、上記
図１２に示すようにＬ字状固着部材３７を用いるので、
シングルモードの半導体レーザは、フリーラン状態とほ
ぼ同様の発振状態となる。

【００５５】また、この第２の実施例によれば、上記第
１の実施例と同様にシングルモードの半導体レーザはフ
リーラン状態とほぼ同様の発振状態を得られるので、プ
ロトン交換光導波路３４と半導体レーザチップ３１のマ
ッチングを行った後にそのマッチングを狂わせる危険性
が大幅に減少できる。

【００５６】また、この第２の実施例においても、上記
ＬＮ−Ｚ波長変換素子３６は、図１６に示すように分極
反転構造部３８が形成されたＬＮ−Ｚ基板３５と該ＬＮ
−Ｚ基板３５に形成されたプロトン交換光導波路３４と
をクラッド層４０で覆った構造にしてもよい。

【００５７】なお、本発明に係るレーザ光派生装置は、
上記実施例にのみ限定されるものではなく、上記第１の
実施例及び第２の実施例では、固着手段としてＬ字状固
着部材７及び３７を用いたが、その形状は、基本波レー
ザ光が光導波路に多く導波する場合でのヒートシンク側
の接着面と波長変換素子側の接着面とのなす角度が９０
°であれば、どのような形状でもよい。ただし、この場
合、装置の小型化を損なわない範囲であることが条件と
なる。

【００５８】さらに、上記第１の実施例及び第２の実施
例では、半導体レーザチップ１及び３１をシングルモー
ドで発振させたが、マルチモードで発振させてもよい。

【００５９】

【発明の効果】本発明に係るレーザ光発生装置は、分極
反転構造を有するＬｉＮｂ_xＴａ_(1-x ₎Ｏ₃（０≦ｘ≦
１）にプロトン交換光導波路を形成してなる波長変換素
子と、上記プロトン交換光導波路に入射される基本波を
発生する半導体レーザ素子と、上記半導体レーザ素子を
表面端部に配し、上記半導体レーザ素子が基本波を発生
する際の熱を放熱する放熱手段と、上記波長変換素子の
プロトン交換光導波路が上記半導体レーザ素子の端面に
近接するように上記放熱手段と上記波長変換素子とを固
着支持する固着手段とを有し、基本波を短波長化したレ
ーザ光を発生するので、特にレンズを用いることがな
く、部品点数を減らせ、位置決めを行う回数を１回と
し、光の損失が少ない状態で基本波レーザ光（半導体レ
ーザ光）をプロトン交換光導波路に導波させることがで
きる。

【００６０】また、プロトン交換光導波路の端面をある
程度半導体レーザ素子の端面に近づければ、該プロトン
交換光導波路端面にＡＲコーティングを施さなくても半
導体レーザ素子をシングルモード状態で発振でき、この
シングルモード状態の基本波レーザ光をプロトン交換光
導波路に導波させることができる。また、プロトン交換
光導波端面にＡＲコーティングを施す場合においても、
その精度を緩められる。

【００６１】また、放熱手段であるヒートシンクの表面
端部に半導体レーザ素子を配し、該ヒートシンクと波長
変換素子とをＬ字状固着部材で固着するので、半導体レ
ーザ素子と光導波路とを近接した状態で固定でき、デバ
イスの小型化が可能となる。

【００６２】また、シングルモードの半導体レーザ光を
プロトン交換光導波路に導波させる場合、プロトン交換
光導波路を半導体レーザ素子の端面に対してしっかりと
固定できるので半導体レーザ素子の発振波長の変動を抑
え、フリーラン状態とほぼ同様の安定した発振状態が得
られる。

【００６３】さらに、半導体レーザ素子とプロトン交換
光導波路とのマッチングが容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザ光発生装置の第１の実施例
の概略構成を示す断面図である。

【図２】第１の実施例に用いられるＬＮ−Ｘ波長変換素
子の構造を示す図である。

【図３】第１の実施例に用いられるプロトン交換光導波
路の電界方向を説明するための図である。

【図４】第１の実施例に用いられる半導体レーザ素子の
電界方向を説明するための図である。

【図５】半導体レーザ素子に波長変換素子を近づける実
験の状態を示す図である。

【図６】図５の結果を示す特性図である。

【図７】フリーラン状態の波長スペクトル図である。

【図８】一体化工程終了後の導波光の波長スペクトル図
である。

【図９】一体化工程の途中における導波光の波長スペク
トル図である。

【図１０】他のＬＮ−Ｘ波長変換素子の構造を示す図で
ある。

【図１１】図１０に示したＬＮ−Ｘ波長変換素子を用い
たレーザ光発生装置の断面図である。

【図１２】第２の実施例の概略構成を示す斜視図であ
る。

【図１３】第２の実施例に用いられるＬＮ−Ｚ波長変換
素子の構造を示す図である。

【図１４】第２の実施例に用いられるプロトン交換光導
波路の電界方向を説明するための図である。

【図１５】第２の実施例に用いられる半導体レーザ素子
の電界方向を説明するための図である。

【図１６】他のＬＮ−Ｚ波長変換素子の構造を示す図で
ある。

【符号の説明】

１・・・・・半導体レーザチップ３・・・・・ヒートシンク４・・・・・プロトン光導波路５・・・・・ＬＮ−Ｘ基板６・・・・・ＬＮ−Ｘ波長変換素子７・・・・・Ｌ字状固着部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】分極反転構造を有するＬｉＮｂ_xＴａ
_(1-x)Ｏ₃（０≦ｘ≦１）にプロトン交換光導波路を形
成してなる波長変換素子と、上記プロトン交換光導波路に入射される基本波を発生す
る半導体レーザ素子と、上記半導体レーザ素子を表面端部に配し、上記半導体レ
ーザ素子が基本波を発生する際の熱を放熱する放熱手段
と、上記波長変換素子のプロトン交換光導波路が上記半導体
レーザ素子の端面に近接するように上記放熱手段と上記
波長変換素子とを固着支持する固着手段とを有し、基本
波を短波長化したレーザ光を発生することを特徴とする
レーザ光発生装置。
【請求項２】上記波長変換素子はＴＥモードの光を導
波することを特徴とする請求項１記載のレーザ光発生装
置。
【請求項３】上記波長変換素子はＴＭモードの光を導
波することを特徴とする請求項１記載のレーザ光発生装
置。