JPH0769555B2

JPH0769555B2 - 光波長変換器

Info

Publication number: JPH0769555B2
Application number: JP18045187A
Authority: JP
Inventors: 義尚武富; 哲夫谷内
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-07-20
Filing date: 1987-07-20
Publication date: 1995-07-31
Anticipated expiration: 2010-07-31
Also published as: JPS6423235A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、レーザ光源用の波長変換器に関するものであ
る。これは光メモリ装置、レーザプリンタに代表される
光情報処理装置、あるいはレーザテレビに代表されるデ
ィスプレイ装置等の短波長光源要素として、極めて利用
範囲の広いものである。特に、半導体レーザに適用した
際には青色光を発生し、これはブルーレーザとして期待
が大きい。

従来の技術非線形光学効果を応用する光波長変換器として、第４図
に示すような素子構成が既に提案されている。これは、
ニオブ酸リチウム単結晶（LiNbO3）基板51の表面にイオ
ン交換法で光導波路52を形成したもので、その実装構成
例を第５図に示した。これは、半導体レーザ53の光をレ
ンズ系54で絞り込み、これを導波路52の端面55に基本波
56として入射させることによって基板中に第二高調波57
を発生させるものである。

発明が解決しようとする問題点このような従来例の構成では、光導波路52が基板51の表
面に形成されているため、基板側にのみ第二高調波が発
生し、出射面58を出たあとのビーム断面形状は、例えば
第６図（ａ）、（ｂ）に示すような形をしていた。

さらに詳細に述べると、この従来例に代表される光波長
変換器では導波路全長にわたって第二高調波が発生する
ため、この導波路は線状の光源として働く。従って、こ
れより発生する光ビームは、導波路断面の輪郭に垂直な
方向に関しては平行であるが、その他の方向に関しては
広がるという特異な性質を持つ。このビーム断面形状は
導波路断面形状に強く依存し、第６図（ａ），（ｃ）に
示される断面形状を有する光ビームは、たとえば同図
（ｂ），（ｄ）の様な断面を持つ導波路によって形成さ
れる。また、これらの光ビームは進行するにつれて、よ
り細長いベルト状、あるいはリングの一部を切り取った
ような形状へと形を変えていく。

ここで応用分野の現状を考えると、一般に光応用機器で
は円形の光ビームが用いられている。これは、光密度が
中央部に集中しているため効率が良く、かつ回転軸対象
であるため取扱いが容易であるという理由による。特に
光メモリ装置では、その特性上、円形の微小スポットの
形成が必要不可欠であるため、楕円型の発光分布を持つ
半導体ビームの光を、いくつかの光学手段によって円形
ビームに変換した後、これをレンズで絞って回折限界の
円形スポットを得る等の工夫がなされている。

さて、こうした光応用機器からの要請をふまえ、この光
波長変換器による光源部の構成を想定してみると、この
特異な光ビーム形状は、利用効率の向上、コリメーショ
ン光学系の構成、収差補正といった課題の解決を極めて
困難にすることがわかる。また、いかなる導波路形状で
も円形ビームを得ることができず、このような光波長変
換器は光源部の要素として適しているとはいえない。

問題点を解決するための手段このような問題点を解決するため、本発明では、ニオブ
酸リチウム単結晶の内部に埋め込み型導波路を形成する
ことによって光波長変換器を構成した。即ち、一方の端
面から導波路に基本波を入射させ、この全周にわたって
第二高調波を放射させることを特徴とするものである。

作用本発明によれば、導波路の全周にわたって第二高調波が
発生するため、軸対称の光ビームが得られる。さらに、
導波路形状を適切に選択することにより、ほぼ円形のビ
ームが得られる。この軸対称ビーム、及び円形ビーム
は、前述の様に光学系構成上極めて取扱いが容易であ
り、光応用機器の短波長光源要素として極めて有用であ
る。

実施例以下図面に従い、本発明の実施例について詳細に説明す
る。尚、図面中の同一要素については同一の番号によっ
て表記した。

本発明の一つの実施例を第１図に示す。光波長変換器１
は、ニオブ酸リチウム単結晶２の内部に、埋め込み型の
導波路３を設けることによって構成されている。

こうした構成は例えば表面に導波路を設けたニオブ酸リ
チウム単結晶と他のニオブ酸リチウム単結晶とを接合す
る等の手法によって容易に実現できる。

基本波となる半導体レーザ４の光はレンズ系５によって
集光され、第１の端面６から導波路３に入射する。これ
が、導波路３を伝ぱんする際、位相整合条件を満たす角
度θの方向に、非線形光学効果による第二高調波７が発
生する。この第二高調波７は前記基本波の半分の波長を
有し、導波路３の全長、かつ全周にわたって放射され
る。従って、導波路３は短波長の線状光源とみなすこと
ができ、この断面形状を円形に選んだ場合、円錐状の第
二高調波が発生する。光波長変換器１の第２の断面８
は、前記角度θを補正すべく円錐状に加工されており、
これを出射した第二高調波７は、ほぼ一様な光強度分布
をもつ円形ビームとなる。これは前述のように、光関連
機器への応用に際し取扱いが容易で、かつ利用効率も良
好な最適ビームである。

また、第２図は本発明のもう一つの実施例であるが、全
樹の実施例と異なる点は、第２の端面９にて放射角度を
補正する円錐加工がなされていないことである。この様
な構成であっても、得られる光ビームの特性は良好で、
本発明の工業的価値を何ら低めるものではない。すなわ
ち、平面である第２の端面９を出た後の光ビームは放射
状となっているが、近接して配置した集光レンズ10によ
って平行なリング状光ビーム11への変換が可能である。
これも円形光ビームと同様に軸対象であるため、取扱い
が容易である。例えば、光メモリ装置への応用として、
絞りレンズ12によりこのリング状光ビーム11を絞る場合
を考えると、形成される微小な光スポット13は円形光ビ
ームの場合と同様に、円形の極めて良好な光スポットと
なる。

尚、第１の端面６、及び第２の端面８、９にはそれぞれ
基本波、及び第二高調波に適した反射防止膜を施すこと
が望ましいのは言うまでもない。また、導波路内の基本
波が全て第二高調波に変換されるわけではないので、第
２の端面側の導波路端面には、変換されなかった基本波
の成分が伝達されてくる。これを局部的な吸収手段、あ
るいは散乱手段にて処理し、第二高調波の出力に漏れ混
まないようにすることが好ましい。もしくは、この基本
波を積極的に利用することも可能である。再び、光メモ
リ装置への応用を考えると、情報の書き込みや読み取り
には短波長である第二高調波が適しているが、これを位
置制御するための検出光として、あるいは情報の消去光
として、この基本波が利用できる。

さて、さらに次のような手段を講じることによって第二
高調波の出力を高め、同時にビーム径を拡大することも
できる。第３図に実施例を示し、説明を加える。

光波長変換器１の第１の端面６には、基本波を透過し、
第二高調波を反射する２波長分離手段14が設けられてい
る。また、第２の端面には、基本波を反射し、第二高調
波を透過する第２の２波長分離手段15が設けられてい
る。第１の２波長分離手段を透過して、第１の端面から
入射する基本波が導波路３を伝ぱんする途中（往復）
で、非線形光学効果による第二高調波７が発生すること
は前にも述べた通りである。さて、第２の端面に到達し
た基本波は、第２の波長分離手段15によって反射され、
再び導波路を逆向きに伝ぱんするが（復路）、この過程
においても同様の原理で第二高調波７′が発生する。こ
の第二高調波７′は、第１の端面６で第１の波長分離手
段14によって反射され、第２の端面８に向かう。このよ
うに、往路と復路で発生した第二高調波７、及び７′
は、第２の端面８で出会い、１つのビームとして出射す
る。その結果、第二高調波の全光量が増大し、同時にそ
のビーム径が拡大される。これが機器への応用に際し極
めて有用であることは言うまでもない。導波路の損失、
及び光波長変換に伴うエネルギー損失のために、往路に
比べて復路の方が第二高調波の出力は低くなるが、その
光強度分布、及び波面は軸対象となり、これまで述べて
きたようにその特性は良好である。尚、復路を伝ぱんし
てきた基本波が再びレンズ系５を通じて半導体レーザ４
の発光点に帰還することを避けるために、レンズ系５の
一部にビームスプリッタ16を設ける等の適切な処置を施
すことが好ましい。

発明の効果以上述べてきたように、本発明によれば導波路の全周に
わたって第二高調波が発生するため、軸対称、さらに円
形の良好な光ビームが形成できる。これは、光関連機器
への適用上大変有用であり、極めて工業的価値の高いも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例における光波長変換器原理
図、第２図は、本発明の他の実施例における光波長変換
器の原理図、第３図は、本発明のさらに他の実施例にお
ける光波長変換器の原理図、第４図は、従来例の光波長
変換器の外観図、第５図は、同原理図、第６図は、従来
例の光波長変換器によるビーム形状と導波路断面形状の
関係図である。１……光波長変換器、２……ニオブ酸リチウム単結晶、
３……導波路、４……半導体レーザ、５……レンズ系、
６……第１の端面、７……第二高調波、８……第２の端
面、14……第１の二波長分離手段、15……第２の二波長
分離手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ニオブ酸リチウム単結晶の内部に形成され
た埋め込み型導波路に、第１の端面から基本波を入射
し、この基本波の第二高調波を前記導波路の全周にわた
って放射させ、第２の端面から前記第二高調波を得るこ
とを特徴とする光波長変換器。
【請求項２】表面に導波路が形成されたニオブ酸リチウ
ム単結晶を複数個接合することにより埋め込み型導波路
を構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の光波長変換器。
【請求項３】表面に導波路が形成されたニオブ酸リチウ
ム単結晶と他のニオブ酸リチウム単結晶を接合すること
により埋め込み型導波路を構成したことを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の光波長変換器。
【請求項４】基本波を透過し、この基本波の第二高調波
を反射する手段を第１の端面に設け、前記基本波を反射
し、前記第二高調波を透過する手段を第２の端面に設け
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光波長
変換器。
【請求項５】埋め込み型導波路の断面形状を円形とした
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光波長変
換器。
【請求項６】第２の端面を円錐状としたことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の光波長変換器。