JP2000356794A - レーザ光源およびレーザ光源の製造方法 - Google Patents
レーザ光源およびレーザ光源の製造方法Info
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- JP2000356794A JP2000356794A JP11167895A JP16789599A JP2000356794A JP 2000356794 A JP2000356794 A JP 2000356794A JP 11167895 A JP11167895 A JP 11167895A JP 16789599 A JP16789599 A JP 16789599A JP 2000356794 A JP2000356794 A JP 2000356794A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＳＨＧ光源の小型化、省電力化、コストダウ
ンのためにペルチエ素子などを用いたＳＨＧ光源の温度
制御を不要にする必要がある。 【解決手段】 波長変換素子１、２、３の温度変化に対
する位相整合波長変化の割合を、プロトン交換時間また
は熱拡散処理時間により制御する。もしくは半導体レー
ザの温度変化に対する発振波長変化の割合をＤＢＲ部の
材質を変えることによって変化させることによって、半
導体レーザの温度変化に対する発振波長の変化の割合
と、波長変換素子の温度変化に対する位相整合波長の変
化の割合を近づけ、広い温度範囲で安定な２次高調波光
をえることができる。
ンのためにペルチエ素子などを用いたＳＨＧ光源の温度
制御を不要にする必要がある。 【解決手段】 波長変換素子１、２、３の温度変化に対
する位相整合波長変化の割合を、プロトン交換時間また
は熱拡散処理時間により制御する。もしくは半導体レー
ザの温度変化に対する発振波長変化の割合をＤＢＲ部の
材質を変えることによって変化させることによって、半
導体レーザの温度変化に対する発振波長の変化の割合
と、波長変換素子の温度変化に対する位相整合波長の変
化の割合を近づけ、広い温度範囲で安定な２次高調波光
をえることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザと非線
形光学結晶を用いたレーザ光源に関するものである。
形光学結晶を用いたレーザ光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】波長７８０ｎｍ帯の近赤外半導体レーザ
や波長６５０ｎｍの赤色半導体レーザを用いた光ディス
クシステムの開発が活発である。光ディスクの高密度化
を実現するためには、小さなスポット形状を再生するこ
とが望まれる。そのためには、集光レンズの高ＮＡ（開
口数）化や光源の短波長化が必要となる。短波長化技術
として、近赤外半導体レーザーと擬似位相整合（Quasi
Phase Matched : 以下、ＱＰＭと記す。）方式の分極反
転型導波路（山本他、Optics Letters Vol.16, No.15,
1156 (1991)）デバイスを用いた第２高調波発生（Seco
ndwave HarmonicGenerator : 以下、ＳＨＧと記す）が
ある。
や波長６５０ｎｍの赤色半導体レーザを用いた光ディス
クシステムの開発が活発である。光ディスクの高密度化
を実現するためには、小さなスポット形状を再生するこ
とが望まれる。そのためには、集光レンズの高ＮＡ（開
口数）化や光源の短波長化が必要となる。短波長化技術
として、近赤外半導体レーザーと擬似位相整合（Quasi
Phase Matched : 以下、ＱＰＭと記す。）方式の分極反
転型導波路（山本他、Optics Letters Vol.16, No.15,
1156 (1991)）デバイスを用いた第２高調波発生（Seco
ndwave HarmonicGenerator : 以下、ＳＨＧと記す）が
ある。
【０００３】分極反転型導波路デバイスを用いたＳＨＧ
光源の概略構成図を図１２に示す。概略構成図におい
て、５は８５０ｎｍ帯の１００ｍＷ級ＡｌＧａＡｓ系Ｄ
ＢＲ（分布ブラッグ反射型：Distributed Bragg Reflec
tor）半導体レーザー、６はＮ．Ａ．＝０．５のコリメ
ートレンズ、７はＮ．Ａ．＝０．３９のフォーカスレン
ズである。ＤＢＲ半導体レーザ５には、発振波長を固定
するためのＤＢＲ部および、ＤＢＲ部内には発振波長を
可変するための内部ヒータが形成されている。波長変換
素子である分極反転型導波路デバイスは、ＭｇＯを注入
されたＬｉＮｂＯ 3基板（図示せず。以下ＭｇＯ:ＬｉＮ
ｂＯ3とする）に形成された導波路９と周期的な分極反
転領域１０より構成されている。コリメートレンズ６で
平行になったレーザー光は、フォーカスレンズ７で分極
反転型導波路デバイスの導波路９の端面に集光され、分
極反転領域１０をもつ導波路９を伝搬し、導波路９の出
射端面より高調波と変換されなかった基本波が出射され
る。分極反転型導波路デバイスは、高効率に波長変換が
行われる位相整合波長許容幅が０．１ｎｍ程度と小さ
い。そのため、ＤＢＲ半導体レーザ５のＤＢＲ部への注
入電流量を制御し、発振波長を分極反転型導波路デバイ
スの位相整合波長許容度内に固定する。また、ＳＨＧ光
源の温度を一定に保つためにペルチエ素子１１を用いて
いる。導波路９内への入射光強度７０ｍＷに対し、波長
４２５ｎｍのブルー光が１５ｍＷ程度得られている。
光源の概略構成図を図１２に示す。概略構成図におい
て、５は８５０ｎｍ帯の１００ｍＷ級ＡｌＧａＡｓ系Ｄ
ＢＲ（分布ブラッグ反射型：Distributed Bragg Reflec
tor）半導体レーザー、６はＮ．Ａ．＝０．５のコリメ
ートレンズ、７はＮ．Ａ．＝０．３９のフォーカスレン
ズである。ＤＢＲ半導体レーザ５には、発振波長を固定
するためのＤＢＲ部および、ＤＢＲ部内には発振波長を
可変するための内部ヒータが形成されている。波長変換
素子である分極反転型導波路デバイスは、ＭｇＯを注入
されたＬｉＮｂＯ 3基板（図示せず。以下ＭｇＯ:ＬｉＮ
ｂＯ3とする）に形成された導波路９と周期的な分極反
転領域１０より構成されている。コリメートレンズ６で
平行になったレーザー光は、フォーカスレンズ７で分極
反転型導波路デバイスの導波路９の端面に集光され、分
極反転領域１０をもつ導波路９を伝搬し、導波路９の出
射端面より高調波と変換されなかった基本波が出射され
る。分極反転型導波路デバイスは、高効率に波長変換が
行われる位相整合波長許容幅が０．１ｎｍ程度と小さ
い。そのため、ＤＢＲ半導体レーザ５のＤＢＲ部への注
入電流量を制御し、発振波長を分極反転型導波路デバイ
スの位相整合波長許容度内に固定する。また、ＳＨＧ光
源の温度を一定に保つためにペルチエ素子１１を用いて
いる。導波路９内への入射光強度７０ｍＷに対し、波長
４２５ｎｍのブルー光が１５ｍＷ程度得られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】光ディスクシステムの
記録再生用光源として、レーザ光源には−２０〜８０℃
での安定出力が求められている。従来のＳＨＧ光源にお
いては、環境温度の変化によって波長変換素子の位相整
合波長、半導体レーザの発振波長がともに変化し、それ
ぞれの変化の割合が異なることから波長変換された青色
光の出力変動が生じていた。そのため、ペルチエ素子を
用いて光源の温度を一定に保つ必要があった。
記録再生用光源として、レーザ光源には−２０〜８０℃
での安定出力が求められている。従来のＳＨＧ光源にお
いては、環境温度の変化によって波長変換素子の位相整
合波長、半導体レーザの発振波長がともに変化し、それ
ぞれの変化の割合が異なることから波長変換された青色
光の出力変動が生じていた。そのため、ペルチエ素子を
用いて光源の温度を一定に保つ必要があった。
【０００５】しかしながら、ペルチエ素子を用いること
によってＳＨＧ光源の小型化は非常に困難となる。ま
た、ペルチエ素子を用いることによって消費電力も大き
くなり、ペルチエ素子を制御する回路も必要となってく
る。ペルチエ素子を用いる際には数Ｗの電力を消費して
しまう。このことはＳＨＧ光源をノートパソコンなどの
ポータブル装置へ搭載する際に非常に大きな問題とな
り、さらにはＳＨＧ光源のコストも当然高くなってしま
うという課題があった。
によってＳＨＧ光源の小型化は非常に困難となる。ま
た、ペルチエ素子を用いることによって消費電力も大き
くなり、ペルチエ素子を制御する回路も必要となってく
る。ペルチエ素子を用いる際には数Ｗの電力を消費して
しまう。このことはＳＨＧ光源をノートパソコンなどの
ポータブル装置へ搭載する際に非常に大きな問題とな
り、さらにはＳＨＧ光源のコストも当然高くなってしま
うという課題があった。
【０００６】本発明は以上示したＳＨＧ光源の課題を克
服し、ＳＨＧ光源の温度変化に対する出力安定化を実現
するものである。
服し、ＳＨＧ光源の温度変化に対する出力安定化を実現
するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明のレーザ光源は、半導体レーザの温度変化に対す
る発振波長の変化の割合（以下ΔλLD／ΔＴとする）
と、波長変換素子の温度変化に対する位相整合波長の変
化の割合（以下ΔλQPM／ΔＴとする）を近づけたこと
を特徴とする。
本発明のレーザ光源は、半導体レーザの温度変化に対す
る発振波長の変化の割合（以下ΔλLD／ΔＴとする）
と、波長変換素子の温度変化に対する位相整合波長の変
化の割合（以下ΔλQPM／ΔＴとする）を近づけたこと
を特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。
て図面を参照しながら説明する。
【０００９】図１は、擬似位相整合方式を用いた波長変
換素子の構成図である。導波路１はイオン交換法によっ
て形成される。具体的には、基板となる非線形材料２を
高温にし、外部から別のイオンを非線形材料２の内部へ
拡散させ、非線形材料中のイオンとの交換を行い表面屈
折率変化Δｎを生じさせることによって光を閉じこめる
ことが可能となる。例として、ＬｉＮｂＯ3においては
Ｌｉ+が別のイオンに置き換えられる。Ｌｉ+と交換する
イオンとしてはＴｌ+、Ａｇ+、Ｈ+などがある。これら
のイオンの中で、Ｈ+との交換を行うことをプロトン交
換という。プロトン交換による導波路の形成は、表面屈
折率変化Δｎが大きく、耐光損傷性に優れており、導波
路の作製条件の制御も容易であるという利点がある。本
実施の形態では非線形材料２として、耐光損傷性に優れ
たＭｇをドーピングされたＬｉＮｂＯ3基板（ＭｇＯ:Ｌ
ｉＮｂＯ3)を用い、約２００℃に熱したピロリン酸中に
浸しプロトン交換を行い導波路１を形成した。プロトン
交換後熱拡散処理を行い導波路１を拡張する。プロトン
交換直後は、プロトンは十分結晶内に拡散されておらず
伝搬ロスが大きく、経時変化が起こりやすい。熱拡散処
理によって導波路１の伝搬ロスは１ｄＢ／ｃｍ以下へ低
減され、経時変化も起こりにくくなる。この意味で熱拡
散処理は効果がある。その後素子の端面を光学研磨した
後、無反射コートを蒸着し完成する。さらに、電界印加
法により周期的分極反領域３が形成され第２高調波（Ｓ
ＨＧ）が発生するようになっている。
換素子の構成図である。導波路１はイオン交換法によっ
て形成される。具体的には、基板となる非線形材料２を
高温にし、外部から別のイオンを非線形材料２の内部へ
拡散させ、非線形材料中のイオンとの交換を行い表面屈
折率変化Δｎを生じさせることによって光を閉じこめる
ことが可能となる。例として、ＬｉＮｂＯ3においては
Ｌｉ+が別のイオンに置き換えられる。Ｌｉ+と交換する
イオンとしてはＴｌ+、Ａｇ+、Ｈ+などがある。これら
のイオンの中で、Ｈ+との交換を行うことをプロトン交
換という。プロトン交換による導波路の形成は、表面屈
折率変化Δｎが大きく、耐光損傷性に優れており、導波
路の作製条件の制御も容易であるという利点がある。本
実施の形態では非線形材料２として、耐光損傷性に優れ
たＭｇをドーピングされたＬｉＮｂＯ3基板（ＭｇＯ:Ｌ
ｉＮｂＯ3)を用い、約２００℃に熱したピロリン酸中に
浸しプロトン交換を行い導波路１を形成した。プロトン
交換後熱拡散処理を行い導波路１を拡張する。プロトン
交換直後は、プロトンは十分結晶内に拡散されておらず
伝搬ロスが大きく、経時変化が起こりやすい。熱拡散処
理によって導波路１の伝搬ロスは１ｄＢ／ｃｍ以下へ低
減され、経時変化も起こりにくくなる。この意味で熱拡
散処理は効果がある。その後素子の端面を光学研磨した
後、無反射コートを蒸着し完成する。さらに、電界印加
法により周期的分極反領域３が形成され第２高調波（Ｓ
ＨＧ）が発生するようになっている。
【００１０】本実施の形態では、まずプロトン交換時間
５分、熱拡散処理２００分（３３０℃）で波長変換素子
を作製した。波長変換素子ができあがったところで、位
相整合波長の温度特性ΔλQPM／ΔＴを測定したところ
波長変換素子の温度特性ΔλQ PM／ΔＴ＝０．０６３ｎ
ｍ／℃が求められた。
５分、熱拡散処理２００分（３３０℃）で波長変換素子
を作製した。波長変換素子ができあがったところで、位
相整合波長の温度特性ΔλQPM／ΔＴを測定したところ
波長変換素子の温度特性ΔλQ PM／ΔＴ＝０．０６３ｎ
ｍ／℃が求められた。
【００１１】また、半導体レーザの発振波長の温度特性
ΔλLD／ΔＴを半導体レーザの温度を変化させながら光
スペクトラムアナライザを用いて測定したところΔλLD
／ΔＴ＝０．０８ｎｍ／℃が求められた。
ΔλLD／ΔＴを半導体レーザの温度を変化させながら光
スペクトラムアナライザを用いて測定したところΔλLD
／ΔＴ＝０．０８ｎｍ／℃が求められた。
【００１２】半導体レーザの温度変化に対する発振波長
の変化の割合（ΔλLD／ΔＴ）と、波長変換素子の温度
変化に対する位相整合波長の変化の割合（ΔλQPM／Δ
Ｔ）が異なることによって、レーザ光源の温度が変化し
た際に、半導体レーザの発振波長と波長変換素子の位相
整合波長にずれが生じてしまい、ＳＨＧ光源の出力に変
動が生じてしまう。
の変化の割合（ΔλLD／ΔＴ）と、波長変換素子の温度
変化に対する位相整合波長の変化の割合（ΔλQPM／Δ
Ｔ）が異なることによって、レーザ光源の温度が変化し
た際に、半導体レーザの発振波長と波長変換素子の位相
整合波長にずれが生じてしまい、ＳＨＧ光源の出力に変
動が生じてしまう。
【００１３】半導体レーザの温度特性ΔλLD／ΔＴ＝
０．０８ｎｍ／℃、波長変換素子の温度特性がΔλQPM
／ΔＴ＝０．０６３ｎｍ／℃であったのでその差Δλ／
ΔＴ＝０．０１７ｎｍ／℃となる。
０．０８ｎｍ／℃、波長変換素子の温度特性がΔλQPM
／ΔＴ＝０．０６３ｎｍ／℃であったのでその差Δλ／
ΔＴ＝０．０１７ｎｍ／℃となる。
【００１４】λ／ΔＴが0で無い場合、ＳＨＧ光源の温
度が変化した際に波長変換された青色光の出力は図２の
ように温度変化とともに小さくなる。
度が変化した際に波長変換された青色光の出力は図２の
ように温度変化とともに小さくなる。
【００１５】そこで、波長変換素子の作製条件を変化さ
せてみた。具体的には熱拡散処理時間を変化させ、Δλ
QPM／ΔＴを測定したところ図３のような特性が得られ
た。得られた値は熱拡散処理時間６０分でΔλQPM／Δ
Ｔ＝０．０８７ｎｍ／℃、９０分で０．０８、１５０分
で０．０６６であった。
せてみた。具体的には熱拡散処理時間を変化させ、Δλ
QPM／ΔＴを測定したところ図３のような特性が得られ
た。得られた値は熱拡散処理時間６０分でΔλQPM／Δ
Ｔ＝０．０８７ｎｍ／℃、９０分で０．０８、１５０分
で０．０６６であった。
【００１６】本実施の形態では熱拡散処理を３３０℃の
雰囲気中で行った。ここで、熱拡散処理は２００℃〜４
００℃の範囲で行うのがよい。熱拡散処理を２００℃以
下で行うと拡散するための時間を非常に費やすため量産
には向かなくなる。また、４００℃以上で行うと拡散が
あまりにも早く進行するため、導波路条件を制御するこ
とが困難となり、導波路の特性にばらつきが生じてしま
う。熱拡散処理時間を調節することでΔλQPM／ΔＴを
変化させることができたが、図４の様にプロトン交換時
間を変化させることでもΔλQPM／ΔＴの値を変化させ
ることが可能である。図４の特性は熱拡散処理時間を９
０分（３３０℃）としたときの特性である。
雰囲気中で行った。ここで、熱拡散処理は２００℃〜４
００℃の範囲で行うのがよい。熱拡散処理を２００℃以
下で行うと拡散するための時間を非常に費やすため量産
には向かなくなる。また、４００℃以上で行うと拡散が
あまりにも早く進行するため、導波路条件を制御するこ
とが困難となり、導波路の特性にばらつきが生じてしま
う。熱拡散処理時間を調節することでΔλQPM／ΔＴを
変化させることができたが、図４の様にプロトン交換時
間を変化させることでもΔλQPM／ΔＴの値を変化させ
ることが可能である。図４の特性は熱拡散処理時間を９
０分（３３０℃）としたときの特性である。
【００１７】これより半導体レーザと波長変換素子から
構成されるＳＨＧ光源において、温度変化に対する波長
変換素子の位相整合波長の変化の割合（ΔλQPM／Δ
Ｔ）を変化させることができることを見いだした。
構成されるＳＨＧ光源において、温度変化に対する波長
変換素子の位相整合波長の変化の割合（ΔλQPM／Δ
Ｔ）を変化させることができることを見いだした。
【００１８】結果としてΔλQPM／ΔＴ＝ΔλLD／ΔＴ
＝０．０８ｎｍ／℃とするにはプロトン交換時間５分、
熱拡散処理時間を９０分（３３０℃）にするとよいこと
が判明したため実際に波長変換素子を作製し、ＳＨＧ光
源の温度を変化させながら青色光の出力変化を測定した
ところ図５の様に−２０℃〜８０℃の範囲で数％以内の
出力変動を実現した。出力変動の原因は温度変化によっ
て半導体レーザのΔλ LD／ΔＴの値が変化したためであ
ると考えられるが、±５％程度の出力変動は実用化する
際には問題とはならない。
＝０．０８ｎｍ／℃とするにはプロトン交換時間５分、
熱拡散処理時間を９０分（３３０℃）にするとよいこと
が判明したため実際に波長変換素子を作製し、ＳＨＧ光
源の温度を変化させながら青色光の出力変化を測定した
ところ図５の様に−２０℃〜８０℃の範囲で数％以内の
出力変動を実現した。出力変動の原因は温度変化によっ
て半導体レーザのΔλ LD／ΔＴの値が変化したためであ
ると考えられるが、±５％程度の出力変動は実用化する
際には問題とはならない。
【００１９】更に図６に示す高屈折率クラッド層４を付
加することによってもΔλQPM／ΔＴを変化させること
が可能である。高屈折率クラッド層４は波長変換素子表
面にＮｂ2Ｏ5を蒸着することや、プロトン交換を再度行
うことによって（以下追加プロトン交換と称する）形成
できる。プロトン交換を用いて高屈折率クラッド層を形
成する方が、再現性も良く屈折率の面内ばらつきも小さ
い。高屈折率クラッド層を用いることで導波路内を通る
基本波の導波モードが図６に示すように波長変換素子の
表面側へシフトする。このため、これまで導波路と波長
変換素子基板との屈折率差Δｎが小さく、導波路内をレ
ーザ光が導波しなかった（カットオフ）導波路条件にお
いても、レーザ光が屈折率差Δｎの大きな波長変換素子
表面を導波することによってレーザ光が導波可能とな
る。実際にプロトン交換時間５分、熱拡散処理時間２５
０分（３３０℃）の導波路条件はこれまでカットオフと
なりレーザ光が導波しなかったが、追加プロトン交換に
よって高屈折率クラッド層を形成したところ、レーザ光
が導波するようになりΔλQPM／ΔＴ＝０．０６ｎｍ／
℃が確認された。これより、ΔλQPM／ΔＴを従来より
も低い値にまで変化させることが可能となることが見い
だされた。加えて、高屈折率クラッド層をプロトン交換
によって形成した場合、高屈折率クラッド層に熱拡散処
理を加えることによって図７のようにΔλQPM／ΔＴを
変化させることができることを見いだした。このときの
導波路条件はプロトン交換時間５分、熱拡散処理時間９
０分（３３０℃）、追加プロトン交換時間５分であっ
た。熱拡散処理温度は１４０℃で行った。追加プロトン
交換により形成された高屈折率クラッド層に熱拡散処理
を加える場合は、１００〜２００℃の範囲で処理を行う
方がよい。１００℃以下で処理を行うと拡散に要する時
間が非常に長くなってしまう。また、２００℃以上で熱
拡散処理を行うと先に形成した導波路の特性を変化させ
てしまうという弊害が生じてしまう。高屈折率クラッド
層を用いることにより導波路内を通る基本波と波長変換
される青色光との導波モードのオーバーラップが増加
し、基本波である近赤外光から青色光への変換効率が上
昇するという利点もある。
加することによってもΔλQPM／ΔＴを変化させること
が可能である。高屈折率クラッド層４は波長変換素子表
面にＮｂ2Ｏ5を蒸着することや、プロトン交換を再度行
うことによって（以下追加プロトン交換と称する）形成
できる。プロトン交換を用いて高屈折率クラッド層を形
成する方が、再現性も良く屈折率の面内ばらつきも小さ
い。高屈折率クラッド層を用いることで導波路内を通る
基本波の導波モードが図６に示すように波長変換素子の
表面側へシフトする。このため、これまで導波路と波長
変換素子基板との屈折率差Δｎが小さく、導波路内をレ
ーザ光が導波しなかった（カットオフ）導波路条件にお
いても、レーザ光が屈折率差Δｎの大きな波長変換素子
表面を導波することによってレーザ光が導波可能とな
る。実際にプロトン交換時間５分、熱拡散処理時間２５
０分（３３０℃）の導波路条件はこれまでカットオフと
なりレーザ光が導波しなかったが、追加プロトン交換に
よって高屈折率クラッド層を形成したところ、レーザ光
が導波するようになりΔλQPM／ΔＴ＝０．０６ｎｍ／
℃が確認された。これより、ΔλQPM／ΔＴを従来より
も低い値にまで変化させることが可能となることが見い
だされた。加えて、高屈折率クラッド層をプロトン交換
によって形成した場合、高屈折率クラッド層に熱拡散処
理を加えることによって図７のようにΔλQPM／ΔＴを
変化させることができることを見いだした。このときの
導波路条件はプロトン交換時間５分、熱拡散処理時間９
０分（３３０℃）、追加プロトン交換時間５分であっ
た。熱拡散処理温度は１４０℃で行った。追加プロトン
交換により形成された高屈折率クラッド層に熱拡散処理
を加える場合は、１００〜２００℃の範囲で処理を行う
方がよい。１００℃以下で処理を行うと拡散に要する時
間が非常に長くなってしまう。また、２００℃以上で熱
拡散処理を行うと先に形成した導波路の特性を変化させ
てしまうという弊害が生じてしまう。高屈折率クラッド
層を用いることにより導波路内を通る基本波と波長変換
される青色光との導波モードのオーバーラップが増加
し、基本波である近赤外光から青色光への変換効率が上
昇するという利点もある。
【００２０】以上のことから、ΔλQPM／ΔＴが０．０
５５〜０．０９ｎｍ／℃で変化させることが見いだされ
た。ΔλQPM／ΔＴ＜０．０５５ｎｍ／℃の場合は導波
路中のプロトン濃度が小さくなりすぎてしまい、導波路
と非線形材料基板との屈折率差が小さくなり導波路内に
レーザ光を閉じこめることができず導波路がカットオフ
となり、導波路内をレーザ光が導波しなくなってしま
う。ΔλQPM／ΔＴ＞０．０９ｎｍ／℃の場合、伝搬ロ
スが増加するだけでなく、導波路作製条件を少し変化さ
せただけでΔλQPM／ΔＴの変化が大きくなってしま
い、再現性に乏しくなり、所望の値に調整するのが困難
となってしまう。
５５〜０．０９ｎｍ／℃で変化させることが見いだされ
た。ΔλQPM／ΔＴ＜０．０５５ｎｍ／℃の場合は導波
路中のプロトン濃度が小さくなりすぎてしまい、導波路
と非線形材料基板との屈折率差が小さくなり導波路内に
レーザ光を閉じこめることができず導波路がカットオフ
となり、導波路内をレーザ光が導波しなくなってしま
う。ΔλQPM／ΔＴ＞０．０９ｎｍ／℃の場合、伝搬ロ
スが増加するだけでなく、導波路作製条件を少し変化さ
せただけでΔλQPM／ΔＴの変化が大きくなってしま
い、再現性に乏しくなり、所望の値に調整するのが困難
となってしまう。
【００２１】また、図8に示すような位相整合波長の許
容度を拡大した素子（以下許容度拡大素子と称する）を
用いることによってΔλ／ΔＴ＝０．００２ｎｍ／℃以
下の場合においても出力変動のほとんどない特性を得る
ことが可能である。許容度拡大素子は波長変換素子上の
分極反転領域に位相シフト部を設けることによって実現
されており、ピークフラット部分の幅は０．２ｎｍとな
っている。ピークフラット部の幅は広ければ広い程良い
が、ピークフラット部の幅を０．２ｎｍ以上にすると基
本波である近赤外光から青色光への変換効率が低下して
しまうので好ましくない。光源の温度が３０℃での半導
体レーザの発振波長をピークフラット部の中心波長λ
CENTERにあわせることによって±５０℃の範囲（０．０
０２ｎｍ／℃×±５０℃＝±０．１ｎｍの範囲）、つま
り−２０〜８０℃の範囲において５％以内の出力変動特
性を得られた。これは、本発明のレーザ光源を実用化、
民生化する際には問題とはならない値である。
容度を拡大した素子（以下許容度拡大素子と称する）を
用いることによってΔλ／ΔＴ＝０．００２ｎｍ／℃以
下の場合においても出力変動のほとんどない特性を得る
ことが可能である。許容度拡大素子は波長変換素子上の
分極反転領域に位相シフト部を設けることによって実現
されており、ピークフラット部分の幅は０．２ｎｍとな
っている。ピークフラット部の幅は広ければ広い程良い
が、ピークフラット部の幅を０．２ｎｍ以上にすると基
本波である近赤外光から青色光への変換効率が低下して
しまうので好ましくない。光源の温度が３０℃での半導
体レーザの発振波長をピークフラット部の中心波長λ
CENTERにあわせることによって±５０℃の範囲（０．０
０２ｎｍ／℃×±５０℃＝±０．１ｎｍの範囲）、つま
り−２０〜８０℃の範囲において５％以内の出力変動特
性を得られた。これは、本発明のレーザ光源を実用化、
民生化する際には問題とはならない値である。
【００２２】以上本発明により、ＳＨＧ光源の温度変化
による出力変動を押さえることが可能となるとともに、
ペルチエ素子などを用いたＳＨＧ光源の温度制御が不要
となり、ＳＨＧ光源の小型化、省電力化、コストダウン
が実現できるものでありその効果は非常に大きい。
による出力変動を押さえることが可能となるとともに、
ペルチエ素子などを用いたＳＨＧ光源の温度制御が不要
となり、ＳＨＧ光源の小型化、省電力化、コストダウン
が実現できるものでありその効果は非常に大きい。
【００２３】なお、本実施の形態において用いている非
線形光学材料としてＬｉＴａＯ3、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰ
Ｏ4）などを用いてもよい。
線形光学材料としてＬｉＴａＯ3、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰ
Ｏ4）などを用いてもよい。
【００２４】また、本実施の形態で使用している半導体
レーザは波長可変領域をもち（ＤＢＲ部）、高温におい
て化学反応による薄膜生成装置であるＭＯＣＶＤ(Metal
organic Chemical Vapor Deposition)装置を用いたエピ
タキシャル成長により作製される。ｎ−ＧａＡｓ基板上
に、ｎ−ＡｌＧａＡｓを成長させた後、ＡｌXＧａ1-XＡ
ｓの導波領域と活性領域が形成され、クラッド層として
ｐ−ＡｌＧａＡｓが積層される。本実施の形態ではまず
Ｘ＝０．７６として作製を行った。次に、フォトリソグ
ラフィー技術により、導波路が形成される。レジストが
ウェハー上にコートされ、干渉露光によりグレーティン
グパターンが形成された後、導波領域のみエッチングに
よりグレーティング（ＤＢＲ）が形成される。２回目Ｍ
ＯＣＶＤ成長は、接触抵抗を低減するためウエハー上に
ｐ−ＧａＡｓが形成される。ＤＢＲ領域および活性領域
上には、電流注入するための電極が形成される。ＤＢＲ
半導体レーザの温度変化に対する発振波長の変化の割合
（ΔλLD／ΔＴ）と、波長変換素子の温度変化に対する
位相整合波長の変化の割合半導体レーザの温度変化に対
する発振波長の変化の割合（ΔλLD／ΔＴ）と、波長変
換素子の温度変化に対する位相整合波長の変化の割合Ｄ
ＢＲ半導体レーザは動作電流の調整だけで発振波長を変
化させることができ、非常に扱いやすいという利点があ
る。
レーザは波長可変領域をもち（ＤＢＲ部）、高温におい
て化学反応による薄膜生成装置であるＭＯＣＶＤ(Metal
organic Chemical Vapor Deposition)装置を用いたエピ
タキシャル成長により作製される。ｎ−ＧａＡｓ基板上
に、ｎ−ＡｌＧａＡｓを成長させた後、ＡｌXＧａ1-XＡ
ｓの導波領域と活性領域が形成され、クラッド層として
ｐ−ＡｌＧａＡｓが積層される。本実施の形態ではまず
Ｘ＝０．７６として作製を行った。次に、フォトリソグ
ラフィー技術により、導波路が形成される。レジストが
ウェハー上にコートされ、干渉露光によりグレーティン
グパターンが形成された後、導波領域のみエッチングに
よりグレーティング（ＤＢＲ）が形成される。２回目Ｍ
ＯＣＶＤ成長は、接触抵抗を低減するためウエハー上に
ｐ−ＧａＡｓが形成される。ＤＢＲ領域および活性領域
上には、電流注入するための電極が形成される。ＤＢＲ
半導体レーザの温度変化に対する発振波長の変化の割合
（ΔλLD／ΔＴ）と、波長変換素子の温度変化に対する
位相整合波長の変化の割合半導体レーザの温度変化に対
する発振波長の変化の割合（ΔλLD／ΔＴ）と、波長変
換素子の温度変化に対する位相整合波長の変化の割合Ｄ
ＢＲ半導体レーザは動作電流の調整だけで発振波長を変
化させることができ、非常に扱いやすいという利点があ
る。
【００２５】得られたＤＢＲ半導体レーザは、しきい値
が３０ｍＡで、１００ｍＷ出力時の動作電流は１５０ｍ
Ａであった。基本発振波長（ＤＢＲ部に与える電流が０
ｍＡのときの発振波長）は８５０ｎｍで波長可変範囲
（ＤＢＲ部に与える電流が０〜１００ｍＡのときの波長
変化幅）は２ｎｍであり、８５０〜８５２ｎｍで使用可
能であった。ＤＢＲ半導体レーザの発振波長の温度特性
ΔλLD／ΔＴ＝０．０８ｎｍ／℃であった。
が３０ｍＡで、１００ｍＷ出力時の動作電流は１５０ｍ
Ａであった。基本発振波長（ＤＢＲ部に与える電流が０
ｍＡのときの発振波長）は８５０ｎｍで波長可変範囲
（ＤＢＲ部に与える電流が０〜１００ｍＡのときの波長
変化幅）は２ｎｍであり、８５０〜８５２ｎｍで使用可
能であった。ＤＢＲ半導体レーザの発振波長の温度特性
ΔλLD／ΔＴ＝０．０８ｎｍ／℃であった。
【００２６】ΔλLD／ΔＴ＝０．０８ｎｍ／℃の場合、
先に作製した波長変換素子（プロトン交換時間５分、熱
拡散処理時間２００分（３３０℃））の位相整合波長の
温度特性ΔλQPM／ΔＴ＝０．０６３ｎｍ／℃であった
ためレーザ光源の温度変化に伴って青色光の出力変動が
生じていた。そこで、ＡｌXＧａ1-XＡｓ内でのＡｌの割
合を変化させΔλLD／ΔＴの変化を測定したところ図９
のような特性が得られ、ＤＢＲ部の組成を変化させるこ
とによってΔλLD／ΔＴを変化させることが可能である
ことを見いだした。これよりＡｌの割合Ｘ＝０．５とし
たところΔλLD／ΔＴ＝０．０６３ｎｍ／℃のＤＢＲ半
導体レーザを得ることができ、出力変動のない特性を得
ることができた。
先に作製した波長変換素子（プロトン交換時間５分、熱
拡散処理時間２００分（３３０℃））の位相整合波長の
温度特性ΔλQPM／ΔＴ＝０．０６３ｎｍ／℃であった
ためレーザ光源の温度変化に伴って青色光の出力変動が
生じていた。そこで、ＡｌXＧａ1-XＡｓ内でのＡｌの割
合を変化させΔλLD／ΔＴの変化を測定したところ図９
のような特性が得られ、ＤＢＲ部の組成を変化させるこ
とによってΔλLD／ΔＴを変化させることが可能である
ことを見いだした。これよりＡｌの割合Ｘ＝０．５とし
たところΔλLD／ΔＴ＝０．０６３ｎｍ／℃のＤＢＲ半
導体レーザを得ることができ、出力変動のない特性を得
ることができた。
【００２７】加えて、Ａｌの割合を増やし、ΔλLD／Δ
Ｔの値をさらに大きくすることで、図１０に示すように
温度変化に対するＤＢＲ半導体レーザの発振波長範囲を
増加させることが可能となり、ＤＢＲ半導体レーザを評
価、測定用に用いる際に有効となるものである。
Ｔの値をさらに大きくすることで、図１０に示すように
温度変化に対するＤＢＲ半導体レーザの発振波長範囲を
増加させることが可能となり、ＤＢＲ半導体レーザを評
価、測定用に用いる際に有効となるものである。
【００２８】またＡｌXＧａ1-XＡｓ内にＰを注入してみ
たところ図１１の特性を得ることができた。これより、
ＤＢＲ半導体レーザにイオンを注入することでΔλLD／
ΔＴを所望の値に変化させうることを見いだした。
たところ図１１の特性を得ることができた。これより、
ＤＢＲ半導体レーザにイオンを注入することでΔλLD／
ΔＴを所望の値に変化させうることを見いだした。
【００２９】半導体レーザにイオンを注入することは、
半導体レーザの組成を変化することができない場合に有
効な手段となる。また、ＡｒやＨｅなど注入するイオン
を適当に選ぶことによってΔλLD／ΔＴを任意に変化さ
せることが可能となる。
半導体レーザの組成を変化することができない場合に有
効な手段となる。また、ＡｒやＨｅなど注入するイオン
を適当に選ぶことによってΔλLD／ΔＴを任意に変化さ
せることが可能となる。
【００３０】以上本発明により、ＳＨＧ光源の温度変化
による出力変動を押さえることが可能となるとともに、
ペルチエ素子などを用いたＳＨＧ光源の温度制御が不要
となり、ＳＨＧ光源の小型化、省電力化、コストダウン
が実現できる。また、ΔλLD／ΔＴを大きくし、ＤＢＲ
半導体レーザの温度を変化させることによってＤＢＲ半
導体レーザの発振波長の拡大を図ることが可能となる。
による出力変動を押さえることが可能となるとともに、
ペルチエ素子などを用いたＳＨＧ光源の温度制御が不要
となり、ＳＨＧ光源の小型化、省電力化、コストダウン
が実現できる。また、ΔλLD／ΔＴを大きくし、ＤＢＲ
半導体レーザの温度を変化させることによってＤＢＲ半
導体レーザの発振波長の拡大を図ることが可能となる。
【００３１】このようにして得られたＳＨＧ光源を記録
媒体に情報を記録再生するためのプリズムや対物レンズ
などの光学素子や受光素子と組み合わせ光ディスク等の
情報記録再生装置の光源として利用することや、電気音
響変調素子等や受光素子と組み合わせ光通信機器に使用
することにより、短波長光源による高密度な情報記録や
高速大容量の通信機器を非常に安定に作ることができる
ようになる。
媒体に情報を記録再生するためのプリズムや対物レンズ
などの光学素子や受光素子と組み合わせ光ディスク等の
情報記録再生装置の光源として利用することや、電気音
響変調素子等や受光素子と組み合わせ光通信機器に使用
することにより、短波長光源による高密度な情報記録や
高速大容量の通信機器を非常に安定に作ることができる
ようになる。
【００３２】
【発明の効果】以上のように、本発明により、半導体レ
ーザの温度変化に対する発振波長の変化の割合（ΔλLD
／ΔＴ）と、波長変換素子の温度変化に対する位相整合
波長の変化の割合（ΔλQPM／ΔＴ）を近づけることに
より、ペルチエ素子などを用いて光源の温度を一定に保
つ必要がなくなり、ＳＨＧ光源の小型化、省電力化、コ
ストダウンを実現できる。
ーザの温度変化に対する発振波長の変化の割合（ΔλLD
／ΔＴ）と、波長変換素子の温度変化に対する位相整合
波長の変化の割合（ΔλQPM／ΔＴ）を近づけることに
より、ペルチエ素子などを用いて光源の温度を一定に保
つ必要がなくなり、ＳＨＧ光源の小型化、省電力化、コ
ストダウンを実現できる。
【００３３】また、ΔλLD／ΔＴを大きくし、ＤＢＲ半
導体レーザの温度を変化させることによってＤＢＲ半導
体レーザの発振波長の拡大を図ることが可能となる。
導体レーザの温度を変化させることによってＤＢＲ半導
体レーザの発振波長の拡大を図ることが可能となる。
【図１】波長変換素子の構成図
【図２】従来のＳＨＧレーザ光源の温度特性を示す図
【図３】アニール時間とΔλQPM／ΔＴの関係を示した
図
図
【図４】本発明の効果を示す図
【図５】プロトン交換時間とΔλQPM／ΔＴの関係を示
した図
した図
【図６】高屈折率クラッド層の説明図
【図７】高屈折率クラッド層に熱拡散処理を加えたとき
のΔλQPM／ΔＴの関係を示した図
のΔλQPM／ΔＴの関係を示した図
【図８】許容度拡大素子の説明図
【図９】ＡｌXＧａ1-XＡｓ中のＡｌの割合とΔλLD／Δ
Ｔの関係を示した図
Ｔの関係を示した図
【図１０】ΔλLD／ΔＴを大きくしたときの効果を示す
図
図
【図１１】ＡｌXＧａ1-XＡｓ中にＰを注入したときのΔ
λLD／ΔＴの変化を示す図
λLD／ΔＴの変化を示す図
【図１２】従来のＳＨＧレーザ光源の構成図
１ 導波路 ２ 非線形材料 ３ 周期的分極反転領域 ４ 高屈折率クラッド層 ５ ＤＢＲ半導体レーザ ６ コリメートレンズ ７ フォーカスレンズ ８ 波長変換素子 ９ 導波路 １０ 周期的分極反転領域 １１ ペルチエ素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水内 公典 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 北岡 康夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 笠澄 研一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2K002 AA01 AB12 AB27 CA03 FA26 FA27 GA04 HA20 5F073 AA65 AB21 AB22 EA29
Claims (15)
- 【請求項１】半導体レーザと非線形光学結晶からなる周
期的分極反転領域を有する導波路型擬似位相整合方式の
波長変換素子を具備し、前記半導体レーザの温度変化に
対する発振波長変化の割合と、前記波長変換素子の温度
変化に対する位相整合波長変化の割合を近づけたことを
特徴とするレーザ光源。 - 【請求項２】前記波長変換素子の導波路がプロトン交換
によって作られていることを特徴とする請求項１に記載
のレーザ光源。 - 【請求項３】前記波長変換素子の温度変化に対する位相
整合波長変化の割合をプロトン交換時間により制御し、
半導体レーザの温度に対する発振波長変化の割合と近づ
けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
レーザ光源。 - 【請求項４】前記波長変換素子の温度変化に対する位相
整合波長変化の割合を熱拡散処理時間により制御し、半
導体レーザの温度に対する発振波長変化の割合と近づけ
たことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレ
ーザ光源。 - 【請求項５】前記波長変換素子の温度変化に対する位相
整合波長変化の割合をプロトン交換時間および熱拡散処
理時間の組み合わせにより制御し、半導体レーザの温度
に対する発振波長変化の割合と近づけたことを特徴とす
る請求項１または請求項２に記載のレーザ光源。 - 【請求項６】前記波長変換素子に高屈折率クラッド層が
付加されていることを特徴とする請求項１から請求項５
のいずれか１項に記載のレーザ光源。 - 【請求項７】前記波長変換素子の温度変化に対する位相
整合波長変化の割合が０．０５５ｎｍ／℃〜０．０９ｎ
ｍ／℃であることを特徴とする請求項１から請求項６の
いずれか１項に記載のレーザ光源。 - 【請求項８】前記半導体レーザがグレーティングによる
波長可変機能を実現するＤＢＲ部を備えていることを特
徴とする請求項１に記載のレーザ光源。 - 【請求項９】前記半導体レーザの温度変化に対する発振
波長変化の割合を前記ＤＢＲ部の材質を変えることによ
って変化させることを特徴とする請求項１または請求項
８に記載のレーザ光源。 - 【請求項１０】前記ＤＢＲ部の材質の変化を材質の組成
を変化させることによって行うことを特徴とする請求項
９に記載のレーザ光源。 - 【請求項１１】前記ＤＢＲ部の材質の変化を材質に不純
物を添加することによって行うことを特徴とする請求項
９に記載のレーザ光源。 - 【請求項１２】前記半導体レーザの温度変化に対する発
振波長変化の割合と、前記波長変換素子の温度変化に対
する位相整合波長変化の割合の差が０．００２ｎｍ／℃
以下であることを特徴とする請求項１から請求項１１い
ずれかに記載のレーザ光源。 - 【請求項１３】半導体レーザと非線形光学結晶からなる
周期的分極反転領域を有する導波路型擬似位相整合方式
の波長変換素子の製造過程で、前記波長変換素子の温度
変化に対する位相整合波長変化の割合をプロトン交換時
間より制御し、半導体レーザの温度に対する発振波長変
化の割合と近づけたことを特徴とするレーザ光源の製造
方法。 - 【請求項１４】半導体レーザと非線形光学結晶からなる
周期的分極反転領域を有する導波路型擬似位相整合方式
の波長変換素子の製造過程で、前記波長変換素子の温度
変化に対する位相整合波長変化の割合を熱拡散処理時間
により制御し、半導体レーザの温度に対する発振波長変
化の割合と近づけたことを特徴とするレーザ光源の製造
方法。 - 【請求項１５】半導体レーザと非線形光学結晶からなる
周期的分極反転領域を有する導波路型擬似位相整合方式
の波長変換素子の製造過程で、前記波長変換素子の温度
変化に対する位相整合波長変化の割合をプロトン交換時
間および熱拡散処理時間の組み合わせにより制御し、半
導体レーザの温度に対する発振波長変化の割合と近づけ
たことを特徴とするレーザ光源の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11167895A JP2000356794A (ja) | 1999-06-15 | 1999-06-15 | レーザ光源およびレーザ光源の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11167895A JP2000356794A (ja) | 1999-06-15 | 1999-06-15 | レーザ光源およびレーザ光源の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000356794A true JP2000356794A (ja) | 2000-12-26 |
Family
ID=15858063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11167895A Pending JP2000356794A (ja) | 1999-06-15 | 1999-06-15 | レーザ光源およびレーザ光源の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000356794A (ja) |
-
1999
- 1999-06-15 JP JP11167895A patent/JP2000356794A/ja active Pending
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