JPH0196629A - 光波長変換モジュール - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体レーザーと、そこから発せられたレー
ザー光を１／２の波長の第２高調波に変換する光波長変
換素子とからなる光波長変換モジュールに関するもので
ある。

（従来の技術） 従来より、非線形光学材料による第２高調波発生を利用
して、レーザー光を波長変換（短波長化）する試みが種
々なされている。このようにして波長変換を行なう光波
長変換素子として具体的には、例えば「光エレクトロニ
クスの基礎ＪＡ、ＹＡＲｔＶ著、多田邦雄、神谷武志訳
（丸善株式会社）のｐ２００〜２０４に示されるような
バルク結晶型のもの、あるいは例えば応用物理学会光学
懇話会微小光学研究グループ機関誌ＶＯＬ、３、Ｎｏ。

２、ｐ２８〜３２　　ＡＰＲＩＬ　　２５　　（１９８
５）に示されるように、クラッド内に非線形光学材料か
らなるコアが充てんされた光フアイバー型のもの、さら
には例えば本出願人による特願昭６１−１５９２９２号
、同６１−１５９２９３号に示されるように、クラッド
層となる２枚の基板の間に非線形光学材料からなる先導
波路を形成した先導波路型のものが知られている。

上述の各種光波長変換素子は、小型軽量の半導体レーザ
ーと組み合わせてモジュール化し、該半導体レーザーが
発するレーザー光を短波長化するために用いられること
が多い。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、従来より光波長変換素子と組み合わせて用いら
れている一般的な半導体レーザー、つまりストライブを
１本だけ有するシングルスドライブ型の半導体レーザー
は、最大光出力が現状ではせいぜい５０ｍＷ程度と、ガ
スレーザー等に比べると非常に小さい。光波長変換素子
における波長変換効率は入力される基本波の光強度に比
例するので、このように光出力の小さい半導体レーザー
は、光強度の高い第２高調波を得る上で明らかに不利で
ある。またこの半導体レーザーは、光波長変換素子から
の戻り光の影響を受けて雑音を発生しやすいという問題
も有している。さら１巳この半導体レーザーは、モード
ホッピングを起こしてレーザー光強度が不安定に変動し
やすいという問題も有している。上記の通り光波長変換
素子の波長変換効率は、人力される基本波の光強度に比
例するので、このように基本波としてのレーザー光の強
度が変動すると、第２高調波の光強度が極めて不安定に
なってしまう。

そこで本発明は、基本波光源として半導体レーザーを用
いた上で、モードホッピングおよび戻り光による雑音の
発生を抑えて、安定した高い光強度の第２高調波を得る
ことができる光波長変換モジュールを提供することを目
的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の光波長変換モジュールは、上述の半導体レーザ
ーと、この半導体レーザーから発せられた基本波として
のレーザー光を第２高調波に変換して出射させる光波長
変換素子とからなる光波長変換モジュールにおいて、半
導体レーザーとして、従来用いられていたシングルスド
ライブ型のものに代えて、フェーズドアレイ型のものを
用いたことを特徴とするものである。

（作　　用） 上記フェーズドアレイ型の半導体レーザーは、ストライ
ブを相近接させて複数設けたタイプの半導体レーザーで
あり、したがってシングルスドライブ型の半導体レーザ
ーに比べれば何倍もの光出力を有するので、この半導体
レーザーによれば光強度の高い基本波を光波長変換素子
に入力させることができる。そして上記のように相近接
した複数のストライブから発せられるレーザー光は位相
同期がかかるので、モードホッピングが発生し難く、ま
た戻り光に対しても強くて雑音を生じ難い。

（実　施　例） 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。

第１図とＴ４２図はそれぞれ、本発明の第１実施例によ
る光波長変換モジュールｌＯの平面形状と側面形状を示
すものである。この光波長変換モジュールｌＯは、レー
ザー光１１を発する半導体レーザー１２と、このレーザ
ー光１１を波長変換（短波長化）する光波長変換素子１
３と、これらの間に配された入射光学系１４とからなる
。

半導体レーザー１２は第３図に示すように、例えばｐ−
ＧａＡｓ基板５０上にｎ−ＧａＡｓブロック層５１が形
成され、このブロック層５１にエツチング等により複数
のチャンネル５１　ａ　ｓ　５１　ｂ　ｓ　５１　ｃ・
旧・・が形成され、またこのブロック層５１上１：　ｐ
　−Ａ　ｌＧａＡｓクラッド層５２、ｐ−ＡｌＧａＡｓ
活性層５３、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５４、および
ｎ−ＧａＡｓキャップ層５５が順次積層され、基板５ｏ
側にｐ電極５Ｂ、キャップ層５５側にｎ電極５７が形成
されてなるものである。この構成において、チャンネル
５１ａ、　５ｔｂ、　５１ｃ・・・・・・に対応して活
性層５３に形成された複数のストライブ１２ａ、１２ｂ
Ｓ１２ｃ・・・・・・からは、それぞれ断面楕円状の発
散ビームであるレーザー光１１ａｓ　ｆｉｂｓ　ｌｌｃ
・・・・・・が発せられる。

なお第２図には、レーザー光１１ａについてのみビーム
形状を示しである。

上記の各レーザー光ｔｔａ％　ｔｔｂ、　ｌｌｃ・旧・
・は、その並び方向に互いに少しずつずれて重なる状態
となり、こうして半導体レーザー１２からは、見かけ上
１本のレーザー光１１が発せられる。このレーザー光１
１は、上述のように複数のレーザー光１１８％１１ｂ、
ｌｌｃ・・・・・・が合成されたものであるから、シン
グルスドライブ型の半導体レーザーから発せられるレー
ザー光に比べれば、極めて光強度が高いものとなる。ま
たこれらのレーザー光１１ａｓ　ｌｌｂ。

１１ｃ・・・・・・は、ストライプ１２ａＳ１２ｂ＝　
１２ｃ・・・・・・が相近接していることにより、互い
に位置同期がかかったものとなる。

一方光波長変換素子１３は一例として、クラッド１５の
中心の中空部分内に、非線形光学材料からなるコア１Ｂ
が充てんされた光ファイバーである。上記非線形光学材
料としては、無機材料に比べて非線形光学定数が極めて
大きい有機非線形光学材料を用いるのが好ましい。この
有機非線形光学材料としては、例えば特開昭６０−２５
０３３４号及び“Ｎｏｎ１ｌｎｅｒ　０ｐｔｉｃａｌ　
Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｒ　Ｏｒｇａｎｉｅ　ａｎｄ
　　Ｐｏ１ｙ＊ｅｒ１ｃ　　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ″ＡＣ
８ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ　　５ＥＲＩＥＳ　　２３３、Ｄ
ａｖｌｄＪ、　　Ｗｌｌｌｌａｍｓ　　編　（Ａｍｅｒ
ｉｃａｎ　　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　５ｏｃ１ｅｔｙＳ１
９８３年刊）、「有機非線形光学材料」加藤政雄、中西
へ部監修（シー・エム・シー社、１９８５年刊）等に示
されるＭＮＡ　（２−メチル−４−ニトロアニリン）　
、ｍＮＡ　（メタニトロアニリン）、ＰＯＭ　（３−メ
チル−４−二トロピリジン−１−オキサイド）、尿素等
が挙げられる。例えばＭＮＡは、無機非線形光学材料で
あるＬｉＮｂＯ３に比べると２０００倍程度高い波長変
換効率を有するので、この有機非線形光学材料からコア
１Ｂを形成すれば、小型かつ低コストの半導体レーザー
からの赤外レーザー光を基本波として第２高調波を発生
させることにより、青領域の短波長レーザー光を得るこ
とも可能となる。一方クラッド１５は、上記非線形光学
材料よりも低屈折率の材料から形成されている。この光
波長変換素子１３は、その一端面１３ａが入射光学系１
４を介して半導体レーザー１２に対向するように配置さ
れている。入射光学系１４は、半導体レーザー１２から
光波長変換素子！３側に順に、集束レンズ１７、シリン
ドリカルレンズ１８および対物レンズ１９を配置して構
成されている。

なお上記ＭＮＡ等の有機非線形光学材料から単結晶状態
のコアを形成してファイバー型の光波長変換素子を作成
する方法については、例えば本出願人による特願昭６２
−３２９１４号明細書に詳しい説明がなされている。

上記の光波長変換モジニールｌＯにおいて、半導体レー
ザー１２から発せられた基本波としてのレーザー光１１
は、垂直面内においては第１図図示のように集束レンズ
１７によって平行ビーム化され、シリンドリカルレンズ
１８をそのままの状態で通過し、対物レンズ１９によっ
て集束される。一方該レーザー光１１は、水平面内にお
いては第２図図示のように、上記集束レンズ１７によっ
て集束された後発散し、シリンドリカルレンズ１８によ
って平行ビーム化され、対物レンズ１９によって集束さ
れる。以上のようにしてレーザー光１１は、例えば直径
３μｍ程度の小さなビームスポットに絞られる。この絞
られたレーザー光１１は、光波長変換素子１３のコア端
面ｔｅａに照射される。このレーザー光１１は該端面ｌ
ｅａからコアｌＢ内に入射し、コア１Ｂを構成する前述
のような非線形光学材料により、波長が１７２の第２高
調波１１°に変換される。この第２高調波１１°　はク
ラッド１５の表面の間で全反射を繰り返して光波長変換
素子１３内を進行する。位相整合は例えば、基本波１１
のコア部での導波モードと、第２高調波１１’のクラッ
ド部への放射モードとの間で取られる（いわゆるチェレ
ンコフ放射の場合）。

光波長変換素子１３の他端面ｔａｂからは、上記第２高
調波１１’を含むビーム１１”が出射する。この出射ビ
ーム１１”は図示しないフィルターに通され、第２高調
波ｌｌ°のみが取り出されて利用される。

先に述べた通りフェーズドアレイ型の半導体レーザー１
２にあっては、例えば連続駆動で２．５Ｗ程度と、シン
グルスドライブ型半導体レーザーに比べれば極めて高い
光出力を得ることができるので、基本波の光強度を十分
に高くして、波長変換効率を上げることができる。例え
ばパルス駆動される１、５Ｗ程度の波長８４０ｎｍのレ
ーザー光１１を、第１図図示のような入射光学系１４で
平行ビーム化する場合で、３００ｍＷ程度の基本波１１
を得ることも可能である。その結果、光強度が十分に高
い第２高調波１１’　を得ることができる。またフェー
ズドアレイ型半導体レーザー１２のストライブ１２８％
　１２ｂ、　１２ｃ・・・・・・から発せられた各レー
ザー光１１ａ％ｌｌｂ、ｌｌｃ・・・・・・は、互いに
位相同期がかかっているので、モードホッピングが発生
し難く、また戻り光による雑音も発生し難い。

以上、光波長変換素子としてファイバー型のものを用い
た実施例について説明したが、本発明の光波長変換モジ
ュールは、光波長変換素子として先導波路型のものを用
いて構成することもできる。

例えば第４図に示す第２実施例の光波長変換モジュール
２０においては、基板２１の一表面側に３次元先導波路
２２が形成されてなる光波長変換素子２３が用いられて
いる。この３次元光導波路２２は、前述したような非線
形光学材料から形成されており、入射された基本波Ｕを
第２高調波に変換する。なおこの実施例においては、第
１実施例におけるのと同様のフェーズドアレイ型半導体
レーザー１２、および入射光学系１４が用いられており
、小さなビームスポットに絞られたレーザー光１１が先
導波路端面２２ａに照射されて、先導波路２２内に入射
する。

また第５図は、光波長変換素子としてスラブ型光導波路
からなるものが用いられた、本発明の第３実施例の光波
長変換モジュール３０を示している。

この実施例における光波長変換素子３１は、１対の基板
３２．３３間に非線形光学材料からなるスラブ型先導波
路３４が形成されたものである。そして光波長変換素子
３０の一端側において、図中上側の基板３２に接する先
導波路３４の表面には基本波入射用線状回折格子（Ｌｉ
ｎｅａｒ　Ｇｒａｔｉｎｇ　　Ｃｏｕｐｌｅｒ）　３５
が設けられ、−刀先波長変換素子３０の他端側において
、上記基板３２の表面には第２高調波出射用集光性回折
格子３６が設けられている。

フェーズドアレイ型半導体レーザー１２から発せられた
基本波としてのレーザー光１１は、コリメーターレンズ
３７によって平行ビーム化された上で、上記回折格子３
５の部分に照射される。それによりレーザー光ｔｉは、
この回折格子３５で回折して先導波路３４内に入射し、
非線形光学材料からなる該先導波路３４によって第２高
調波ｌｌ゛　に変換される。

この第２高調波１１’　は基板３２．３３の外側の表面
間で全反射を繰り返して進行し、集光性回折格子３Ｂで
回折して、集束しつつ素子３０外に出射する。

以上説明した第２および第３実施例においても、基本波
を発する光源として前述したようなフェーズドアレイ型
半導体レーザー１２が用いられており、それにより、第
１実施例で説明したのと同様の作用、効果が得られる。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り本発明の光波長変換モジュール
においては、半導体レーザーとしてフェーズドアレイ型
のものを用いたことにより、従来に比べて極めて高強度
の基本波を光波長変換素子に入射させて、高い波長変換
効率を実現することができる。またそれに加えて、半導
体レーザーのモードホッピングおよび戻り光による雑音
の発生も抑えられるので、この光波長変換モジュールに
よれば、半導体レーザーを光源として用いた従来の光波
長変換モジュールと比べて、光強度が十分に高く、そし
て安定した第２高調波を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はそれぞれ、本発明の第１実施例による
光波長変換モジュールの側面図と平面図、第３図は本発
明に用いられる半導体レーザーを示す斜視図、 第４図と第５図はそれぞれ、本発明の第２実施例、第３
実施例による光波長変換モジュールを示す斜視図である
。 １Ｏ１２０，３０・・・光波長変換モジュール１１・・
・レーザー光　　　１１’・・・第２高調波１２・・・
フェーズドアレイ型半導体レーザー１３．２３．３１・
・・光波長変換素子　１４・・・入射光学系１５・・・
クラッド　　　　１Ｂ・・・コア１７・・・集束レンズ
　　　１８・・・シリンドリカルレンズ１９・・・対物
レンズ　　　２１．３２．３３・・・基板２２．３４・
・・光導波路 ３５・・・基本波入射用線状回折格子 ８Ｂ・・・第２高調波出射用集光性回折格子３７・・・
コリメーターレンズ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザー光を発する半導体レーザーと、この半導体レー
   ザーから発せられた基本波としてのレーザー光を第２高
   調波に変換して出射させる光波長変換素子とからなる光
   波長変換モジュールにおいて、前記半導体レーザーとし
   てフェーズドアレイ型のものが用いられていることを特
   徴とする光波長変換モジュール。