JPH0414024A

JPH0414024A - ２次高調波発生デバイス

Info

Publication number: JPH0414024A
Application number: JP2118251A
Authority: JP
Inventors: Waratsuku Edomondo; エドモンド・ワラック; Toshiya Yokogawa; 俊哉横川; Tadashi Narisawa; 成沢　忠
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-05-07
Filing date: 1990-05-07
Publication date: 1992-01-20
Anticipated expiration: 2016-05-08
Also published as: JP3163566B2

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〕光ディスク・メモリは、現在、データ配憶の方法に革命
を起こしつつある。それは、罪常に多くの情報を４ｚイ
ンチの光ディスクに保管し、読み出すことができるから
である。現在の光ディスクの応用は、コンパクト・ディ
スク・プレイヤやコンピュータに使用するディジタル情
報の保管にまで及んでいる。この発明は、上記した光デ
ィスク・メモリや、さらにレーザー・プリンタ、ホログ
ラフィ、レーザー・メス、光計測などに光源として用い
ることができる２次高調波発生デバイスに関するもので
ある。

〔従　来　の　技　術〕

現在使用できる最も安価なレーザー素子はＧａＡｓレー
ザー・ダイオードである。このような半導体レーザー素
子は、材料系Ａ　ｌｚ　Ｇ　ａ　ｌ−Ｘ　Ａ　Ｓのエビ
タキンヤル層の組み合せを適当に選んだり、素子の動作
温度を適当に選ぶことにより、レーザの発振波長を調節
することができる。これまでに得られている波長領域は
７８０〜８４０ｎｍである。

レーザー出力は、日々高まっており、今現在で１００ｍ
Ｗのオーダーである。

レーザー・ダイオードの出力光の周波数てい倍を利用し
て半分の波長を持つ光を得ることができる。これを使え
ば、最小スポット径をさらに小さくでき、光ディスク・
メモリの容量を大きくできると考えられる。

現在の周波数てい倍の方法では、光学的に非線形な結晶
を用いる。そのような非線形結晶は、適当な条件の下で
、また適当な方向から光を入射させたときに、入射光の
強度に応した２次高調波光やさらに３次以上の高次の高
調波光を発生する。

ここで、２次高調波の強度はＲＸＬに比例する。ただし
、■は入射１次光の強度であり、Ｌは１次光の位相と２
次高調波光の位相がπ／２ラジアンの範囲内で整合して
いる結晶の長さである。

したがって、２次高調波光の強度を高めるためには、１
次光の強度か位相整合長のどちらかを増加させなければ
ならない。

最近、種々の方法で位相整合長を長くする試みがなされ
ている。ひとつは非線形基板に作りつけた光導波路を用
いる方法である。この方法では、導波モードと非線形基
板中で発生した２次高調波の放射モードとの間で位相整
合が図られる９この、いわゆるチェレンコフ法では、１
次光源にレーザー・ダイオードを用いて、最高１ｍＷま
での連続光（ＣＷ）出力が得られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

光ディスクの記憶容量は、現在のところ、レーザー・ビ
ームの分解能で制限されている。そして、この分解能を
制限しているのはレーザー光線の波長である。現在市販
されている最も安いレーザー素子はＧ　ａ　Ａ　ｓ　／
　Ａ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓレーザー・ダイオードである
が、これらのレーザー素子の波長領域は７８０〜８６０
ｎｍであるから、得られるビームの最小スポット径はこ
の波長の係数倍にしかならない。

これに対し、４００ｎｍ領域の波長すなわち青色領域で
発振する安価なレーザー素子を作ることができれば、記
憶容量を４倍に高めることができる。

しかしながら、レーザー素子そのものを青色領域で発振
させることは困難であり、非線形結晶からなる２次高調
波発生物質を利用して、４００　ｎ　ｍ　ｉＪ域の波長
すなわち青色領域の光を２次高調波光として得るように
している。

現在開発されている２次高調波発生デバイスでは、前記
したようにチェレンコフ法を用い、長い位相整合長で大
きな出力を得ようとしている。

しかし、この方法では、１次レーザー光を微細な光導波
路に集光しなければならないので、いくつもの部品を正
確に調整して組み立てる必要があり、また、この２次高
調波発生デバイスからなる光源からの出力は発散性であ
るので、出力を収束させるレンズも必要である。これら
の結果、このタイプは、大型化するとともに信転性が低
く、さらにかなり高価となる。

他の方法では、ＫＴＰと呼ばれる結晶（ＫＴｉＯＰＯ４
）のように、非線形で複屈折性を持つ結晶を用いる。し
かし、このような結晶はきわめて高価であり、しかも、
位相を整合させるためには厳密に結晶方位を選ばなけれ
ばならない。また、この方法で２次高調波を得るために
は強い１次光が必要である。その結果、この方法もかな
り高価となるのは避けられない。

この発明の目的は、小型化できるとともに信転性を高め
ることができ、しかも１次光の共鳴条件に藺草に同期さ
せることができ、さらに安価な２次高調波発生デバイス
を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

請求項（１）記載の２次高調波発生デバイスは、２次高
調波発生物質層と、前記２次高調波発生物質層を挟んだ
状態に積層されて１次光に対してファブリ　ペロー共振
器を構成する複数の多層積層反射鏡とを備えている。

請求項（２）記載の２次高調波発生デバイスは、１次光
を発生する半導体レーザを構成する化合物半導体多層積
層構造と、前記化合物半導体多層積層構造に積層されて
前記半導体レーザからの１次光が入射する２次高調波発
生物質層と、少なくとも前記２次高調波発生物質層を挟
んだ状態に積層されて１次光に対してファブリ・ベロー
共振器を構成する複数の多層積層反射鏡とを備えている
。

請求項（３）記載の２次高調波発生デバイスは、２次高
調波発生物質からなる凸条の一面に形成した条溝に前記
２次高調波発生ＩｊｆｙＪ質よりも屈折率が同波長の光
波に対し高い高屈折率物質を埋め込んだ構造を有する光
導波路と、前記光導波路の両端面に積層されて前記１次
光に対してファブリ・ベロー共振器を構成する複数の多
層積層反射鏡とを備えている。

〔作　　　用〕

請求項（１１記載の構成によれば、１次光が２次高調波
発生物質層中に入射すると、２次高調波発生物質層が２
次高調波光を発生する。この際、２次高調波発生物質層
中の１次光は、ファブリ・ペロー共振器内で共振して光
強度が高められることになり、２次高調波発生物質層中
での２次高調波発生効率が高められ、発生ずる２次高調
波光の光強度が増大する。

請求項（２）記載の構成によれば、化合物半導体多層積
層構造で構成された半導体レーザから１次光が発生し、
１次光が化合物半導体多層積層構造に積層された２次高
調波発生物質層中に１次光が入射すると、２次高調波発
生物質層が２次高調波光を発生する。この際、２次高調
波発住物質層中の１次光は、ファブリ・ペロー共振器内
で共振して光強度が高められることになり、２次高調波
発生物質層中での２次高調波発生効率が高められ、発生
する２次高調波光の光強度が増大する。

請求項（３）記載の構成によれば、２次高調波発生物質
からなる凸条の一面に形成した条溝に前記２次高調波発
生物質よりも屈折率が同波長の光波に対し高い高屈折率
物質を埋め込んだ構造を有する光導波路において、高屈
折率物質の部分に１次光が入射すると、１次光が高屈折
率物質中を通り、この１次光に基づいて２次高調波発生
物質から２次高調波光が発生する。この際、高い屈折率
物質中の１次光は、ファブリ・ペロー共振器内で共振し
て光強度が高められることになり、２次高調波発生物質
中での２次高調波発生効率が高められ、発生する２次高
調波光の光強度が増大する。

上記各請求項（１）記載の構成によって、下記のような
２種の大きな利点が得られる。

■ａ　１次光に対してファブリ・ベロー共振器を構成す
る複数の反射鏡と２次高調波発生物質（非線形物質）と
を個別に作成してそれらを一体的に組み合わせる代わり
に、少なくとも２次高調波発生＠ＩＪ質層を挟んだ状態
にファブリ・ベロー共振器を構成する複数の多層積層反
射鏡を積層したので、一つの部品で１次光に対するファ
ブリ・ベロー共振器の機能と２次高調波発生の機能を持
たせることができ、組立作業や調整作業が不要であり、
小形で信頼性の高い２次高調波発生デバイスを実現でき
る。

■ｂ　ファブリ・ベロー共振器の共振器長を小さくとれ
るため、ファブリ・ベロー共振器の共鳴ピークのモード
間隔（自由スペクトル領域）を太きくとることかできる
。また、分解能（共鳴輻）を十分大きくとれるので、１
次入射のレーザー光（１次光）の波長は、動作温度を調
節することによって、薄情に共鳴条件に同期させること
ができる。

また、上記各請求項で２）記載の構成によって、下記の
ような２種の大きな利点が得ら相る。

■ａ　１次光を発生する半導体レーザと１次光に対して
ファブリ・ベロー共振器を構成する複数の反射鏡と２次
高調波発生物質（非線形物質）とを個別に作成してそれ
らを一体的に組み合わせる代わりに、半導体レーザを構
成する化合物半導体多層積層構造と２次高調波発ｉｔ＃
ｙＪ質層とを積層するとともに、少なくとも２次高調波
発生物質層を挟んだ状態にファブリ・ベロー共振器を構
成する複数の多層積層反射鏡を積層したので、一つの部
品で１次光を発生する機能と１次光に対するファブリ・
ベロー共振器の機能と２次高調波発生の機能を持たせる
ことができ、組立作業や調整作業が不要であり、小形で
信頼性の高い２次高調波発往デバイスを実現できる。

■ｂ　ファブリ・ペロー共振器の共振器長を小さくとれ
るため、ファブリ・ペロー共振器の共鳴ピークのモード
間晒（自由スペクトル領域）を大きくとることができる
。また、分解能（共鳴幅）を十分大きくとれるので、１
次入射のレーザー光（１次光）の波長は、動作温度を調
節することによって、藺草に共鳴条件に同期させること
ができる。

また、上記各請求項（３）記載の構成による利点は請求
項（１１の同様である。

〔実　施　例〕

以下、図面を参照しながら、上記のファブリ・ペロー共
振器を備えたモノリシックタイプの２次高調波発生デバ
イスについて、３種の実施例を説明する。

実施例１は、２次高調波発生物質層を１次光に対してフ
ァブリ・ペロー共振器を構成する２枚の誘電体多層積層
反射鏡（波長選択反射鏡）で挾んだ構造を示すものであ
る。この実施例Ｉでは、外部のレーザー・ダイオードを
励起ａ（１次光源）として用いており、透過モードおよ
び反射モートのいずれでも、２次高調波光を発生するこ
とができる。

この実施例１は、他の実施例にも用いる一般的な構成を
示すものである。

実施例２は、上記実施例１の構成と表面放射型レーザー
とをモノリシ、りに組み合わせた構成を示し、半導体青
色レーザー光源を提供するものである。

実施例３は、ファブリ・ペロー共振器の構造を光導波路
に適用して１次入射光の強度を強める構成を示すもので
ある。

大範側」一実施例１を第１図ないし第３図に基づいて説明する。

この実施例は、請求項（１１に対応し、第１図ｔａ＋に
示すように、適当な基板１０上にバッファ層２０を積層
した後、半導体多層積層反射鏡（λ／４波長選択反射鏡
）３０と、光学的な非線形物質からなる２次高調波発生
物質層４０と、誘電体多層積層反射鏡（λ／４波長選択
反射鏡）５０とを順次成長させることで、２次高調波発
生物質層４０を挟んだ状態に半導体多層積層反射鏡３０
および誘電体多層積層反射鏡５０を積層し、外部から１
次光を２次高調波発生物質層４０に入射さセる構成で、
半導体多層積層反射鏡３０および誘電体多層積層反射鏡
５０は外部から２次高調波発生物質層４０に入射する１
次光に対してファブリ・ペロー共振器を構成し２ている
。

基板１０例の半導体多層積層反射鏡３０は、バッファ層
２０の上に、真空中の波長λにおける屈折率がｎＡで厚
さがλ／４ｎ、の低屈折率層３１を積層し、その上に真
空中の波長λにおける屈折率がｎＧ　（ｎＧ＞ｎＡ）で
厚さがλ／４ｎ６の高屈折率層３２を積層し、以下屈折
率がｎＡで厚さがλ／４ｎＡの低屈折率層３１と屈折率
が０６で厚さがλ／４ｎ、の高屈折率層３２とを交互に
積層し、最後に屈折率がｎ、で厚さがλ／４ｎ６の高屈
折率層３２を積層している。

２次高調波発生物質層４０としては、ロー■族系化合物
半導体またはその他の化合物半導体のなかで、光学的に
非線形な特性を有するもの、例えばＫ　Ｔ　ｉ　ＯＰ　
０３等が用いられる。この２次高調波発生物質層４０の
波長λにおける屈折率はｎｓで、厚さはコヒーレント長
２ｎλ／　４　ｎ　ｓ　　（ｎ　ハ整数〕である。なお
、その上に積層される誘電体多層積層反射鏡５０の屈折
率によっては、厚さが（２ｎ＋１）　　λ／４ｎ、とす
る場合がある。

基板１０と反対側の誘電体多層積層反射鏡５０は、波長
λにおける屈折率がｎ、で厚さが２／４ｎＨの高屈折率
層５１と、波長λにおける屈折率がｎＬで厚さがλ／４
ｎ、の低屈折率層５２とが交互に交互に積層された構造
であり、２次高調波発生物質層４０の直上層は、ｎ、＞
ｎｓのときは屈折率がｎ、で厚さがλ／４ｎ、の高屈折
率層５】となり、ｎＨ＜ｎ、のときは屈折率がｎｌ−で
厚さがλ／　４　ｎ　ｔの低屈折率層５２となる。

上記の２次高調波発生デバイスにおける結晶の層構造の
具体例を説明する。この発明は、この例だけに限定され
るものではないが、現在の結晶成長技術で実現できる一
つの応用例として示している。基板１０としては、例え
ばＧａＡｓを用いているが、これはこの基板］０上の■
−ｖ族結高結晶ピクキンー技術がよく確立されているか
らである。バッファ層２０としては、基板１０と同しＧ
ａＡｓを積層している。また、半導体多層積層反射鏡３
０では、低屈折率層３１としては例えばＡｌＡｓ層を用
い、高屈折率層３２としては例えばＡ　ＡＸＧ　ａ　Ｉ
−Ｘ　Ａ　ｓ層（具体例としては、Ａｌ１ｏ、：＋Ｇ　
ａ　Ｏ’、７　Ａ　５層）を用いている。この層は、目
的によって、ＺｎＳ、Ｚｎ５ｅ、またはその混晶である
ＺｎＳＳｅ、あるいは、Ｚ　ｎ　Ｓ　／　Ｚ　ｎ　Ｓ　
ｅ超格子などで構成される場合もある。

誘電体多層積層反射鏡５０では、２次高調波光に対して
透明であるという条件で、数多くの誘電体が適用可能で
ある。例えば、ＳｉＯ□層とＺｒＯ２層との組み合せは
一例である。

以上のような構造の２次高調波発生デバイスでは、半導
体多層積層反射鏡３０および誘電体多層積層反射鏡５０
が１次入射光に対するファブリペロ−共振器を構成する
。２次高調波発生デノ＼イスに１次光を入射させるレー
ザーの出力波長をファブリ・ベロー共振条件に同期させ
ると、１次入射光の強度は非線形物質である２次高調波
発生物質層４０が存在する場所で強まり、その結果とし
て、２次高調波発生効率が高まる。つまり、２次高調波
発生物質層４０から高い強度の２次高調波光が発生し、
例えば誘電体多層積層反射鏡５０を通して外部へ放射さ
れる。

第１図（ｂ）は第１図（ａｌの２次高調波発生デバイス
における１次光の強度分布を示しており、２次高調波発
生物質層４０内で１次光の強度が高く、半導体多層積層
反射鏡３０および誘電体多層積層反射鏡５０内では１次
光の強度が低くなっていることが判る。

この実施例の２次高調波発生デバイスは、１次光源であ
るレーザとの関係において、ある望みの波長での光の基
板に対する透過率によって、反射型および透過型のいず
れの２次高調波発生デバイスとしても実現可能である。

第２図は反射型の２次高調波発生デバイスの実施例を示
す。第２図において、６１はレーザー・ダイオードから
なり１次光を発生するレーザー光源、６２はレンズ、６
３はレンズ、６４は第１１に示した２次高調波発生デバ
イス、６５は１次光を反射するとともに２次高調波光を
透過させるダイ・クロイックミラー（誘電体コートした
鏡）、６６はレンズである。

以上のような構成において、レーザー光源６１から出た
１次光は、レンズ６２で平行光にされてダイクロインク
ミラー６５に照射され、ダイクロイックミラー６５で反
射されレンズ６３で絞られて２次高調波発生デバイス６
４に入射する。この結果、２次高調波発生デバイス６４
内では、１次光の定在波が立ち、これによって発生した
２次高調波光の一部は基板側へ進行するが、他は反射さ
れて外部へ放射される。２次高調波発生デバイス６４か
ら外部へ放射された２次高調波光は、レンズ６３で平行
光にされてダイクロイックミラー６５に！！ｑ射され、
ダイクロイックミラー６５を透過してレンズ６６で絞ら
れることになる。一方、２次高調波発生デバイス６４か
ら漏れ出た１次光はダイクロイックミラー６５で反射さ
れて２次高調波光とは異なる方向に放射され、１次光と
２次高調波光の分離が図られる。

第３図は透過型の２次高調波発生デバイスの実施例を示
す。第３図において、７１はレーザー・ダイオードから
なり１次光を発生するレーザー光源、７２はレンズであ
る。７３は第１図に示したのと同様の２次高調波発生デ
バイスであり、基板７４ａとその上に積層したエピタキ
シャル層７４ｂとからなり、エピタキシャル層７４ｂが
半導体多層積層反射鏡、２次高調波発生物質層および誘
電体多層積層反射鏡を構成している。この例では、基板
７４ａの１次光の透過部分をエツチングにより後ろ側か
ら取り除き、基板７４ａによる１次光の吸収を減らすよ
うにしているが、１次光の吸収が無視できる場合にはこ
の必要はない。

７５．７６は１次光を反射するとともに２次高調波光を
透過させるダイクロイックミラー、７７はレンズである
。

以上のような構成において、レーザー光＃７１から出た
１次光は、レンズ７２で絞られて２次高調波発生デバイ
ス７３に入射する。この結果、２次高調波発生デバイス
７３内では、第２図の場合と同様に１次光の定在波が立
ち、この１次光によって２次高調波光が前方および後方
に進行してそれぞれ外部へ放射される。この例の場合は
、前方に進行して外部へ放射される２次高調波光を利用
している。２次高調波発生デバイス７３から放射された
２次高調波光は、ダイクロイックミラー７５を通り、レ
ンズ７７で平行光にされてダイクロイックミラー７６を
通して放射されることになる。

一方、２次高調波発生デバイス７３から漏れ出た１次光
はダイクロイックミラー７５で反射されて２次高調波発
生デバイス７３に戻り、またダイクロイックミラー７５
を漏れ出た１次光はダイクロイックミラー７６で反射さ
れて２次高調波光とは異なる方向に放射されることにな
り、１次光と２次高調波光の分離の完全化が図られる。

なお、上記では、２枚のダイクロイックミラー７５．７
６を用いているが、これは、１次光と２次高調波光との
分離を良くするためであり、ダイクロイックミラー７５
．７６のいずれか一方を設けるのみでもよい。

以上に述べたような反射型および透過型の２次高調波発
生デバイスは、通常の導波路型の２次高調波発生デバイ
スに比べて、つぎのような利点を持っている。

■　微細な寸法をもつ光導波路に１次光をアラインする
必要がない。

■　２次高調波発生物質Ｎ４０は微小空間に存在するだ
けでよいので、コストが安い。

■　縦型レーザーとの長期間安定な集積化が可能となる
ので、コストは安上がりとなり、部品の数およびサイズ
を削減できる。

特に、第２図に示した反射型のモードでは、適切な層構
造を持った物質層ならば、それ以上のプロセスなしで、
２次高調波発生デバイスとして使える。

友見炎Ｉ実施例２を第４図ないし第７図に基づいて説明する。

この実施例は、請求項（２）に対応し、第４図に示すよ
うに、１次光を発生する表面放射型の半導体レーザを構
成する化合物半導体多層積層構造８８と、化合物半導体
多層積層構造８８に積層されて半導体レーザからの１次
光が入射する２次高調波発生物質層８３と、少なくとも
２次高調波発生物質１ｉ８３を挟んだ状態に積層され１
次光に対してファブリ・ペロー共振器を構成する誘電体
多層積層反射鏡８２および半導体多層積層反射鏡８５と
を備えており、以上の構成を例えばＧａＡｓからなる基
板８１上に形成している。

誘電体多層積層反射鏡８２は、５ｉｆｔ層とＺｒＱ２層
とを交互に積層した構造で、２次高調波光に対して透明
であり、その厚さ等は第１図に示した誘電体多層積層反
射鏡５０と同様である。

２次高調波発生物質層８３は、第１図に示したものと同
様のＩｔ−Ｖｌ族化合物半導体からなり、その厚さは例
えば０．５〜１．０　μｍ程度である。

半導体多層積層反射鏡８５は、ｐ−Ａｅｏ、ＩｏＧａｏ
、ｑｏＡＳ層とｐ　　Ａｊ！ｏ、７ｏＧａｏ、３ｏＡｓ
層とを交互に積層した半導体積層構造で、その厚さ等は
第１図に示した半導体多層積層反射鏡３０と同様である
。

化合物半導体多層積層構造８８は、ＡＩＣ，ａＡＳの多
層積層構造もしくはＧａＡｓとＡＩＧａＡＳとの多層積
層構造からなり、−例として、第４図では、ｎ　　Ａ　
ｊ！　ｏ、　ｉｏＧ　ａ　Ｏ，？ＯＡ　Ｓエッチスト７
１層８８ａと、ｎ　　ＡＲｏ、５ｂＧａｏ、ａａＡＳク
ラッドＮ８８ｂと、ｎ−ＧａＡｓ活性層８８ｃと、ｐＡ
　１−　ｏ、　３３　Ｃ＋　ａ　ｏ、　６？　Ａ　３ク
ラッド層８８ｄとで構成されていて、表面放射型レーザ
ー（、Ｓ　Ｅ　Ｌ　）を構成する。

８４は半導体多層積層反射＠８５の表面に設けたキャッ
プ層で、例えばｐ”　−ＧａＡｓからなる。

８７は埋め込み層で、例えばｎ−ＧａＡｓからなる。８
９はｎ−ＧａＡｓからなるバッファ層である。８６ａお
よび８６ｂはそれぞれ金属電極である。

この実施例では、２次高調波発生物質層８３と表面放射
型レーザー（ＳＥＬ）を構成する化合物半導体多層積層
構造８８とを集積化しているので、部品数を減らし、も
って小型で信頬性の高い２次高調波光源を提供すること
ができる。また、この実施例では、フィルタと反射鏡を
構成する誘電体多層積層反射鏡８２および半導体多層積
層反射鏡８５を集積化しているので、２次高調波発生効
率の倍増を図ることができ、誘電体多層積層反射鏡８２
を通して放射される２次高調波光の強度を高めることが
できる。

２次高調波発生効率を高めるために、ファブリ・ベロー
共振器と表面放射型レーザーを集積化するための最も直
接的な方法は、第４図に示したように、半導体レーザー
を構成する化合物半導体多層積層構造８８中に■−■化
合物半導体からなる２次高調波発生物質層８３を直接埋
め込むことである。このアプローチは、横用他の特許で
すでに提案されている。同一の共振器キャビティを用い
ることによって、１次光の強度は２次高調波発生物質層
８３のところで最大になることが確かめられる。このア
プローチは、普通のレーザーに使われる反射鏡よりも高
い反射率を持つ誘電体多層積層反射鏡８２および半導体
多層積層反射鏡８５を用いることによって、さらに有効
となる。その理由は、今の場合重要なことは１次光のキ
ャビティ内の強度を強めることであって、１次光の出力
パワーを高めることではないからである。誘電体多層積
層反射鏡８２は２次高調波光を透過し、１次光を反射す
るから、この方法で２次高調波発生効率を高めることに
は、あらかしめ２次高調波光と１次光が振り分けられる
というメリットがある。

上記のアプローチは、レーザー・キャビティ中の１次光
の強度によって制限される。したがって、レーザー・キ
ャビティにとって望ましい強度を超えて１次光の強度を
高めることが有効である。

第５図および第６図には、第１の変形例として、ファプ
リ・ベロー共振器と表面放射型レーザーとを縦型に集積
化することによって、上記の目的を達成できる構造を示
している。

第５図は概略ｌであり、第６図は詳細図である。

これらの図において、９１はＧａＡｓからなる基板、９
２は５＋０２層とＺｒＯ，層とを交互に積層した構造か
らなる誘電体多層積層反射鏡（ダイク亡イックミラー）
、９３は■−■族系化合物半導体からなる２次高調波発
生物質層（高光強度２次高調波発生領域）、９４はｎ　
　Ａ　１２　。

Ｇａ６．ｑ６Ａｓ層とｎＡ　！ｌ　。、　ｔ。Ｇ　ａ　
ｏ、　３６Ａ　５層とを交互に積層した構造からなる半
導体多層積層反射鏡（ダイクロイックミラー）である。

９５は表面放射型レーザーを構成する化合物半導体多層
積層構造（レーザー活性領域）で、例えばｎＡｊ！ｏ、
３ｏＧａｏ、ｔａＡｓエッチストップ層９５ａと、ｎ　
　Ａ　７＋６．ｓｂＧ　ａ　ｏ、４４ＡＳクラフト層９
５ｂと、ｎ−ＧａＡｓ活性層９５Ｃと、ｐ　　Ａｌｏ、
ｘｓＧａａ、６７ＡＳクラッド層９５ｄとからなる。９
６はｐＡ　１　ｏ、　＋ｏＧ　ａ　ｅ、　ｑｏＡ　３層
とｐ　　ＡＮ−ｏ、ｑｏＧａｏ、３ｏＡｓ層とを交互に
積層した構造からなる半導体多層積層反射鏡（ダイクロ
イックミラー）である。９７はｎ−ＧａＡｓからなる埋
め込み層、９９はｐ’−ＧａＡｓからなるキャップ層、
１００はｎ−ＧａＡｓからなるバッファ層である。

９８ａおよび９８ｂはそれぞれ金属電極である。

第４図の構造との相違点は、２次高調波発生物質層９３
と化合物半導体多層積層構造９５の間に半導体多層積層
反射鏡９４が設けられたことて、その他の構造について
は第４図と同様である。

以上のような構造の２次高調波発生デバイスにおいては
、ｎ型の半導体多層積層反射鏡９４およびｐ型の半導体
多層積層反射鏡９６がＧａＡｓ系レーザー・ダイオード
を構成する化合物半導体多層積層構造９５に対するレー
ザー・キャビティとして働き、１次光が第５図において
矢印Ａのように半導体多層積層反射鏡９４．９６間で共
振し、このレーザー構造から１次光となるレーザー光が
得られる。この１次光がＩＩ−Ｖｌ族化合物半導体から
なる２次高調波発生物質層９３に入射するが、ここでｎ
型の半導体多層積層反射鏡９４と誘電体多層積層反射鏡
９２とによるキャビティにより１次光が矢印Ｂのように
再び共振し、２次高調波発生物質層９３中で１次光の強
度が強められ、２次高調波発生物質層９３で発生した２
次高調波光が誘電体多層積層反射鏡９２を通して矢印Ｃ
のように外部へ放射されることになる。

さらに、本来ならば表面放射型レーザーの活性領域（化
合物半導体多層積層構造）で消費されてしまうはずの２
次高調波光を反射して戻す誘電体多層積層反射鏡を用い
ることによって、２次高調波光の出力パワーを倍増する
ことが可能となる。

このような２次高調波光のレーザー活性領域の入射を防
止して戻す誘電体多層積層反射鏡は、１次光には透明で
２次高調波光に対しては反射する構成で、かつ反射され
て戻った２次高調波光が、もともとの出力光と位相が合
うような位置に置かれなければならない。このような誘
電体多層積層反射鏡を追加した２次高調波発生デバイス
の第２の変形例を第７図に示す。第７回において、１０
１は１次光を反射し２次高調波光に対して透明な誘電体
多層積層反射鏡、１０２は２次高調波発生物質層、１０
３は１次光を反射する誘電体多層積層反射鏡、１０４は
２次高調波光を反射し１次光に対しては透明な誘電体多
層積層反射鏡、１０５はレーザー・ダイオード活性領域
、１０６は電極、絶縁体、誘電体等の積層構造、１０７
は基板である。

以上のように、誘電体多層積層反射鏡１０４を設けた構
造にすると、２次高調波発生物質層１０２から矢印りの
ように誘電体多層積層反射鏡１０１の方向へ放射された
２次高調波光は、誘電体多層積層反射鏡１０１を通して
外部へ放射される。また、２次高調波発生物質層１０２
から矢印Ｅのように誘電体多層積層反射鏡１０３の方向
へ放射された２次高調波光は、誘電体多層積層反射鏡１
０４で反射されて、矢印Ｆのように方向が反転して誘電
体多層積層反射鏡１０１を通して外部へ放射されること
になり、矢印り、　　Ｆの２次高調波光は位相が合致し
ている。

犬薯ｌレ− 実施例３を第８図に基づいて説明する。

この実施例は、請求項（３）に対応する。実施例１と実
施例２では基板に対してヒーｌ、が垂直であったが、こ
の実施例３では基板に平行な光導波路での１次光の強度
を強める誘電体コーティングに関わる。

第８図ｔａ＋はこの実施例３の２次高調波発生デバイス
の側面断面図を示し、第８図（ｂｌは同しく平面口、第
８図（Ｃ）は同しく正面断面図を示している。

第８図において、１１０はＬｉＮｂＣ）＋などの２次高
調波発生物質からなる基板、１１２ｂは基板１１０の一
面をエツチングして設けた凸条、１１２ａは凸条１１２
ｂの表面に設けた条溝を埋め込んだ状態に設けた高屈折
率物質である。高屈折率物質１１２ａは、２次高調波発
生物質より屈折率が同波長の光波に対して高い物質から
なる。そして、２次高調波発生物質からなる凸条１１２
ｂの一面に形成した条溝に２次高調波発生物質より屈折
率が同波長の光波に対し高い高屈折率物質１１２ａを埋
め込んだ構造で光導波路１１２を構成している。

さらに、光導波路１１２の両端面に前記実施例で述べた
のと同様の構造のファブリ・ペロー共振器を構成する誘
電体多層積層反射鏡１１１　、１１３を積層形成してい
る。

以上のような構造において、矢印Ｇに示すように１次光
が誘電体多層積層反射鏡１１１を通して先導波路１１２
の高屈折率物質１１２ａに入射すると、１次光はファブ
リ・ペロー共振器を構成する誘電体多層積層反射鏡１１
１　、１１３間で共振し、光導波路１１２内での１次光
の強度が高められ、光導波路１１２の凸条部１１２ｂ内
で発生する２次高調波光の強度が高まり、誘電体多層積
層反射鏡１１３を通して矢印Ｈのように高強度の２次高
調波光が放射されることになる。

この実施例の目的は、何等かの方法で導波路を用いてい
る２次高調波発生技術の効率を高めることである。特に
、１次光と２次高調波光について異なったモードを用い
て、光導波路中で位相整合をとる方式では、この実施例
を用いることが著しく有用となる。異なる導波モード間
で位相整合をとることは、光導波路の厚さやその他のパ
ラメータにきわめて敏感で、相応の２次高調波出力パワ
ーを得るために光導波路のある長さにわたって位相整合
させるのは非常にむずかしい。したがって、この実施例
のように、５〜１０μｍ程度の短い光導波路１１２で、
かつ、位相整合にそれほど拘束されずに、相応の２次高
調波光の出力パワーがとれれば、きわめて大きなメリッ
トがある。

上記したように、先導波路１１２の両端を誘電体多層積
層反射鏡１１１　、１１３でキャンプして、光導波路１
１２中での１次光の強度を強めれば、２次高調波光の出
力パワーも増加する。このような誘電体多層積層反射鏡
１］１　、１．１３は、最近のレーザー・グイオートで
はすでに実用されている。導波路１１２の端面ば、レー
ザーのときと同様に、へき開エツチングあるいは両者の
組み合わせなどの方法によって形成される。

〔発　明　の　効　果〕

この発明の２次高調波発生デバイスによれば、つぎのよ
うに効果が得られる。

（１）一つの部品で複数の機能を持たセることかでき、
小型化できるとともに信頼性を高める、二とができ、さ
らに安価に製造できる。

（２）成長基板としてマクロスコピ・ツクなサイスを持
つ基板を用いることによって、比較的薄い２次高調波発
生物質層をよくコントロールされた状態で堆積させるこ
とができ、その結果コヒーレント長の層厚が再現性よく
得られる。

（３）ファブリ・ペロー共振器の共鳴間の間隔、すなわ
ちある共鳴と次の共鳴間の波長スペクトル領域と、共鳴
幅が十分大きくとれるので、１次入射のレーザー光の波
長は、動作温度を調節することによって、簡単に共鳴条
件に同期させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１１ＥＩ（ａ）はこの発明の２次高調波発生デバイス
における実施例１の構造を示す断面図、第１図（ｂ）は
第１図（ａｌの２次高調波発生デバイス内の光強度分布
を示す特性図、第２図は実施例］のデバイスを利用した
反射型の２次高調波発生デバイスの構造を示す概略図、
第３図は同しくｉ３過型の２次高調波発生デバイスの構
造を示す概略図、第４図はこの発明の２次高調波発生デ
バイスの実施例２の構造を示す断面図、第５図は実施例
２の第１の変形例を示す概略図、第６図は同しく断面図
、第７図は実施例２の第２の変形例を示す断面図、第８
図ｆａ１．　（ｂｌ、　（Ｃ１はそれぞれこの発明の２
次高調波発生デバイスの実施例３の構造を示す側面断面
図平面図および正面断面図である。３０・・・半導体多層積層反射鏡、４０・・・２次高調
波発生物質層、５０・・・誘電体多層積層反射鏡、８２
・・・誘電体多層積層反射鏡、８３・・・２次高調波発
生物質層、８５・・・半導体多層積層反射鏡、８８・・
・化合物半導体多層積層構造、９２・・・誘電体多層積
層反射鏡、９３・・・２次高調波発生物質層、９４・・
・半導体多層積層反射鏡、９５・・・化合物半導体多層
積層構造、９６・・・半導体多層積層反射鏡、１０１・
・・誘電体多層積層反射鏡、１０２・・・２次高調波発
生物質層、１０３・・・誘電体多層積層反射鏡、１０４
・・・誘電体多層積層反射鏡、１０５・・・化合物半導
体多層積層構造、ｌ　１．　ｌ・・・誘電体多層積層反
射鏡、１１２・・・光導波路、１１３・・・誘電体多層
積層反射鏡トＰど喪ｔ第図５〇−誘電体多層積層反射鏡第図第図第図第図９３・・・２次高調波発生吻頁層竿図 ■ ■ ・・誘電体多層噴石反射鏡 ■ ・・化合物半導体多層積層構造

Claims

【特許請求の範囲】

（１）２次高調波発生物質層と、前記２次高調波発生物
質層を挟んだ状態に積層され１次光に対してファブリ・
ペロー共振器を構成する複数の多層積層反射鏡とを備え
た２次高調波発生デバイス。
（２）１次光を発生する半導体レーザを構成する化合物
半導体多層積層構造と、前記化合物半導体多層積層構造
に積層されて前記半導体レーザからの１次光が入射する
２次高調波発生物質層と、少なくとも前記２次高調波発
生物質層を挟んだ状態に積層され１次光に対してファブ
リ・ペロー共振器を構成する複数の多層積層反射鏡とを
備えた２次高調波発生デバイス。
（３）２次高調波発生物質からなる凸条の一面に形成し
た条溝に前記２次高調波発生物質より屈折率が同波長の
光波に対し高い高屈折率物質を埋め込んだ構造を有する
光導波路と、前記光導波路の両端面に積層されて前記１
次光に対してファブリ・ペロー共振器を構成する複数の
多層積層反射鏡とを備えた２次高調波発生デバイス。