JPH04296731A - 短波長レーザ光源 - Google Patents
短波長レーザ光源Info
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- JPH04296731A JPH04296731A JP3062806A JP6280691A JPH04296731A JP H04296731 A JPH04296731 A JP H04296731A JP 3062806 A JP3062806 A JP 3062806A JP 6280691 A JP6280691 A JP 6280691A JP H04296731 A JPH04296731 A JP H04296731A
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
- G02F1/3775—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure with a periodic structure, e.g. domain inversion, for quasi-phase-matching [QPM]
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3544—Particular phase matching techniques
- G02F1/3548—Quasi phase matching [QPM], e.g. using a periodic domain inverted structure
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コヒ−レント光を利用
する光情報処理分野、あるいは光応用計測制御分野に使
用する短波長レーザ光源に関するものである。
する光情報処理分野、あるいは光応用計測制御分野に使
用する短波長レーザ光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】第８図に従来の短波長レーザ光源の構成
図を示す。２０は波長８００ｎｍ帯の半導体レーザ、２
５は光波長変換素子、３０はレンズである。光波長変換
素子２５においてＬｉＮｂＯ３基板１に光導波路２が形
成され、さらに光導波路２には周期的に分極の反転した
層３（分極反転層）が形成され周期状分極反転構造を有
している。基本波と発生する高調波の伝搬定数の不整合
を分極反転層３の周期構造で補償することにより高効率
に高調波を出すことができる。半導体レーザ２０から出
射された光Ｐ１はレンズ３０により光導波路２の入射面
１０に基本波Ｐ１を入射すると、光導波路２から高調波
Ｐ３が効率良く発生され、光波長変換素子として動作す
る。 このような従来の光波長変換素子は周期状分極反転構造
を基本構成要素としていた。（日経ニューマテリアル、
１９９０年８月２０号、６５ページ参照）この光波長変
換素子は波長０．８μｍの基本波Ｐ１に対して、光導波
路の長さを１ｍｍ、基本波Ｐ１のパワーを１ｍＷにした
とき高調波Ｐ３のパワー０．５ｎＷが得られていた。基
本波が４０ｍＷ入射したとすると素子長１０ｍｍで８０
μＷの高調波出力が可能である。この場合１０ｍｍの素
子での１Ｗ当りの変換効率は５％／Ｗ・ｃｍである。ま
た、同様の構成でＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）を用いた場
合８０ｍＷ入力で２ｍＷの出力が得られていた。
図を示す。２０は波長８００ｎｍ帯の半導体レーザ、２
５は光波長変換素子、３０はレンズである。光波長変換
素子２５においてＬｉＮｂＯ３基板１に光導波路２が形
成され、さらに光導波路２には周期的に分極の反転した
層３（分極反転層）が形成され周期状分極反転構造を有
している。基本波と発生する高調波の伝搬定数の不整合
を分極反転層３の周期構造で補償することにより高効率
に高調波を出すことができる。半導体レーザ２０から出
射された光Ｐ１はレンズ３０により光導波路２の入射面
１０に基本波Ｐ１を入射すると、光導波路２から高調波
Ｐ３が効率良く発生され、光波長変換素子として動作す
る。 このような従来の光波長変換素子は周期状分極反転構造
を基本構成要素としていた。（日経ニューマテリアル、
１９９０年８月２０号、６５ページ参照）この光波長変
換素子は波長０．８μｍの基本波Ｐ１に対して、光導波
路の長さを１ｍｍ、基本波Ｐ１のパワーを１ｍＷにした
とき高調波Ｐ３のパワー０．５ｎＷが得られていた。基
本波が４０ｍＷ入射したとすると素子長１０ｍｍで８０
μＷの高調波出力が可能である。この場合１０ｍｍの素
子での１Ｗ当りの変換効率は５％／Ｗ・ｃｍである。ま
た、同様の構成でＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）を用いた場
合８０ｍＷ入力で２ｍＷの出力が得られていた。
【０００３】次に第２の従来例である短波長レーザ光源
について説明する。図９にその構成図を示す。この短波
長レーザ光源は半導体レーザ２０と固体レーザ結晶２１
および非線形光学結晶であるＫＮｂＯ３による光波長変
換素子２５より基本的に構成されている。（日経ニュー
マテリアル、１９９０年８月２０号３２ページ参照）半
導体レーザ２０より出た光Ｐ１をレンズ３０にて集光し
、固体レーザ結晶であるＹＡＧ２１を励起する。２２は
全反射ミラーで波長９４７ｎｍの光を９９％全反射し８
００ｎｍ帯の光は透過する。また、２３も全反射ミラー
で波長９４７ｎｍの光を９９％全反射し４００ｎｍ帯の
光は透過する。これにより９４７ｎｍの発振を生じさせ
る。 この全反射ミラー２２および２３で構成される共振器の
なかに光波長変換素子２５を入れることで高調波の出力
を高めている。これは、共振器の内部のパワーは１Ｗ以
上に達するため高調波への変換が増大するからである。 ５００ｍＷの半導体レーザより１ｍＷの高調波が得られ
ていた。
について説明する。図９にその構成図を示す。この短波
長レーザ光源は半導体レーザ２０と固体レーザ結晶２１
および非線形光学結晶であるＫＮｂＯ３による光波長変
換素子２５より基本的に構成されている。（日経ニュー
マテリアル、１９９０年８月２０号３２ページ参照）半
導体レーザ２０より出た光Ｐ１をレンズ３０にて集光し
、固体レーザ結晶であるＹＡＧ２１を励起する。２２は
全反射ミラーで波長９４７ｎｍの光を９９％全反射し８
００ｎｍ帯の光は透過する。また、２３も全反射ミラー
で波長９４７ｎｍの光を９９％全反射し４００ｎｍ帯の
光は透過する。これにより９４７ｎｍの発振を生じさせ
る。 この全反射ミラー２２および２３で構成される共振器の
なかに光波長変換素子２５を入れることで高調波の出力
を高めている。これは、共振器の内部のパワーは１Ｗ以
上に達するため高調波への変換が増大するからである。 ５００ｍＷの半導体レーザより１ｍＷの高調波が得られ
ていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のような分極反転
層を基本とした光波長変換素子と半導体レーザを組み合
わせた短波長レーザ光源では半導体レーザからの基本波
の波長に対する光波長変換素子の許容度が小さく、例え
ば素子長５ｍｍのときレーザの波長に対する許容度が狭
く半値幅で０．４ｎｍしかない。そのため光波長変換素
子と半導体レーザと組み合わせた場合、半導体レーザが
温度変化のため波長変動を生じ高調波がでなくなる、ま
たは大きく高調波の出力が変動するといった問題があっ
た。具体的に半導体レーザが１℃温度変化すると、波長
は０．３ｎｍ変化するため、２℃の変化で出力がでなく
なるという問題が生じていた。また、使用できる半導体
レーザは光導波路とのカップリングを考えるとサブミク
ロンオーダーの集光が必要なため、幅８μｍ以下の活性
層を持つシングルストライプに限られる。そのため、最
大１００ｍＷ程度の出力を持つ半導体レーザしか使えな
いという問題もあった。
層を基本とした光波長変換素子と半導体レーザを組み合
わせた短波長レーザ光源では半導体レーザからの基本波
の波長に対する光波長変換素子の許容度が小さく、例え
ば素子長５ｍｍのときレーザの波長に対する許容度が狭
く半値幅で０．４ｎｍしかない。そのため光波長変換素
子と半導体レーザと組み合わせた場合、半導体レーザが
温度変化のため波長変動を生じ高調波がでなくなる、ま
たは大きく高調波の出力が変動するといった問題があっ
た。具体的に半導体レーザが１℃温度変化すると、波長
は０．３ｎｍ変化するため、２℃の変化で出力がでなく
なるという問題が生じていた。また、使用できる半導体
レーザは光導波路とのカップリングを考えるとサブミク
ロンオーダーの集光が必要なため、幅８μｍ以下の活性
層を持つシングルストライプに限られる。そのため、最
大１００ｍＷ程度の出力を持つ半導体レーザしか使えな
いという問題もあった。
【０００５】一方、ＫＮｂＯ３を内部共振器として用い
た短波長レーザ光源ではＫＮｂＯ３の温度許容度が０．
２℃と小さく超精密温度制御が必要なため実用化は困難
であった。また、共振器の長さが１ｃｍ以上となり縦モ
ードが立つため光波長変換素子の変換効率が変化しノイ
ズが発生することも問題であった。
た短波長レーザ光源ではＫＮｂＯ３の温度許容度が０．
２℃と小さく超精密温度制御が必要なため実用化は困難
であった。また、共振器の長さが１ｃｍ以上となり縦モ
ードが立つため光波長変換素子の変換効率が変化しノイ
ズが発生することも問題であった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するため、半導体レーザと、固体レーザ結晶と、非
線形光学結晶で形成された光波長変換素子と、前記半導
体レーザと前記固体レーザ結晶との間に設置した第１の
全反射ミラーと、前記固体レーザ結晶に対して基本光の
出射側に設置した第２の全反射ミラーとを備え、前記光
波長変換素子には周期的分極反転構造が形成され、前記
固体レーザからの基本光の波長を変換し、高調波を出力
することを特徴とする短波長レーザ光源とするものであ
る。。
解決するため、半導体レーザと、固体レーザ結晶と、非
線形光学結晶で形成された光波長変換素子と、前記半導
体レーザと前記固体レーザ結晶との間に設置した第１の
全反射ミラーと、前記固体レーザ結晶に対して基本光の
出射側に設置した第２の全反射ミラーとを備え、前記光
波長変換素子には周期的分極反転構造が形成され、前記
固体レーザからの基本光の波長を変換し、高調波を出力
することを特徴とする短波長レーザ光源とするものであ
る。。
【０００７】
【作用】本発明の短波長レーザ光源によれば、固体レー
ザ結晶を半導体レーザと光波長変換素子の間に介するこ
とにより、半導体レーザの波長が変化しても固体レーザ
結晶の発振波長は変わることなく常に一定であり、その
ため最高の高調波出力が得られる。また、使用する半導
体レーザはマルチストライプや活性層が１００μｍ以上
もあるワイドストライプが使用でき、最大１Ｗの励起パ
ワーが使用できる。そのため、固体レーザ結晶よりの基
本波も２５０ｍＷ程度まで使用可能となり高調波への変
換効率も大幅にアップする。
ザ結晶を半導体レーザと光波長変換素子の間に介するこ
とにより、半導体レーザの波長が変化しても固体レーザ
結晶の発振波長は変わることなく常に一定であり、その
ため最高の高調波出力が得られる。また、使用する半導
体レーザはマルチストライプや活性層が１００μｍ以上
もあるワイドストライプが使用でき、最大１Ｗの励起パ
ワーが使用できる。そのため、固体レーザ結晶よりの基
本波も２５０ｍＷ程度まで使用可能となり高調波への変
換効率も大幅にアップする。
【０００８】また、本発明の短波長レーザ光源では分極
反転構造を持つ光波長変換素子を基本としているため温
度に対する許容度は広く、簡単な温度制御により実用に
耐えるものが製造可能となる。
反転構造を持つ光波長変換素子を基本としているため温
度に対する許容度は広く、簡単な温度制御により実用に
耐えるものが製造可能となる。
【０００９】
【実施例】実施例の一つとして本発明の短波長レーザ光
源の構成を図を用いて説明する。まず、本発明による短
波長レーザ光源の第１の実施例の構造図を図１に示す。 図１で１は−Ｚ板（Ｚ軸と垂直に切り出された基板の−
側）のＬｉＴａＯ３基板、２は形成された光導波路、３
は分極反転層、１０は基本波Ｐ２の入射部、１２は高調
波Ｐ３の出射部である。
源の構成を図を用いて説明する。まず、本発明による短
波長レーザ光源の第１の実施例の構造図を図１に示す。 図１で１は−Ｚ板（Ｚ軸と垂直に切り出された基板の−
側）のＬｉＴａＯ３基板、２は形成された光導波路、３
は分極反転層、１０は基本波Ｐ２の入射部、１２は高調
波Ｐ３の出射部である。
【００１０】以下、その動作を述べる。半導体レーザ２
０より出た光Ｐ１はレンズ３０で集光され固体レーザ結
晶であるＹＡＧ２１を励起する。ＹＡＧ２１には９４７
ｎｍの光を９９パーセント反射する全反射ミラー２２お
よび同じく９７パーセント反射する２３が形成されてお
り波長９４７ｎｍでレーザ発振し、基本波Ｐ２が全反射
ミラー２３側より放射される。基本波Ｐ２はレンズ３１
により集光され光波長変換素子２５により基本波Ｐ２は
高調波Ｐ３へと変換される。この実施例では周期構造が
形成された周期状分極反転構造を持つ光波長変換素子と
してＬｉＴａＯ３基板１中にプロトン交換を用いて作製
した光導波路２を用いたものである。光導波路２に入っ
た基本波Ｐ２は位相整合長Ｌの長さを持った分極反転層
で高調波Ｐ３に変換され、次の同じくＬの長さを持った
非分極反転層４で高調波パワーは増す事になる。このよ
うにして光導波路２内でパワーを増した高調波Ｐ３は出
射部１２より放射される。
０より出た光Ｐ１はレンズ３０で集光され固体レーザ結
晶であるＹＡＧ２１を励起する。ＹＡＧ２１には９４７
ｎｍの光を９９パーセント反射する全反射ミラー２２お
よび同じく９７パーセント反射する２３が形成されてお
り波長９４７ｎｍでレーザ発振し、基本波Ｐ２が全反射
ミラー２３側より放射される。基本波Ｐ２はレンズ３１
により集光され光波長変換素子２５により基本波Ｐ２は
高調波Ｐ３へと変換される。この実施例では周期構造が
形成された周期状分極反転構造を持つ光波長変換素子と
してＬｉＴａＯ３基板１中にプロトン交換を用いて作製
した光導波路２を用いたものである。光導波路２に入っ
た基本波Ｐ２は位相整合長Ｌの長さを持った分極反転層
で高調波Ｐ３に変換され、次の同じくＬの長さを持った
非分極反転層４で高調波パワーは増す事になる。このよ
うにして光導波路２内でパワーを増した高調波Ｐ３は出
射部１２より放射される。
【００１１】次にこの光波長変換素子２５の製造方法に
ついて図を使って簡単に説明する。図２（ａ）でまずＬ
ｉＴａＯ３基板１に通常のフォトプロセスとドライエッ
チングを用いてＴａ６ａをパターニングする。次に同図
（ｂ）でＴａ６ａが形成されたＬｉＴａＯ３基板１に２
６０℃、５０分プロトン交換を行う。その後同図（ｃ）
で５８０℃、５分間熱処理を行いプロトン交換層５に厚
み２．７μｍの分極反転層３を形成する。プロトン交換
層５は基板１に比べてＬｉが減少しておりキュリー温度
が低下するためプロトン交換層５のキュリー温度以上で
基板のキュリー温度以下の５８０℃で熱処理することに
よって部分的に分極反転ができる。分極反転層３の長さ
Ｌは２．７μｍである。その後ＨＦ：ＨＮＦ３の１：１
混合液にて２０分間エッチングしＴａ６ａを除去する。 次に同図（ｄ）で上記分極反転層３中にプロトン交換を
用いて光導波路２を形成する。光導波路２用マスクとし
てＴａをストライプ状にパターニングを行った後、Ｔａ
マスクに幅６μｍ、長さ１０ｍｍのスリットが形成され
たものに２６０℃、１６分間プロトン交換を行った。次
にマスクを除去した後３８０℃で１０分間アニールを行
った。プロトン交換された保護マスクのスリット直下の
領域は屈折率が０．０１程度上昇した高屈折率層２とな
る。光は高屈折率層２を伝搬し、これが光導波路２とな
る。この光導波路２の厚みｄは２μｍであり分極反転層
３の厚み２．７μｍに比べ小さく導波する光は有効に波
長変換される。分極反転層３の周期Λは５．５μｍであ
り波長９４７ｎｍに対して動作する。光導波路２に垂直
な面を光学研磨し入射部１０および出射部１２を形成し
た。このようにして図１に示される光波長変換素子２５
が製造できる。
ついて図を使って簡単に説明する。図２（ａ）でまずＬ
ｉＴａＯ３基板１に通常のフォトプロセスとドライエッ
チングを用いてＴａ６ａをパターニングする。次に同図
（ｂ）でＴａ６ａが形成されたＬｉＴａＯ３基板１に２
６０℃、５０分プロトン交換を行う。その後同図（ｃ）
で５８０℃、５分間熱処理を行いプロトン交換層５に厚
み２．７μｍの分極反転層３を形成する。プロトン交換
層５は基板１に比べてＬｉが減少しておりキュリー温度
が低下するためプロトン交換層５のキュリー温度以上で
基板のキュリー温度以下の５８０℃で熱処理することに
よって部分的に分極反転ができる。分極反転層３の長さ
Ｌは２．７μｍである。その後ＨＦ：ＨＮＦ３の１：１
混合液にて２０分間エッチングしＴａ６ａを除去する。 次に同図（ｄ）で上記分極反転層３中にプロトン交換を
用いて光導波路２を形成する。光導波路２用マスクとし
てＴａをストライプ状にパターニングを行った後、Ｔａ
マスクに幅６μｍ、長さ１０ｍｍのスリットが形成され
たものに２６０℃、１６分間プロトン交換を行った。次
にマスクを除去した後３８０℃で１０分間アニールを行
った。プロトン交換された保護マスクのスリット直下の
領域は屈折率が０．０１程度上昇した高屈折率層２とな
る。光は高屈折率層２を伝搬し、これが光導波路２とな
る。この光導波路２の厚みｄは２μｍであり分極反転層
３の厚み２．７μｍに比べ小さく導波する光は有効に波
長変換される。分極反転層３の周期Λは５．５μｍであ
り波長９４７ｎｍに対して動作する。光導波路２に垂直
な面を光学研磨し入射部１０および出射部１２を形成し
た。このようにして図１に示される光波長変換素子２５
が製造できる。
【００１２】また、この素子の長さは１０ｍｍである。
図１で基本波Ｐ２として波長９４７ｎｍを入射部１０よ
り導波させたところシングルモード伝搬し、波長４７３
ｎｍの高調波Ｐ３が出射部１２より基板外部に取り出さ
れた。光導波路２の伝搬損失は１ｄＢ／ｃｍと小さく高
調波Ｐ３が有効に取り出された。半導体レーザ２０の出
力光Ｐ１が４００ｍＷでＹＡＧ２１より８０ｍＷの波長
９４７ｎｍの光が発生した。基本波Ｐ２が４０ｍＷの入
力で２ｍＷの高調波Ｐ３を得た。この場合の変換効率は
５％である。また、半導体レーザ２０の出力光Ｐ１が１
Ｗの時２５０ｍＷの基本波Ｐ２が得られ。光波長変換素
子２５の光導波路２には１２０ｍＷが入射した。発生し
た高調波Ｐ２は２０ｍＷであった。光波長変換素子の波
長に対する許容度は０．４ｎｍである。波長が０．４ｎ
ｍずれても固体レーザの発振波長は一定であり、高調波
出力は安定していた。
り導波させたところシングルモード伝搬し、波長４７３
ｎｍの高調波Ｐ３が出射部１２より基板外部に取り出さ
れた。光導波路２の伝搬損失は１ｄＢ／ｃｍと小さく高
調波Ｐ３が有効に取り出された。半導体レーザ２０の出
力光Ｐ１が４００ｍＷでＹＡＧ２１より８０ｍＷの波長
９４７ｎｍの光が発生した。基本波Ｐ２が４０ｍＷの入
力で２ｍＷの高調波Ｐ３を得た。この場合の変換効率は
５％である。また、半導体レーザ２０の出力光Ｐ１が１
Ｗの時２５０ｍＷの基本波Ｐ２が得られ。光波長変換素
子２５の光導波路２には１２０ｍＷが入射した。発生し
た高調波Ｐ２は２０ｍＷであった。光波長変換素子の波
長に対する許容度は０．４ｎｍである。波長が０．４ｎ
ｍずれても固体レーザの発振波長は一定であり、高調波
出力は安定していた。
【００１３】図３に従来のＫＮｂＯ３を用いた短波長レ
ーザ光源と本発明の短波長レーザ光源の光波長変換素子
の温度特性の比較を示す。従来の短波長レーザ光源に用
いていた光波長変換素子は温度に対する許容半値幅がわ
ずかに０．２℃であるのに対して、本発明の短波長レー
ザ光源に用いていた光波長変換素子では４．５℃と大幅
に広く、簡単な温度制御により広い温度範囲にわたって
高調波出力を安定にできる。また、本発明で用いた非線
形光学結晶であるＬｉＴａＯ３は大型結晶が入手でき光
ＩＣプロセスを用いた光波長変換素子の量産化も容易で
あるという特徴もある。高調波出力の安定度は従来の光
波長変換素子に比べ大幅に改善され実用性が増した。半
導体レーザは環境温度が２０℃程度変化しても高調波出
力は安定に得られた。なお基本波に対してマルチモード
伝搬では高調波の出力が不安定で実用的ではなくシング
ルモードが有効である。
ーザ光源と本発明の短波長レーザ光源の光波長変換素子
の温度特性の比較を示す。従来の短波長レーザ光源に用
いていた光波長変換素子は温度に対する許容半値幅がわ
ずかに０．２℃であるのに対して、本発明の短波長レー
ザ光源に用いていた光波長変換素子では４．５℃と大幅
に広く、簡単な温度制御により広い温度範囲にわたって
高調波出力を安定にできる。また、本発明で用いた非線
形光学結晶であるＬｉＴａＯ３は大型結晶が入手でき光
ＩＣプロセスを用いた光波長変換素子の量産化も容易で
あるという特徴もある。高調波出力の安定度は従来の光
波長変換素子に比べ大幅に改善され実用性が増した。半
導体レーザは環境温度が２０℃程度変化しても高調波出
力は安定に得られた。なお基本波に対してマルチモード
伝搬では高調波の出力が不安定で実用的ではなくシング
ルモードが有効である。
【００１４】次に本発明の短波長レーザ光源の第２の実
施例を説明する。図４に第２の実施例の短波長レーザ光
源の構成図を示す。本実施例の短波長レーザ光源は基本
的には半導体レーザ２０と光波長変換素子２５により構
成される。半導体レーザ２０から出射された光Ｐ１はＹ
ＡＧ２１を励起する。これにより得られた基本波Ｐ２は
光波長変換素子２５に導入され高調波Ｐ３へと変換され
る。本実施例ではＬｉＴａＯ３基板全面に周期的に分極
反転層３を持つ分極反転構造が形成されている。９４７
ｎｍの波長で５５℃が動作点である。ヒーターを使用す
るため室温に対して高温側に動作点をとる必要があり、
室温が４０℃まで上昇する場合を考えると特に５０℃以
上が望ましい。全反射ミラー２２および２３の間に光波
長変換素子は置かれており内部パワーが高いため高効率
で変換できる。半導体レーザの波長変動に対しても固体
レーザの発振波長は一定で光波長変換素子２２の高調波
出力は安定化される。高調波への変換効率は光Ｐ１が４
０ｍＷにたいし２％であり、３０℃程度の範囲にわたっ
て出力も非常に安定していた。
施例を説明する。図４に第２の実施例の短波長レーザ光
源の構成図を示す。本実施例の短波長レーザ光源は基本
的には半導体レーザ２０と光波長変換素子２５により構
成される。半導体レーザ２０から出射された光Ｐ１はＹ
ＡＧ２１を励起する。これにより得られた基本波Ｐ２は
光波長変換素子２５に導入され高調波Ｐ３へと変換され
る。本実施例ではＬｉＴａＯ３基板全面に周期的に分極
反転層３を持つ分極反転構造が形成されている。９４７
ｎｍの波長で５５℃が動作点である。ヒーターを使用す
るため室温に対して高温側に動作点をとる必要があり、
室温が４０℃まで上昇する場合を考えると特に５０℃以
上が望ましい。全反射ミラー２２および２３の間に光波
長変換素子は置かれており内部パワーが高いため高効率
で変換できる。半導体レーザの波長変動に対しても固体
レーザの発振波長は一定で光波長変換素子２２の高調波
出力は安定化される。高調波への変換効率は光Ｐ１が４
０ｍＷにたいし２％であり、３０℃程度の範囲にわたっ
て出力も非常に安定していた。
【００１５】本発明の第３の実施例について図面を用い
て説明する。図５に実施例の短波長レーザ光源の構成図
を示す。波長８０６ｎｍの半導体レーザ２０より出た光
Ｐ１はレンズ３０により集光され光波長変換素子２５に
入る。光波長変換素子２５の材料は希土類であるＮｄが
ドープされたＬｉＴａＯ３であり、周期Λ５．６μｍの
分極反転構造が形成されている。Ｎｄのドープ量は１ｍ
ｏｌ／％である。２２は全反射ミラーで波長９４７ｎｍ
の光を９９％全反射し８００ｎｍ帯の光は透過する。ま
た、２３も全反射ミラーで波長９４７ｎｍの光を９９％
全反射し４００ｎｍ帯の光は透過する。Ｎｄは半導体レ
ーザ２０より励起された９４７ｎｍの波長で発振し、さ
らに周期状分極反転構造により高調波Ｐ３に変換され外
部に出射される。光Ｐ１が２００ｍＷにて１０ｍＷの高
調波が得られた。この実施例の短波長レーザ光源の長さ
は２０ｍｍであり、光波長変換素子に希土類をドープす
ると非常にコンパクトにできる。
て説明する。図５に実施例の短波長レーザ光源の構成図
を示す。波長８０６ｎｍの半導体レーザ２０より出た光
Ｐ１はレンズ３０により集光され光波長変換素子２５に
入る。光波長変換素子２５の材料は希土類であるＮｄが
ドープされたＬｉＴａＯ３であり、周期Λ５．６μｍの
分極反転構造が形成されている。Ｎｄのドープ量は１ｍ
ｏｌ／％である。２２は全反射ミラーで波長９４７ｎｍ
の光を９９％全反射し８００ｎｍ帯の光は透過する。ま
た、２３も全反射ミラーで波長９４７ｎｍの光を９９％
全反射し４００ｎｍ帯の光は透過する。Ｎｄは半導体レ
ーザ２０より励起された９４７ｎｍの波長で発振し、さ
らに周期状分極反転構造により高調波Ｐ３に変換され外
部に出射される。光Ｐ１が２００ｍＷにて１０ｍＷの高
調波が得られた。この実施例の短波長レーザ光源の長さ
は２０ｍｍであり、光波長変換素子に希土類をドープす
ると非常にコンパクトにできる。
【００１６】なお実施例では非線形光学結晶としてＬｉ
ＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３を用いたがＫＮｂＯ３、ＫＴＰ
等の強誘電体、ＭＮＡ等の有機材料およびそれらの材料
に希土類をドープしたものにも適用可能である。また、
希土類は実施例で用いたＮｄだけでなくＥｒやＴｌも有
望である。
ＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３を用いたがＫＮｂＯ３、ＫＴＰ
等の強誘電体、ＭＮＡ等の有機材料およびそれらの材料
に希土類をドープしたものにも適用可能である。また、
希土類は実施例で用いたＮｄだけでなくＥｒやＴｌも有
望である。
【００１７】次に本発明の短波長レーザ光源の第４の実
施例を説明する。光波長変換素子の構成は実施例２と同
様である。本実施例ではＬｉＴａＯ３基板の代わりにＬ
ｉＮｂＯ３を基板として用いた。ＬｉＮｂＯ３基板は非
線形性が大きいという特徴がある。分極反転の周期は３
μｍ、素子長は７ｍｍである。この実施例での変換効率
は２００ｍＷ入力で１０％である。光損傷はなく高調波
出力は非常に安定していた。
施例を説明する。光波長変換素子の構成は実施例２と同
様である。本実施例ではＬｉＴａＯ３基板の代わりにＬ
ｉＮｂＯ３を基板として用いた。ＬｉＮｂＯ３基板は非
線形性が大きいという特徴がある。分極反転の周期は３
μｍ、素子長は７ｍｍである。この実施例での変換効率
は２００ｍＷ入力で１０％である。光損傷はなく高調波
出力は非常に安定していた。
【００１８】最後に、本発明第５の実施例について説明
する。この実施例では短波長レーザ光源に変調機能を加
えている。図６に本実施例の短波長レーザ光源の構成図
を示す。実施例１と同様の構成であり、それに加えて光
波長変換素子２５の光導波路２の上部にＡｌ膜による変
調用電極が形成されている。従来のＫＮｂＯ３を用いた
光波長変換素子では図７（ａ）に示すように変調された
電気信号が半導体レーザ２０に入った場合、半導体レー
ザ２０よりの光Ｐ１も同様に変調され出力される。しか
しながら固体レーザ結晶であるＹＡＧ２１に入射すると
ＹＡＧ２１の応答時間がμＳオーダーのため基本波Ｐ２
はＭＨＺオーダーの変調は困難となる。そのためＫＮｂ
Ｏ３より変換される高調波Ｐ３も一定状態の変調されて
いない光となる。それに対して本実施例では変調された
電気信号を変調用電極２８に加えることにより、一定の
基本波Ｐ２に対し変調された高調波Ｐ３を取り出すこと
ができる。これはＬｉＴａＯ３による光波長変換素子に
電界を加えることでＬｉＴａＯ３の電気光学効果を利用
し光導波路２の屈折率を変化させ位相整合条件からずら
すことを用いている。図７（ｂ）に示すように電気信号
と同じ変調された高調波出力を発生できた。 この方法は半導体レーザ２０の変調周波数が１ＧＨＺま
でであるのに対し２０ＧＨＺ程度まで可能であり特に効
果がある。
する。この実施例では短波長レーザ光源に変調機能を加
えている。図６に本実施例の短波長レーザ光源の構成図
を示す。実施例１と同様の構成であり、それに加えて光
波長変換素子２５の光導波路２の上部にＡｌ膜による変
調用電極が形成されている。従来のＫＮｂＯ３を用いた
光波長変換素子では図７（ａ）に示すように変調された
電気信号が半導体レーザ２０に入った場合、半導体レー
ザ２０よりの光Ｐ１も同様に変調され出力される。しか
しながら固体レーザ結晶であるＹＡＧ２１に入射すると
ＹＡＧ２１の応答時間がμＳオーダーのため基本波Ｐ２
はＭＨＺオーダーの変調は困難となる。そのためＫＮｂ
Ｏ３より変換される高調波Ｐ３も一定状態の変調されて
いない光となる。それに対して本実施例では変調された
電気信号を変調用電極２８に加えることにより、一定の
基本波Ｐ２に対し変調された高調波Ｐ３を取り出すこと
ができる。これはＬｉＴａＯ３による光波長変換素子に
電界を加えることでＬｉＴａＯ３の電気光学効果を利用
し光導波路２の屈折率を変化させ位相整合条件からずら
すことを用いている。図７（ｂ）に示すように電気信号
と同じ変調された高調波出力を発生できた。 この方法は半導体レーザ２０の変調周波数が１ＧＨＺま
でであるのに対し２０ＧＨＺ程度まで可能であり特に効
果がある。
【００１９】なおＹＡＧ結晶には１０６４ｎｍの発振波
長もあり、本発明によるグリーン光（５３２ｎｍ）の発
生も効果がある。また、固体レーザ結晶としてＹＡＧを
用いたが他にＹＬＦ，ＹＶＯ４等の結晶も効果がある。
長もあり、本発明によるグリーン光（５３２ｎｍ）の発
生も効果がある。また、固体レーザ結晶としてＹＡＧを
用いたが他にＹＬＦ，ＹＶＯ４等の結晶も効果がある。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように本発明の短波長レー
ザ光源によれば、半導体レーザの波長変動を固体レーザ
を用いて安定化することにより従来の短波長レーザ光源
に比べて大幅に出力の安定化を図ることができる。また
、マルチストライプやワイドストライプの高出力半導体
レーザを用いることができ高出力の高調波を得ることが
できる。
ザ光源によれば、半導体レーザの波長変動を固体レーザ
を用いて安定化することにより従来の短波長レーザ光源
に比べて大幅に出力の安定化を図ることができる。また
、マルチストライプやワイドストライプの高出力半導体
レーザを用いることができ高出力の高調波を得ることが
できる。
【００２１】また、本発明の短波長レーザ光源によれば
従来のＫＮｂＯ３を用いた短波長レーザ光源に比べ大幅
に温度特性の改善が図れる。さらに、光波長変換素子上
に電極を設け、変調機能をもたせることをできる。
従来のＫＮｂＯ３を用いた短波長レーザ光源に比べ大幅
に温度特性の改善が図れる。さらに、光波長変換素子上
に電極を設け、変調機能をもたせることをできる。
【００２２】このように本発明の短波長レーザ光源によ
れば出力および温度特性ともに実用性のあるものを提供
でき、その効果は極めて大きい。
れば出力および温度特性ともに実用性のあるものを提供
でき、その効果は極めて大きい。
【図１】本発明の短波長レーザ光源の第１の実施例の構
造図である。
造図である。
【図２】本発明の短波長レーザ光源における光波長変換
素子の製造工程図である。
素子の製造工程図である。
【図３】従来の短波長レーザ光源と本発明の短波長レー
ザ光源に使用する光波長変換素子の温度特性を示す特性
図である。
ザ光源に使用する光波長変換素子の温度特性を示す特性
図である。
【図４】本発明の第２の実施例の短波長レーザ光源の構
成図である。
成図である。
【図５】本発明の第３の実施例の短波長レーザ光源の構
成図である。
成図である。
【図６】本発明第５の実施例の短波長レーザ光源の構成
図である。
図である。
【図７】本発明と従来例の短波長レーザ光源の変調曲線
図である。
図である。
【図８】従来の短波長レーザ光源の構成図である。
【図９】第２の従来の短波長レーザ光源の構成図である
。
。
１ ＬｉＴａＯ３基板
２ 光導波路
３ 分極反転層
２０ 半導体レーザ
２１ 固体レーザ結晶
２５ 光波長変換素子
Ｐ１ 光
Ｐ２ 基本波
Ｐ３ 高調波
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体レーザと、固体レーザ結晶と、
非線形光学結晶で形成された光波長変換素子と、前記半
導体レーザと前記固体レーザ結晶との間に設置した第１
の全反射ミラーと、前記固体レーザ結晶に対して基本波
の出射側に設置した第２の全反射ミラーとを備え、前記
光波長変換素子には周期的分極反転構造が形成され、前
記固体レーザからの基本波の波長を変換し、高調波を出
力することを特徴とする短波長レーザ光源。 - 【請求項２】 第１の反射ミラーが固体レーザ結晶の
レーザ光の入射側表面、第２の反射ミラーが固体レーザ
結晶のレーザ光の出射側表面にそれぞれ形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の短波長レーザ光源。 - 【請求項３】 希土類がドープされた非線形光学結晶
で形成された光波長変換素子を用いることを特徴とする
請求項１または２記載の短波長レーザ光源。 - 【請求項４】 非線形光学素子結晶中に光導波路が形
成することを特徴とする請求項１または２記載の短波長
レーザ光源。 - 【請求項５】 非線形光学結晶がＬｉＮｂｘＴａ１−
ｘＯ３（０≦Ｘ≦１）基板である請求項１または２記載
の短波長レーザ光源。 - 【請求項６】 固体レーザ結晶がＹＡＧである請求項
１記載の短波長レーザ光源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3062806A JPH04296731A (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 短波長レーザ光源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3062806A JPH04296731A (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 短波長レーザ光源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04296731A true JPH04296731A (ja) | 1992-10-21 |
Family
ID=13210950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3062806A Pending JPH04296731A (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 短波長レーザ光源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04296731A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996038757A1 (en) * | 1995-06-02 | 1996-12-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical device, laser beam source, laser apparatus and method of producing optical device |
| WO1997015863A1 (fr) * | 1995-10-26 | 1997-05-01 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | Appareil optique |
| JP2010020285A (ja) * | 2008-03-28 | 2010-01-28 | Panasonic Corp | レーザ光源、画像表示装置、及び加工装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52143047A (en) * | 1976-05-25 | 1977-11-29 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Second harmonic optical switch |
| JPH0263026A (ja) * | 1988-08-30 | 1990-03-02 | Nec Corp | 導波路型波長変換素子 |
| JPH0277181A (ja) * | 1988-09-13 | 1990-03-16 | Fuji Photo Film Co Ltd | レーザーダイオードポンピング固体レーザー |
| JPH02210310A (ja) * | 1989-02-09 | 1990-08-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光導波路および光波長変換素子および短波長レーザ光源の製造方法 |
| JPH02282232A (ja) * | 1989-04-24 | 1990-11-19 | Nec Corp | 導波路型波長変換素子 |
| JPH0315832A (ja) * | 1989-06-14 | 1991-01-24 | Toshiba Corp | 高調波発生装置 |
-
1991
- 1991-03-27 JP JP3062806A patent/JPH04296731A/ja active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52143047A (en) * | 1976-05-25 | 1977-11-29 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Second harmonic optical switch |
| JPH0263026A (ja) * | 1988-08-30 | 1990-03-02 | Nec Corp | 導波路型波長変換素子 |
| JPH0277181A (ja) * | 1988-09-13 | 1990-03-16 | Fuji Photo Film Co Ltd | レーザーダイオードポンピング固体レーザー |
| JPH02210310A (ja) * | 1989-02-09 | 1990-08-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光導波路および光波長変換素子および短波長レーザ光源の製造方法 |
| JPH02282232A (ja) * | 1989-04-24 | 1990-11-19 | Nec Corp | 導波路型波長変換素子 |
| JPH0315832A (ja) * | 1989-06-14 | 1991-01-24 | Toshiba Corp | 高調波発生装置 |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1305183C (zh) * | 1995-06-02 | 2007-03-14 | 松下电器产业株式会社 | 激光光源及其光盘设备 |
| US7295583B2 (en) | 1995-06-02 | 2007-11-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical device, laser beam source, laser apparatus and method of producing optical device |
| US7623559B2 (en) | 1995-06-02 | 2009-11-24 | Panasonic Corporation | Optical device, laser beam source, laser apparatus and method of producing optical device |
| US6333943B1 (en) | 1995-06-02 | 2001-12-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical device, laser beam source, laser apparatus and method of producing optical device |
| US6914918B2 (en) | 1995-06-02 | 2005-07-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical device, laser beam source, laser apparatus and method of producing optical device |
| US7101723B2 (en) | 1995-06-02 | 2006-09-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical device, laser beam source, laser apparatus and method of producing optical device |
| CN1304877C (zh) * | 1995-06-02 | 2007-03-14 | 松下电器产业株式会社 | 激光装置 |
| CN1305184C (zh) * | 1995-06-02 | 2007-03-14 | 松下电器产业株式会社 | 激光装置 |
| US7570677B2 (en) | 1995-06-02 | 2009-08-04 | Panasonic Corporation | Optical device, laser beam source, laser apparatus and method of producing optical device |
| CN100351670C (zh) * | 1995-06-02 | 2007-11-28 | 松下电器产业株式会社 | 激光投影装置 |
| WO1996038757A1 (en) * | 1995-06-02 | 1996-12-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical device, laser beam source, laser apparatus and method of producing optical device |
| US7339960B2 (en) | 1995-06-02 | 2008-03-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical device, laser beam source, laser apparatus and method of producing optical device |
| US7382811B2 (en) | 1995-06-02 | 2008-06-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical device, laser beam source, laser apparatus and method of producing optical device |
| WO1997015863A1 (fr) * | 1995-10-26 | 1997-05-01 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | Appareil optique |
| JPH09127567A (ja) * | 1995-10-26 | 1997-05-16 | Hiromasa Ito | 光デバイス |
| JP2010020285A (ja) * | 2008-03-28 | 2010-01-28 | Panasonic Corp | レーザ光源、画像表示装置、及び加工装置 |
| US8571076B2 (en) | 2008-03-28 | 2013-10-29 | Panasonic Corporation | Laser light source, image display apparatus, and processing apparatus |
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