JPH0511297A

JPH0511297A - 光波長変換素子

Info

Publication number: JPH0511297A
Application number: JP16554091A
Authority: JP
Inventors: Akinori Harada; 原田明憲
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1991-07-05
Filing date: 1991-07-05
Publication date: 1993-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】光導波路型の光波長変換素子を、基本波光源
としての半導体レーザーと組み合わせて用いる場合に、
半導体レーザーの発振モードを単一縦モード化し、そし
て基本波の強度を高めて、安定した高強度の波長変換波
を得る。【構成】光波長変換素子10の光導波路12に、そこを導
波する基本波13を半導体レーザー20側に戻るように回折
させる回折格子12を形成し、該回折格子12ａにより半導
体レーザーの一方の共振器を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基本波を第２高調波等
に波長変換する光波長変換素子、特に詳細には、半導体
レーザーと組み合みわせて使用される光導波路型の光波
長変換素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、非線形光学材料を利用して、
レーザー光を第２高調波等に波長変換（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、バルク結晶型の
ものや、光導波路型のもの等が知られている。またこの
種の光波長変換素子は、半導体レーザーと組み合わせて
用いられることが多い。

【０００３】ところで半導体レーザーの発振波長は、そ
の駆動電流や温度により変動するので、上記のような光
波長変換素子と組み合わせる場合においても、発振波長
すなわち基本波波長が変動しやすくなっている。こうし
て基本波波長が変動して、位相整合波長範囲から外れる
と、当然、波長変換効率が低下してしまう。

【０００４】上記発振波長の変動に対処するため、従来
より、半導体レーザーの光導波路部分に、波長選択性を
有する回折格子を形成することが考えられている。この
回折格子は、半導体レーザーの光導波路において前方端
面側に進行する光を後方端面側に戻るように回折させる
ものであり、レーザー共振器はこの回折格子と上記後方
端面によって構成される。そこで半導体レーザーの発振
波長は、この回折格子により選択されるようになる。ま
たこの回折格子を設ければ、半導体レーザーの発振波長
は、温度変動が有っても、直接変調時にも、極めて安定
することが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のような構造の半
導体レーザーを光波長変換素子と組み合わせることも勿
論可能であるが、その場合は光波長変換素子に入射する
基本波の強度が低くなりがちであり、そのため、高強度
の波長変換波を得ることが困難となる。

【０００６】他方、基本波と波長変換波との位相不整合
を補償するため、光導波路部分に、屈折率あるいは非線
形分極（ドメイン）の異なる状態が周期的に繰り返す周
期構造を導入することが提案されている。この周期構造
は、補償すべき位相不整合量をΔｎ（Δｎ＝ｎ₁−
ｎ₂、ただしｎ₁は基本波が感じる光導波路の屈折
率、ｎ₂は波長変換波が感じる光導波路の屈折率）とし
たとき、上記屈折率あるいは非線形分極が、

【０００７】

【数１】

【０００８】を満足する周期Λで繰り返すものである。
なお上記（数１）の式で等号が成立する場合は、導波モ
ードの基本波と同じく導波モードの波長変換波との間で
位相整合が取られる導波−導波タイプの光波長変換素子
となり、一方、不等号が成立する場合は、導波モードの
基本波と放射モードの波長変換波との間で位相整合が取
られるいわゆるチェレンコフ放射タイプの光波長変換素
子となる。このような周期構造によれば、バルク結晶型
の光波長変換素子としたのでは利用できない非線形光学
定数も有効利用可能となる。この周期構造は、前述の半
導体レーザーと組み合わされる光波長変換素子において
も勿論適用可能である。

【０００９】しかし、この周期構造により基本波と波長
変換波とを位相整合させる場合は、波長許容範囲が厳し
いので、先に述べたように発振波長が変動しやすい半導
体レーザーを基本波光源とする場合は、強度の安定した
波長変換波を得ることが難しい。

【００１０】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、半導体レーザーを単一縦モード発振させること
ができ、その上、高強度の波長変換波を得ることができ
る光波長変換素子を提供することを目的とするものであ
る。

【００１１】また本発明は、周期構造を導入した上で、
半導体レーザーを単一縦モード発振させることができ、
それにより、強度の安定した波長変換波を得ることがで
きる光波長変換素子を提供することを目的とするもので
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の光波
長変換素子は、前述したように非線形光学材料からなる
光導波路を有し、半導体レーザーから発せられて該光導
波路を導波する基本波としてのレーザービームを波長変
換する光波長変換素子において、上記光導波路に、基本
波を半導体レーザー側に戻る方向に回折させて、半導体
レーザーの一方の共振器を構成する回折格子が形成され
ていることを特徴とするものである。

【００１３】また本発明による第２の光波長変換素子
は、上述したように光導波路に回折格子が形成されて、
この回折格子が半導体レーザーの一方の共振器とされた
光波長変換素子において、この回折格子を、基本波と波
長変換波との位相不整合を補償する周期構造としたこと
を特徴とするものである。

【００１４】

【作用および発明の効果】上記第１の光波長変換素子に
おけるように、その光導波路に回折格子を形成して、こ
れを半導体レーザーの一方の共振器とすれば、光波長変
換素子は内部パワーの高いこの共振器内に組み込まれた
状態となる。したがって、共振器内の高強度のレーザー
ビームが基本波として光波長変換素子に入射するから、
高強度の波長変換波が得られるようになる。そして、上
記回折格子により発振波長が選択されるから、基本波波
長が安定し、よって波長変換波の強度も安定化する。

【００１５】また、第２の光波長変換素子においても、
上述した第１の光波長変換素子におけるのと同様の作
用、効果が得られるから、周期構造に求められる厳しい
波長許容範囲を満足することができる。したがって、こ
の第２の光波長変換素子によれば、高精度の温度調節等
は不要にして、安定した高強度の波長変換波を得ること
が可能となる。

【００１６】

【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施例による光
波長変換素子10を示すものである。この光波長変換素子
10は、基本波光源としての半導体レーザー20と組み合わ
せて使用される。

【００１７】光波長変換素子10は、ガラスやプラスチッ
クからなるクラッド部11内に、非線形光学材料からなる
３次元光導波路12が埋め込まれてなる。本例では上記非
線形光学材料として、特開昭６２−２１０４３２号公報
に示される３，５ージメチルー１ー（４ーニトロフェニ
ル）ピラゾール（以下、ＤＭＮＰと称する）が用いられ
ている。一方半導体レーザー20としては、基本波長が８
７０ｎｍのレーザービーム13を発するものが用いられて
いる。これらの光波長変換素子10と半導体レーザー20と
は、光波長変換素子10の後方端面10ａと半導体レーザー
20の前方端面20ａとが向き合う状態にして、図示しない
マウントに固定されている。

【００１８】光波長変換素子10の前方端面10ｂには、波
長８７０ｎｍの基本波としてのレーザービーム13をほぼ
100 ％反射する一方、後述する波長４３５ｎｍの第２高
調波14はほぼ100 ％透過させるコーティング15が施され
ている。また光波長変換素子10の後方端面10ａには、レ
ーザービーム13をほぼ100 ％透過させる一方、第２高調
波14をほぼ100 ％反射させるコーティング16が施されて
いる。他方半導体レーザー20の後方端面20ｂには、基本
波であるレーザービーム13をほぼ100 ％反射させるコー
ティング17が施されている。また半導体レーザー20の前
方端面20ａには、レーザービーム13をほぼ100 ％透過さ
せるコーティング18が施されている。

【００１９】半導体レーザー20の前方端面20ａから出射
したレーザービーム13は、集光レンズ21により集光され
て、光波長変換素子10の後方端面10ａ上で収束し、この
端面10ａから光導波路12内に入射し、そこを導波モード
で図中右方向に進行する。光導波路12には、このレーザ
ービーム13の進行方向に多数の格子が並べられてなる回
折格子12ａが形成されている。レーザービーム13の一部
は回折格子12ａの各々において回折して、後方側に戻
る。こうして後方側に戻ったレーザービーム13は、光波
長変換素子10の後方端面10ａから出射して再度半導体レ
ーザー20の光導波路22内に入射し、そこを導波して後方
端面20ｂにおいて反射するので、該端面20ｂと回折格子
12ａとの間で共振する。すなわち本装置においては、上
記端面20ｂと回折格子12ｂとにより半導体レーザーの共
振器が構成されている。上述のようにレーザービーム13
を回折させるためには、回折格子12ａの周期Λを、

【００２０】

【数２】

【００２１】に設定すればよい。ただし、λはレーザー
ビーム13の波長（本実施例では８７０ｎｍ）、ｎ₁はレ
ーザービーム13が感じる光導波路12の屈折率、そして
ｍ’＝１、２、３…である。

【００２２】光波長変換素子10の光導波路12を導波する
レーザービーム13は、光導波路12を構成するＤＭＮＰに
より、波長が１／２（＝４３５ｎｍ）の第２高調波14に
変換される。この第２高調波14は光導波路12を導波モー
ドで伝搬し、素子10内を端面側に進行する。位相整合は
一例として、レーザービーム13の光導波路12での導波モ
ードと、第２高調波14の導波モードとの間で取られる
（いわゆる導波−導波タイプの場合）。光波長変換素子
10の前方端面10ｂからは、上記第２高調波14を含むビー
ム14’が出射する。この出射ビーム14’は図示しないフ
ィルターに通され、第２高調波14のみが取り出されて利
用される。

【００２３】以上述べた通り本装置においては、共振器
内部パワーが大となっている状態の所に光波長変換素子
10が配置された形となっているので、光波長変換素子10
に入射する基本波としてのレーザービーム13の強度が高
く保たれ、よって高強度の第２高調波14が得られるよう
になる。そして、回折格子12ａの波長選択性によりレー
ザービーム13が単一縦モード化されるので、強度の安定
した第２高調波14が得られる。

【００２４】またこの光波長変換素子10において回折格
子12ａは、前述したような周期構造を構成している。つ
まり回折格子12ａが形成されている部分においては、互
いに屈折率が異なるＤＭＮＰと、クラッド11の材料とが
周期Λをもって交互に並ぶ状態となっている。この周期
構造でレーザービーム13と第２高調波14とを位相整合さ
せるためには、前述した（数１）の式を満足するように
周期Λを設定すればよい。

【００２５】このとき、（数１）の式もまた（数２）の
式も満足するように回折格子周期Λを設定すれば、非線
形光学材料のバルク結晶では利用し得ない非線形光学定
数を利用可能となる一方、前述したように基本波として
のレーザービーム13の強度を十分に高め、また該レーザ
ービーム13を単一縦モード化することが可能となる。そ
れにより、極めて高強度の安定した第２高調波14が得ら
れるようになる。

【００２６】上述のように（数１）、（数２）の双方の
式を成立させるためには、例えばｍ＝０で導波−導波タ
イプの場合、ｎ₂−ｎ₁（１＋１／ｍ’）＝０の条件を満足させればよい。なお本発明においては、
（数１）、（数２）の双方の式を成立させることは必ず
しも必要ではなく、（数２）式のみが成立するようにし
てもよい。そのようにする場合でも、基本波としてのレ
ーザービーム13の強度を十分に高め、そして該レーザー
ビーム13を単一縦モード化する効果は同様に得られるも
のである。

【００２７】また上記実施例では、光波長変換素子10と
半導体レーザー20とが互いに別体に形成されているが、
図２に示す第２実施例におけるように、光波長変換素子
10と半導体レーザー20とを密着させて配置しても構わな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による光波長変換素子を示
す概略側面図

【図２】本発明の第２実施例による光波長変換素子を示
す概略側面図

【符号の説明】

10 光波長変換素子 11 クラッド部 12 光導波路 12ａ回折格子 20 半導体レーザー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非線形光学材料からなる光導波路を有
し、半導体レーザーから発せられて該光導波路を導波す
る基本波としてのレーザービームを波長変換する光波長
変換素子において、前記光導波路に、基本波を半導体レーザー側に戻る方向
に回折させて、半導体レーザーの一方の共振器を構成す
る回折格子が形成されていることを特徴とする光波長変
換素子。
【請求項２】前記回折格子が、基本波と波長変換波と
の位相不整合を補償する周期構造とされていることを特
徴とする請求項１記載の光波長変換素子。