JPH0659300A - 高調波発生装置及びそれを用いた光記録媒体の情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】直接変調によって光書き込み・消去も可能で、
小型軽量化された光記録媒体の光情報検出用光源として
有用な高調波発生装置を提供する。 【構成】ＫＮｂＯ3 結晶１１からなるモノリシック型共
振器に対して、結晶軸ａ方向に沿って部分電極１２を設
け結晶軸ｂ方向にピーク値２００Ｖ（電界強度１００Ｖ
／ｍｍ）の矩形波（下限は０Ｖ）で、１ＧＨｚのパルス
電圧を印加し９０％以上変調された高調波出力が得られ
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光源から発せら
れる基本波を共振器内部で高調波に変換し、変調する高
調波変調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体レーザ等から出射される基
本波を非線形光学材料に通して波長変換された第２高調
波や第３高調波を得る高調波装置が種々提案されてい
る。これらの装置では、複数の反射面で構成される共振
器内に非線形光学材料を配置し、基本波を共振器内に閉
じ込めて増幅させることで、高調波を効率よく発生させ
るようにしている。

【０００３】そして、共振器としてはＫＮｂＯ3 結晶等
の非線形光学材料自体の複数の端面に反射膜を設けて、
その内部で基本波を共振させるモノリシック型共振器
と、複数のミラーを配置して共振器を構成し、この共振
器内に非線形光学材料を配置したディスクリート型共振
器とが知られている。近年、装置の小型化及び高調波へ
の変換効率の向上を図るために、ディスクリート型のも
のから非線形光学材料の内部において基本波を共振させ
るモノリシック型のものへとその主流が移行しつつあ
る。

【０００４】近年、半導体レーザ等を用いた産業上の応
用分野として、コンパクトディスク、レーザディスク等
の光ディスク、光磁気ディスク記録媒体用の光記録、光
検出装置が種々提案されている。これらの装置では半導
体レーザによってディスク上のディジタル情報を読み取
り、音響、映像信号に変換している。しかし、これらの
信号の記録媒体への書き込みには、通常、波長４５８ｎ
ｍのアルゴンレーザ光が光源として用いられている。

【０００５】図４には、従来の光情報書き込み装置の一
例として、アルゴンレーザを用いたレーザビーム記録
用、光変調装置のブロック図が示されている。この光変
調装置はアルゴンレーザ１、信号変調装置２、記録レー
ザ信号発生用の光変調器３で構成されている。

【０００６】上記の構成において光変調器３は電気光学
効果、磁気光学効果あるいは音響光学効果を利用した光
変調素子により構成され、信号変調装置２によって変調
された電気的出力パルス信号で駆動され光シャッタとし
て動作する。アルゴンレーザ１の出射光は光変調器３を
通して変調され、被変調光が出力として得られ記録媒体
上に所定の音響信号や映像信号をデジタル信号（２値情
報）化して記録する。例えば、信号変調装置２からは２
進数化された音周波数及び音レベルに対応するデジタル
信号が１信号８ビットのパルスＯＮ、ＯＦＦ信号として
出力され、光変調器３をＯＮ、ＯＦＦし光ディスク等の
記録媒体に書き込んでいく。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の上記ＫＮｂＯ3
結晶等を利用した高調波発生装置を上記光情報書き込み
装置に利用しようとすると、高調波発生装置から出力さ
れる高調波は連続波であり、そのままでは光記録機器に
おいて書き込み時に必要なデジタル化された変調信号
（ＯＮ、ＯＦＦ信号）を得ることができなかった。

【０００８】また、従来のようにアルゴンレーザを用い
た場合においては、アルゴンレーザ装置自身が大きいの
に加えて、レーザ光の変調にも外部の光変調器３を用い
なければならず、装置の巨大化という実用上の大きな問
題があった。すなわち、光書き込みと光消去可能な光デ
ィスクや光磁気ディスク等の光書き込み・光消去・光検
出用光源として組み込むためには、小型軽量化の点から
数ｃｍ×数ｃｍ×数ｃｍ以内の容積に収める必要があ
る。

【０００９】したがって、本発明の目的は、外部に光変
調器を設けることなく直接変調することによって光書き
込み・消去も可能な小型軽量化された光記録媒体の光情
報検出用光源として有用な高調波発生装置を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の問題点を
解消すべくなされたものであり、基本波発生用の光源
と、基本波を複数の共振用反射面間で共振せしめる共振
器と、前記共振器内の基本波の光軸上に設置され基本波
を高調波へ変換する非線形光学材料とを備えた高調波発
生装置において、複数の面から構成される前記非線形光
学材料の少なくとも１面に部分電極を設け、前記部分電
極に電界を印加することによって高調波の出力強度を変
調することを特徴とする高調波発生装置を提供するもの
である。

【００１１】本発明において、基本波発生用の光源とし
ては半導体レーザ、ＹＡＧ等の固体レーザ、アルゴンレ
ーザ等のガスレーザなど各種レーザが使用できるが、小
型軽量で発振波長帯域が８６０ｎｍ前後と比較的短く、
長時間の連続発振が可能な半導体レーザが好ましい。ま
た、非線形光学材料としてはＫＮｂＯ3 、ＬｉＮｂＯ3
、ＫＴｉＯＰＯ4 、ＫＨ2 ＰＯ4 、β−ＢａＢ2 Ｏ4
結晶等の非線形光学結晶、有機非線形光学材料等が使用
できるが、結晶の潮解性等もなく大きな非線形光学定数
を有するＫＮｂＯ3 結晶が好ましい。

【００１２】非線形光学材料としてＫＮｂＯ3 結晶を用
いた場合、部分電極はＫＮｂＯ3 結晶内で大きな非線形
光学定数を有し、また電界に対する屈折率変化の大きい
高調波の発生するａ軸に沿って設けるのが好ましい。電
極をａ軸に沿って設ける場合、ａ軸方向全長に沿って設
けてもよいが、ａ軸方向に沿って部分的に設けてもよ
い。

【００１３】電極形状は略矩形の１対のプレーナ型対向
電極（図１）、１対の櫛型電極（図２）等が使用できる
が、非線形光学材料内部の屈折率を大きく変化させるた
めにはプレーナ型対向電極が好ましい。また、複数の平
面及び球面等の曲面から構成されるＫＮｂＯ3 結晶は、
そのうちの１面全面に電極を設けて大きな交流電圧
（＋、−の極性が反転する）を印加すると、ポーリング
（分極を一定方向に揃える）処理を施した結晶の分極が
乱れ、あるいは相転移等を起こし結晶品質及び結晶特性
が劣化するか、結晶が破壊されてしまいそのまま復元さ
れない事態が生じていたが、基本波の共振条件からわず
かにずれるよう共振器内部にわずかな共振損失を発生さ
せればよいので部分電極によっても充分な変調ができる
と同時に結晶品質の劣化等も抑制される。

【００１４】前記基本波の共振器は、複数の共振用ミラ
ー間で基本波を往復あるいは循環させるディスクリート
型共振器、あるいは非線形光学材料自体の基本波の入射
面、出射面及び反射面に光学的誘電体多層膜を設けて基
本波の反射面とし、非線形光学材料内部で基本波を往復
あるいは循環させるモノリシック型共振器のいずれでも
よいが、モノリシック型共振器が共振条件の変化を直接
制御できそのため印加電界に対する応答性がよく、また
小型化、高調波への変換効率等の点で好ましい。

【００１５】前記基本波の共振用反射面は、モノリシッ
ク型共振器の場合、光学的誘電体多層膜の形成方法によ
っては基本波の入射面、出射面及び反射面に一体的に連
続した光学的誘電体多層膜を形成して設けることもでき
る。その場合、基本波の入射面、出射面及び反射面にそ
れぞれ種類の異なる膜を形成し、それぞれが分離してお
らず連続しているように構成することもできる。

【００１６】また、本発明の高調波発生装置を光ディス
ク、光磁気ディスク等の光記録媒体の光情報検出用光源
として用いると、高調波の変調が可能となるので光情報
の検出のみならず光情報の書き込みも可能となる。その
場合、従来別に書き込み用光源としてアルゴンレーザ等
と外部光変調器を用いていたのが、光情報検出用光源そ
のものが書き込み用光源にもなるので、大幅に小型化さ
れた光記録媒体の情報記録再生装置が得られる。

【００１７】

【作用】通常、非線形光学材料と基本波の共振器を利用
した高調波発生装置の出力高調波は連続波である。これ
に対して、ディスクリート型共振器を用い非線形光学材
料の一部に電極をつけ電界を印加した場合、非線形光学
材料内に部分的に屈折率分布が生じ、基本波の反射、散
乱、光学的結合状態を変化させることによって変調出力
を取り出すことができる。

【００１８】また、モノリシック型共振器を用い非線形
光学材料の一部に電極をつけ電界を印加した場合、共振
器内部にわずかな共振損失が生じる。それによって入射
する基本波と共振器内部の基本波のマッチング条件がず
れ、共振器内部に入射する基本波は減少し相対的に高調
波出力も低下する。

【００１９】ＫＮｂＯ3 結晶の場合、１％の共振損失に
よって入射側の端面の光学膜の反射率を最適化しても、
第２高調波の変換効率は共振損失がない場合の７０％程
度になることが知られている。共振器端面の光学膜の反
射率を共振損失がない場合に対して最適化すれば、電界
印加による出力低下（出力強度変調）についてはより大
きな効果が得られる。このようにして、電界印加によっ
て変調された第２高調波を取り出すことができる。

【００２０】共振器内部の共振損失による変調以外にも
いくつかの変調要因が挙げられる。モノリシック型共振
器の出力安定化法の一つとして、共振器から光源の半導
体レーザ（以下ＬＤとする）への戻り光を利用してＬＤ
の周波数を安定化させる（ロッキング）光フィードバッ
ク法が用いられているが、電界印加によってこの戻り光
の周波数に変化が生じる。このＬＤのロッキング周波数
がずれることによって高調波出力が変調される。また、
電界印加によってＫＮｂＯ3 結晶の屈折率が変化し共振
器の全反射面の反射率が変化することによって変調され
る。

【００２１】また、電極を非線形光学材料の側面全面で
はなく部分的に設けた場合、電界印加によってエネルギ
ー伝播方向を変化させることによって共振条件（共振光
路）からずれ、変調出力を取り出すことができる。

【００２２】

【実施例】

（実施例１）図１には本発明を第２高調波発生装置に適
用した一実施例が示されている。なお、本発明は第２高
調波発生装置に限定されるものではなく、第３高調波発
生装置等の高次の高調波発生装置に適用することもでき
る。

【００２３】モノリシック型共振器としては、本実施例
では非線形光学結晶のＫＮｂＯ3 結晶１１が用いられて
いる。

【００２４】基本波の入射側に位置するモノリシック型
共振器の一端面は球面状に形成されており、この面には
基本波を９２％反射する反射膜が蒸着されて球面ミラー
（基本波の第１の反射面）とされている。また、第２高
調波の出射側に位置する共振器の端面は、同じく球面状
に形成されており、この面に基本波を９９％以上反射、
第２高調波を９９％以上透過する反射膜が蒸着されて球
面ミラー（基本波の第２の反射面）とされている。更
に、共振器の図中下面の反射面は、結晶軸ａ方向に沿っ
て平面にカットされ、基本波と第２高調波を共に全反射
する平面ミラー（基本波の第３の反射面）としてある。

【００２５】基本波の入射光に対して平行な共振器側面
の一部には、ＡｕもしくはＣｒ−Ａｕが蒸着されて電界
印加のための部分電極１２とされている。モノリシック
型共振器を構成するＫＮｂＯ3 結晶は結晶軸ａ方向の長
さ７ｍｍ、結晶軸ｂ方向の長さ２ｍｍ球、基本波の入射
面及び第２高調波の出射面の曲率半径５ｍｍのブロック
とされている。

【００２６】電界印加を行っていない場合、共振器内に
入射した結晶軸ｂ方向に直線偏光した基本波は、非線形
光学結晶中を結晶軸ａに沿って伝搬し、対面する球面ミ
ラーの点Ｂで反射され、平面ミラーの点Ｃに向い、平面
ミラーの点Ｃで反射されて球面ミラーの点Ａに戻り、点
Ａで反射されて再び結晶軸ａに沿って伝搬し、元の光軸
と重なり合って進行波型のリング共振がなされる。この
ように基本波は、モノリシック型共振器の結晶軸ａ−ｃ
面内において三角形のリング状の共振経路をとり、共振
し増幅される。

【００２７】こうして増幅された基本波は、非線形光学
結晶中を結晶軸ａ方向に伝搬するとき、その一部がｃ軸
直線偏光の波長４３０ｎｍの第２高調波に変換される。

【００２８】次にモノリシック型共振器へ電界印加を行
った場合について述べる。本例では、前記モノリシック
型共振器に対して、結晶軸ｂ方向にピーク値２００Ｖ
（電界強度１００Ｖ／ｍｍ）の矩形波（下限は０Ｖ）で
１ＧＨｚのパルス電圧を印加した。電界印加によって共
振器内部にわずかな共振損失が生じる。それによって入
射基本波と共振器内の基本波とのマッチング条件がず
れ、共振器内部に入射する光は減少し相対的に第２高調
波出力も低下する。このようにして、電界印加によって
９０％以上変調された高調波出力を得ることができた。

【００２９】本例は、結晶軸ａ−ｃ面内でリング共振を
行った場合についての例であるが、結晶軸ａ−ｂ面内で
リング共振を行った場合についても同様の効果が得られ
る。

【００３０】また、本例は基本波の波長変換軸を結晶軸
ａに選んだ場合についてであるが、室温で基本波の波長
を９８６ｎｍにした際には基本波の波長変換軸をｂ軸に
選んだ場合についても同様の効果が得られる。

【００３１】（実施例２）図２に示すようにモノリシッ
ク型共振器を用い、非線形光学結晶のＫＮｂＯ3結晶の
結晶ａ軸方向以外の基本波の光軸に沿って櫛形電極１３
を設けた以外は実施例１と同様に構成した。この例にお
いても、実施例１と同様に電界印加によって９０％以上
変調された高調波出力を得ることができた。

【００３２】（実施例３）図３に示すようにディスクリ
ート型共振器を用い、非線形光学結晶のＫＮｂＯ3 結晶
を共振器内の基本波の光軸上に配置した以外は実施例１
と同様に構成した。この例においても、実施例１と同様
に電界印加によって９０％以上変調された高調波出力を
得ることができた。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ディスクリート型共振器において非線形光学材料の少な
くとも１面に部分電極を設けて電界を印加し、それによ
って非線形光学材料内に電界印加部と非電界印加部の屈
折率差を発生させ、これにともなう基本波の反射、散乱
損失の制御から変調された高調波出力を得ることができ
る。

【００３４】また、モノリシック型共振器において、非
線形光学材料少なくとも１面に部分電極を設けることよ
り、基本波の反射、散乱による損失の制御等に起因した
モノリシック型共振器内部の共振損失の変化、屈折率分
布の発生、入射基本波と共振器内基本波のモード間結合
の変化による基本波の戻り光の周波数変化、結晶の主軸
の回転、エネルギー伝播方向の変化、全反射面の反射率
の変化などを生じさせ、入射基本波あるいは共振してい
る基本波に変化を生じせしめる。それによって、外部光
変調器を用いることなく変調された高調波を得ることが
できる。

【００３５】したがって、本発明の高調波変調装置は情
報検出用光源として光記録媒体の情報読み取り装置（再
生装置）に用いることができるばかりでなく、情報記録
光源として光記録媒体への情報書き込み装置（記録装
置）としても用いることができる。また、直接変調方式
を用いているので装置の小型化もなされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高調波変調装置の第１の実施例を示す
モノリシック型共振器部の斜視図である。

【図２】本発明の高調波変調装置の第２の実施例を示す
モノリシック型共振器部の斜視図である。

【図３】本発明の高調波変調装置の第３の実施例を示す
ディスクリート型共振器部の斜視図である。

【図４】従来の光情報書き込み用光源の一例を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１：アルゴンレーザ ２：信号変調装置 ３：光変調器 １１：ＫＮｂＯ3 結晶 １２：電極 １３：櫛型電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基本波発生用の光源と、基本波を複数の共
   振用反射面間で共振せしめる共振器と、前記共振器内の
   基本波の光軸上に設置され基本波を高調波へ変換する非
   線形光学材料とを備えた高調波発生装置において、複数
   の面から構成される前記非線形光学材料の少なくとも１
   面に部分電極を設け、前記部分電極に電界を印加するこ
   とによって高調波の出力強度を変調することを特徴とす
   る高調波発生装置。
2. 【請求項２】前記非線形光学材料はＫＮｂＯ3 結晶であ
   り、前記部分電極は結晶軸ａ方向の基本波の光軸に沿っ
   て設けられる請求項１の高調波発生装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２の高調波発生装置を光記録
   媒体の情報書き込み及び記録情報検出用の光源として用
   いた光記録媒体の情報記録再生装置。