JPH07244307A - 短波長光発生装置 - Google Patents
短波長光発生装置Info
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- JPH07244307A JPH07244307A JP6034369A JP3436994A JPH07244307A JP H07244307 A JPH07244307 A JP H07244307A JP 6034369 A JP6034369 A JP 6034369A JP 3436994 A JP3436994 A JP 3436994A JP H07244307 A JPH07244307 A JP H07244307A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光ディスクの高密度記録や画像処理等で要求
されている光損傷に対して強く小型で且つ安定高効率な
短波長光を提供する短波長光発生装置を実現する。 【構成】 半導体レーザー１から出射された光がLiTaO3
基板５上に光導波路６と周期的な分極反転領域７を有す
る波長変換素子により波長変換される。この際、波長変
換素子の屈折率が光損傷により変化し、得られる高調波
出力が不安定になる。紫外線ランプ１１により波長変換
素子を照射することで波長変換素子の耐光損傷性は向上
し、高出力発生可能な短波長光発生装置が実現できる。
されている光損傷に対して強く小型で且つ安定高効率な
短波長光を提供する短波長光発生装置を実現する。 【構成】 半導体レーザー１から出射された光がLiTaO3
基板５上に光導波路６と周期的な分極反転領域７を有す
る波長変換素子により波長変換される。この際、波長変
換素子の屈折率が光損傷により変化し、得られる高調波
出力が不安定になる。紫外線ランプ１１により波長変換
素子を照射することで波長変換素子の耐光損傷性は向上
し、高出力発生可能な短波長光発生装置が実現できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光情報処理分野や光応
用計測制御分野において使用する短波長光発生装置に関
するものである。
用計測制御分野において使用する短波長光発生装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】強誘電体材料からなる波長変換素子とし
て、LiTaO3を基板とする分極反転構造を有する導波路型
波長変換素子を従来例として挙げる。図５にLiTaO3結晶
を基板とした周期的な分極反転領域をもつ導波路型波長
変換素子の構成図を示す。以下0.87μｍの波長の基本波
に対する高調波発生（波長0.435μｍ）について図６を
用いて詳しく述べる。（K.Mizuuchi, K.Yamamoto and
T.Taniuchi, Applied Physics Letters, Vol 58, 2732
ページ, 1991年６月号、参照）図５に示されるようにLi
TaO3基板５に光導波路６が形成され、さらに光導波路６
には周期的に分極の反転した領域（分極反転領域７）が
形成されている。基本波Ｐ１と発生する高調波Ｐ２の伝
播定数の不整合を分極反転領域７および非分極反転領域
の周期構造で補償することにより高効率に高調波Ｐ２を
出すことができる。光導波路６の入射端面１９に基本波
Ｐ１を入射すると、光導波路６の出射端面２０から高調
波Ｐ２が効率良く発生され、波長変換素子として動作す
る。
て、LiTaO3を基板とする分極反転構造を有する導波路型
波長変換素子を従来例として挙げる。図５にLiTaO3結晶
を基板とした周期的な分極反転領域をもつ導波路型波長
変換素子の構成図を示す。以下0.87μｍの波長の基本波
に対する高調波発生（波長0.435μｍ）について図６を
用いて詳しく述べる。（K.Mizuuchi, K.Yamamoto and
T.Taniuchi, Applied Physics Letters, Vol 58, 2732
ページ, 1991年６月号、参照）図５に示されるようにLi
TaO3基板５に光導波路６が形成され、さらに光導波路６
には周期的に分極の反転した領域（分極反転領域７）が
形成されている。基本波Ｐ１と発生する高調波Ｐ２の伝
播定数の不整合を分極反転領域７および非分極反転領域
の周期構造で補償することにより高効率に高調波Ｐ２を
出すことができる。光導波路６の入射端面１９に基本波
Ｐ１を入射すると、光導波路６の出射端面２０から高調
波Ｐ２が効率良く発生され、波長変換素子として動作す
る。
【０００３】この素子の製造方法について説明する。ま
ずLiTaO3基板５に通常のフォトプロセスとドライエッチ
ングを用いてＴａを周期状（周期4.0μm）にパターニン
グする。次にＴａパターンが形成されたLiTaO3基板５に
260℃、30分間プロトン交換を行いＴａで覆われていな
いスリット直下に厚み0.8μｍのプロトン交換層を形成
する。次に590℃の温度で10分間熱処理する。熱処理の
上昇レートは10℃／分、冷却レートは50℃／分である。
これにより分極反転領域７が形成される。プロトン交換
層直下はＬｉが減少しておりキュリー温度が低下するた
め部分的に分極反転を行うことができる。次にＨＦ：Ｈ
ＮＦ3の１：１混合液にて2分間エッチングしＴａを除去
する。さらに上記分極反転層領域７にプロトン交換を用
いて光導波路６を形成する。光導波路用マスクとしてＴ
ａをストライプ状にパターニングを行うことでＴａマス
クに幅4.0μｍ、長さ12ｍｍのスリットを形成する。こ
のＴａマスクで覆われた基板７０１に２６０℃、１６分
間プロトン交換を行い0.5μｍの高屈折率層を形成す
る。Ｔａマスクを除去した後380℃で10分間熱処理を行
う。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0.02程度上昇した光導波路６となる。
ずLiTaO3基板５に通常のフォトプロセスとドライエッチ
ングを用いてＴａを周期状（周期4.0μm）にパターニン
グする。次にＴａパターンが形成されたLiTaO3基板５に
260℃、30分間プロトン交換を行いＴａで覆われていな
いスリット直下に厚み0.8μｍのプロトン交換層を形成
する。次に590℃の温度で10分間熱処理する。熱処理の
上昇レートは10℃／分、冷却レートは50℃／分である。
これにより分極反転領域７が形成される。プロトン交換
層直下はＬｉが減少しておりキュリー温度が低下するた
め部分的に分極反転を行うことができる。次にＨＦ：Ｈ
ＮＦ3の１：１混合液にて2分間エッチングしＴａを除去
する。さらに上記分極反転層領域７にプロトン交換を用
いて光導波路６を形成する。光導波路用マスクとしてＴ
ａをストライプ状にパターニングを行うことでＴａマス
クに幅4.0μｍ、長さ12ｍｍのスリットを形成する。こ
のＴａマスクで覆われた基板７０１に２６０℃、１６分
間プロトン交換を行い0.5μｍの高屈折率層を形成す
る。Ｔａマスクを除去した後380℃で10分間熱処理を行
う。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0.02程度上昇した光導波路６となる。
【０００４】この波長変換素子を用いた短波長光発生装
置について説明する。図６において１は0.87μm帯の140
mW級AlGaAs半導体レーザー、２はN.A.=0.5のコリメート
レンズ、３はλ／２板、４はN.A.=0.5のフォーカシング
レンズ、８はN.A.=0.6のコリメートレンズ、１０は半導
体レーザーの光軸に対して傾斜して設置されたグレーテ
ィングである。LiTaO3基板５上には光導波路６と周期的
に分極反転領域７が形成されている。コリメートレンズ
２で平行になったレーザー光は、λ／２板３で偏向方向
を回転され、フォーカシングレンズ４で分極反転型導波
路素子の光導波路６の端面に集光され、周期4.0μmの分
極反転領域７をもつ光導波路６を伝播し、光導波路６の
出射端面より出射される。光導波路６から出射した光は
コリメートレンズ８で平行光になり、波長選択ミラー９
を通過し、グレーティング１０に導かれる。波長選択ミ
ラー９は基本波に対し無反射、また高調波に対して高反
射になるように設計されている。グレーティング１０は
波長分散効果を持っていて、波長870nmの光が光導波路
６に再結合し、半導体レーザー１の活性層に帰還し、半
導体レーザー１の波長が分極反転型導波路素子の位相整
合波長である870nmに固定されるように、グレーティン
グ１０の角度は設定される。半導体レーザー１の光導波
路６内への入射光強度40mWに対し3.2mW（変換効率：200
％／Ｗ）のブルー光が得られ、波長選択ミラー９により
基本波と分離して取り出された。また、基本波にTi:Sap
phireレーザーを用いて、光導波路６内への入射光強度1
00mWに対し、20mWのブルー光が得られた。
置について説明する。図６において１は0.87μm帯の140
mW級AlGaAs半導体レーザー、２はN.A.=0.5のコリメート
レンズ、３はλ／２板、４はN.A.=0.5のフォーカシング
レンズ、８はN.A.=0.6のコリメートレンズ、１０は半導
体レーザーの光軸に対して傾斜して設置されたグレーテ
ィングである。LiTaO3基板５上には光導波路６と周期的
に分極反転領域７が形成されている。コリメートレンズ
２で平行になったレーザー光は、λ／２板３で偏向方向
を回転され、フォーカシングレンズ４で分極反転型導波
路素子の光導波路６の端面に集光され、周期4.0μmの分
極反転領域７をもつ光導波路６を伝播し、光導波路６の
出射端面より出射される。光導波路６から出射した光は
コリメートレンズ８で平行光になり、波長選択ミラー９
を通過し、グレーティング１０に導かれる。波長選択ミ
ラー９は基本波に対し無反射、また高調波に対して高反
射になるように設計されている。グレーティング１０は
波長分散効果を持っていて、波長870nmの光が光導波路
６に再結合し、半導体レーザー１の活性層に帰還し、半
導体レーザー１の波長が分極反転型導波路素子の位相整
合波長である870nmに固定されるように、グレーティン
グ１０の角度は設定される。半導体レーザー１の光導波
路６内への入射光強度40mWに対し3.2mW（変換効率：200
％／Ｗ）のブルー光が得られ、波長選択ミラー９により
基本波と分離して取り出された。また、基本波にTi:Sap
phireレーザーを用いて、光導波路６内への入射光強度1
00mWに対し、20mWのブルー光が得られた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】波長変換材料の基板で
ある非線形光学結晶がＬｉＮｂxＴａ1ーxO3（０≦ｘ≦
１）やＫxＲｂ1ーxＴｉＯＭＯ4（０≦ｘ≦１、Ｍ＝Ｐま
たはＡｓ）等の他の強誘電体結晶である場合、高出力の
高調波に対して光誘起屈折率変化（光損傷）を生じる。
光誘起屈折率変化とは、光の照射によりトラップ状態に
あった電子が励起され、新しく空間電荷電界が生じ、電
気光学効果により局所的に屈折率変化が生じるというも
のである。光損傷は短波長領域で生じ易く、光の強度が
高いほど大きな屈折率低下が生じる。光導波路内の屈折
率が変化すると分極反転領域の周期が変化するため、位
相整合波長のシフトが1nm程度生じた。位相整合波長が
シフトすると、グレーティングにより半導体レーザーの
波長を再び位相整合波長に可変する必要がある。また、
入射パワーを高くし20ｍＷ以上の高調波光が得られる場
合には、光導波路の入射部と出射部での分極反転領域の
周期がことなるため、時間とともに位相整合波長の許容
度が広がり変換効率が低下し、得られる出力も不安定に
なる。
ある非線形光学結晶がＬｉＮｂxＴａ1ーxO3（０≦ｘ≦
１）やＫxＲｂ1ーxＴｉＯＭＯ4（０≦ｘ≦１、Ｍ＝Ｐま
たはＡｓ）等の他の強誘電体結晶である場合、高出力の
高調波に対して光誘起屈折率変化（光損傷）を生じる。
光誘起屈折率変化とは、光の照射によりトラップ状態に
あった電子が励起され、新しく空間電荷電界が生じ、電
気光学効果により局所的に屈折率変化が生じるというも
のである。光損傷は短波長領域で生じ易く、光の強度が
高いほど大きな屈折率低下が生じる。光導波路内の屈折
率が変化すると分極反転領域の周期が変化するため、位
相整合波長のシフトが1nm程度生じた。位相整合波長が
シフトすると、グレーティングにより半導体レーザーの
波長を再び位相整合波長に可変する必要がある。また、
入射パワーを高くし20ｍＷ以上の高調波光が得られる場
合には、光導波路の入射部と出射部での分極反転領域の
周期がことなるため、時間とともに位相整合波長の許容
度が広がり変換効率が低下し、得られる出力も不安定に
なる。
【０００６】ＬｉＮｂxＴａ1ーxO3（０≦ｘ≦１）やＫx
Ｒｂ1ーxＴｉＯＭＯ4（０≦ｘ≦１、Ｍ＝ＰまたはＡｓ）
結晶は、非線形光学定数が大きく、また分極反転構造を
有する波長変換素子の場合、変換効率が高いので、得ら
れる短波長光の出力も大きく、そのため光誘起屈折率変
化の効果も大きく現れる。
Ｒｂ1ーxＴｉＯＭＯ4（０≦ｘ≦１、Ｍ＝ＰまたはＡｓ）
結晶は、非線形光学定数が大きく、また分極反転構造を
有する波長変換素子の場合、変換効率が高いので、得ら
れる短波長光の出力も大きく、そのため光誘起屈折率変
化の効果も大きく現れる。
【０００７】高調波光を安定に得るためには、基板であ
る非線形結晶の耐光損傷性を向上させる必要があり、耐
光損傷性を向上させるためには、結晶内部の電子の移動
度を高め、発生した空間電荷電界をキャンセルすること
が重要である。
る非線形結晶の耐光損傷性を向上させる必要があり、耐
光損傷性を向上させるためには、結晶内部の電子の移動
度を高め、発生した空間電荷電界をキャンセルすること
が重要である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するため光波長変換素子に新たな工夫を加えること
により電子の移動度を高め耐光損傷性の向上し、安定な
出力の短波長光を提供するものである。つまり、本発明
は （１）強誘電体結晶からなる波長変換素子に、５５０ｎ
ｍ以上の光を照射することで、プロトン交換導波路内部
の電子の移動度を大きくし、内部電界の発生を低減する
ことで、耐光損傷性を向上させ、安定な短波長光を発生
する装置を提供するものである。
解決するため光波長変換素子に新たな工夫を加えること
により電子の移動度を高め耐光損傷性の向上し、安定な
出力の短波長光を提供するものである。つまり、本発明
は （１）強誘電体結晶からなる波長変換素子に、５５０ｎ
ｍ以上の光を照射することで、プロトン交換導波路内部
の電子の移動度を大きくし、内部電界の発生を低減する
ことで、耐光損傷性を向上させ、安定な短波長光を発生
する装置を提供するものである。
【０００９】また本発明は、 （２）強誘電体結晶からなる導波路型波長変換素子に、
半導体レーザー光と同時に５５０ｎｍ以上の光を伝播さ
せることで、プロトン交換導波路内部の電子の移動度を
大きくし、内部電界の発生を低減することで、耐光損傷
性を向上させ、安定な短波長光を発生する装置を提供す
るものである。
半導体レーザー光と同時に５５０ｎｍ以上の光を伝播さ
せることで、プロトン交換導波路内部の電子の移動度を
大きくし、内部電界の発生を低減することで、耐光損傷
性を向上させ、安定な短波長光を発生する装置を提供す
るものである。
【００１０】
【作用】本発明の光波長変換素子は、短波長光によって
発生する電子の空間電荷分布を、短波長光の照射により
基板内の電子の移動度を高めることでキャンセルし、耐
光損傷性を向上しようとするもので、安定な高出力短波
調光の発生装置を実現するものである。
発生する電子の空間電荷分布を、短波長光の照射により
基板内の電子の移動度を高めることでキャンセルし、耐
光損傷性を向上しようとするもので、安定な高出力短波
調光の発生装置を実現するものである。
【００１１】
【実施例】本発明の波長変換素子にピーク波長が550nm
以下の光が照射され、耐光損傷性の向上がなされた短波
長光発生装置について、図１を用いて説明する。本実施
例では、波長変換素子として、強誘電体材料LiTaO3基板
上に形成された周期的な分極反転領域を有する分極反転
型導波路素子を用いた。分極反転領域及び光導波路の形
成方法は従来例と同様である。
以下の光が照射され、耐光損傷性の向上がなされた短波
長光発生装置について、図１を用いて説明する。本実施
例では、波長変換素子として、強誘電体材料LiTaO3基板
上に形成された周期的な分極反転領域を有する分極反転
型導波路素子を用いた。分極反転領域及び光導波路の形
成方法は従来例と同様である。
【００１２】（実施例１）図１において１は0.87μm帯
の140mW級AlGaAs半導体レーザー、２はN.A.=0.5のコリ
メートレンズ、３はλ／２板、４はN.A.=0.5のフォーカ
シングレンズ、８はN.A.=0.6のコリメートレンズ、１０
は半導体レーザーの光軸に対して傾斜して設置されたグ
レーティングである。LiTaO3基板５上には光導波路６と
周期的に分極反転領域７が形成されている。紫外線ラン
プ１１（波長230〜500nm）は波長変換素子の耐光損傷性
向上のために、波長変換素子上に取り付けられている。
コリメートレンズ２で平行光にされたレーザー光は、λ
／２板３で偏向方向を回転され、フォーカシングレンズ
４で分極反転型導波路素子の光導波路６の端面に集光さ
れ、周期4.0μmの分極反転領域７をもつ光導波路６を伝
播し、光導波路６の出射端面より出射される。光導波路
６から出射した光はコリメートレンズ８で平行光にな
り、波長選択ミラー９を通過し、グレーティング１０に
導かれる。波長選択ミラー９は基本波に対し無反射、ま
た高調波に対して高反射になるように、設計されてい
る。グレーティング１０は波長分散効果を持っていて、
波長870nmの光が光導波路６に再結合し、半導体レーザ
ー１の活性層に帰還し、半導体レーザー１の波長が分極
反転型導波路素子の位相整合波長である870nmに固定さ
れるように、グレーティング１０の角度は設定される。
半導体レーザー１の光導波路６内への入射光強度40mWに
対し3.2mW（変換効率：200％／Ｗ）のブルー光が得られ
た。また、Ti:Sapphireレーザーを用いて、100mWの入射
光強度に対して20mWのブルー出力が得られた。LiTaO3結
晶は非線形光学定数が大きく、さらに周期的な分極反転
領域を有する波長変換素子では変換効率も大きく、得ら
れるブルー光も大きいため、光誘起屈折率変化の効果も
大きく現れる。
の140mW級AlGaAs半導体レーザー、２はN.A.=0.5のコリ
メートレンズ、３はλ／２板、４はN.A.=0.5のフォーカ
シングレンズ、８はN.A.=0.6のコリメートレンズ、１０
は半導体レーザーの光軸に対して傾斜して設置されたグ
レーティングである。LiTaO3基板５上には光導波路６と
周期的に分極反転領域７が形成されている。紫外線ラン
プ１１（波長230〜500nm）は波長変換素子の耐光損傷性
向上のために、波長変換素子上に取り付けられている。
コリメートレンズ２で平行光にされたレーザー光は、λ
／２板３で偏向方向を回転され、フォーカシングレンズ
４で分極反転型導波路素子の光導波路６の端面に集光さ
れ、周期4.0μmの分極反転領域７をもつ光導波路６を伝
播し、光導波路６の出射端面より出射される。光導波路
６から出射した光はコリメートレンズ８で平行光にな
り、波長選択ミラー９を通過し、グレーティング１０に
導かれる。波長選択ミラー９は基本波に対し無反射、ま
た高調波に対して高反射になるように、設計されてい
る。グレーティング１０は波長分散効果を持っていて、
波長870nmの光が光導波路６に再結合し、半導体レーザ
ー１の活性層に帰還し、半導体レーザー１の波長が分極
反転型導波路素子の位相整合波長である870nmに固定さ
れるように、グレーティング１０の角度は設定される。
半導体レーザー１の光導波路６内への入射光強度40mWに
対し3.2mW（変換効率：200％／Ｗ）のブルー光が得られ
た。また、Ti:Sapphireレーザーを用いて、100mWの入射
光強度に対して20mWのブルー出力が得られた。LiTaO3結
晶は非線形光学定数が大きく、さらに周期的な分極反転
領域を有する波長変換素子では変換効率も大きく、得ら
れるブルー光も大きいため、光誘起屈折率変化の効果も
大きく現れる。
【００１３】従来例では、光導波路６内への入射光強度
40mWに対し、位相整合波長が1nmシフトした。（入射光
強度が1mWの時には、位相整合波長が869nmであったが、
40mW入射時では870nmであった。）また、入射光強度を1
00mWにした時、20mWのブルー光が得られたが、ブルー発
生３分後には得られるブルー出力が12mWまで低下した。
40mWに対し、位相整合波長が1nmシフトした。（入射光
強度が1mWの時には、位相整合波長が869nmであったが、
40mW入射時では870nmであった。）また、入射光強度を1
00mWにした時、20mWのブルー光が得られたが、ブルー発
生３分後には得られるブルー出力が12mWまで低下した。
【００１４】本実施例では、紫外線ランプ１１が波長変
換素子上に取り付けられ、光導波路６内およびLiTaO3基
板５内での電子の移動度を向上させているので、位相整
合波長シフト量が0.5nmまで低減した。また、100mWの基
本波入射光強度に対し15mWのブルー出力が長時間にわた
って安定に得られた。本実施例で用いられた紫外線ラン
プ１１の強度は、10W/cm2であった。
換素子上に取り付けられ、光導波路６内およびLiTaO3基
板５内での電子の移動度を向上させているので、位相整
合波長シフト量が0.5nmまで低減した。また、100mWの基
本波入射光強度に対し15mWのブルー出力が長時間にわた
って安定に得られた。本実施例で用いられた紫外線ラン
プ１１の強度は、10W/cm2であった。
【００１５】紫外線ランプ１１の代わりに可視光領域
（ブルー、グリーン領域）のランプを使用しても耐光損
傷性の改善が得られた。しかしながら、波長550nmより
長波のランプを照射しても、耐光損傷性の改善は見られ
なかった。
（ブルー、グリーン領域）のランプを使用しても耐光損
傷性の改善が得られた。しかしながら、波長550nmより
長波のランプを照射しても、耐光損傷性の改善は見られ
なかった。
【００１６】また、本実施例では波長変換素子の上部に
紫外線ランプ１１が取り付けられたが、波長変換素子の
下部及び周辺部に取り付けても同様の効果が得られた。
紫外線ランプ１１が取り付けられたが、波長変換素子の
下部及び周辺部に取り付けても同様の効果が得られた。
【００１７】また、本実施例では分極反転領域の周期が
4.0μmの波長変換素子であり、基本波の波長が870nmの
時、位相整合が起こり、435nmのブルー出力が得られた
が、分極反転領域の周期を3.0μm程度にすることで、位
相整合波長が800nmになり、得られる高調波も400nmと紫
外の領域となる。この場合、光損傷による屈折率変化量
も大きくなり、耐光損傷性の向上がさらに重要となる。
波長800nmの基本波入射光強度40mWに対して、3mWの高調
波出力が得られた。紫外線ランプの照射１１がない場
合、位相整合波長のシフト量は2nm程度あったが、紫外
線ランプの照射により、0.6nm程度まで改善された。
4.0μmの波長変換素子であり、基本波の波長が870nmの
時、位相整合が起こり、435nmのブルー出力が得られた
が、分極反転領域の周期を3.0μm程度にすることで、位
相整合波長が800nmになり、得られる高調波も400nmと紫
外の領域となる。この場合、光損傷による屈折率変化量
も大きくなり、耐光損傷性の向上がさらに重要となる。
波長800nmの基本波入射光強度40mWに対して、3mWの高調
波出力が得られた。紫外線ランプの照射１１がない場
合、位相整合波長のシフト量は2nm程度あったが、紫外
線ランプの照射により、0.6nm程度まで改善された。
【００１８】（実施例２）本実施例では、紫外線ランプ
の代わりにGaN青色発光ダイオード（ピーク波長480nm）
が用いられた。発光ダイオード（ＬＥＤ）１２の出力強
度は約1mWである。紫外線ランプに比べると出力強度が
小さいが、集光性は高い。そのため、シリンドリカルレ
ンズ１３で光導波路６上に集光している。入射光強度40
mWに対し3.2mWのブルー出力が得られた時、位相整合波
長のシフト量は約0.3nmであり、耐光損傷性は大幅に向
上した。さらに、集光性を高め光導波路６上での光密度
を高めることで、耐光損傷性の改善が見られた。
の代わりにGaN青色発光ダイオード（ピーク波長480nm）
が用いられた。発光ダイオード（ＬＥＤ）１２の出力強
度は約1mWである。紫外線ランプに比べると出力強度が
小さいが、集光性は高い。そのため、シリンドリカルレ
ンズ１３で光導波路６上に集光している。入射光強度40
mWに対し3.2mWのブルー出力が得られた時、位相整合波
長のシフト量は約0.3nmであり、耐光損傷性は大幅に向
上した。さらに、集光性を高め光導波路６上での光密度
を高めることで、耐光損傷性の改善が見られた。
【００１９】また、分極反転領域７の周期が3.0μmの波
長変換素子においても、位相整合波長のシフト量を0.4n
mまで低減することができた。
長変換素子においても、位相整合波長のシフト量を0.4n
mまで低減することができた。
【００２０】また、GaP緑色発光ダイオードを用いて
も、効果はGaN発光ダイオードより小さいが耐光損傷性
は向上した。しかしながら、InGaAlP系の赤色や黄色の
ＬＥＤを照射しても耐光損傷性の改善は見られなかっ
た。
も、効果はGaN発光ダイオードより小さいが耐光損傷性
は向上した。しかしながら、InGaAlP系の赤色や黄色の
ＬＥＤを照射しても耐光損傷性の改善は見られなかっ
た。
【００２１】ＬＥＤの波長としては、380〜450nmが特に
望ましい。またＬＥＤは紫外線ランプよりも低コストで
あり、実用的なデバイスが実現できる。
望ましい。またＬＥＤは紫外線ランプよりも低コストで
あり、実用的なデバイスが実現できる。
【００２２】（実施例３）本実施例では、分極反転型導
波路素子の光導波路に耐光損傷性を向上させるために、
青色半導体レーザーを同時に伝ぱんさせた短波長光発生
装置について説明する。
波路素子の光導波路に耐光損傷性を向上させるために、
青色半導体レーザーを同時に伝ぱんさせた短波長光発生
装置について説明する。
【００２３】図３において１は0.8μm帯の100mW級AlGaA
s半導体レーザー、２はN.A.=0.5のコリメートレンズ、
３はλ／２板、４はN.A.=0.5のフォーカシングレンズ、
８はN.A.=0.6のコリメートレンズ、１０は半導体レーザ
ーの光軸に対して傾斜して置されたグレーティングであ
る。LiTaO3基板５上には光導波路６と周期的に分極反転
領域７が形成されている。また、１４は波長480nmのZnS
e系の1mW級青色半導体レーザーであり、１５はコリメー
トレンズ、１６はλ／２板である。半導体レーザー１か
らのコリメートされた波長800nmの光と半導体レーザー
１４からの波長480nmの光は波長選択ミラー１７で合波
され、フォーカシングレンズ４で波長変換素子の光導波
路６に結合される。周期3.0μmの分極反転領域７をもつ
光導波路６を伝播し、光導波路６の出射端面より出射さ
れる。光導波路６から出射した光はコリメートレンズ８
で平行光になり、波長選択ミラー９を通過し、グレーテ
ィング１０に導かれる。波長選択ミラー９は基本波に対
し無反射、また高調波に対して高反射になるように、設
計されている。グレーティング１０は波長分散効果を持
っていて、波長800nmの光が光導波路６に再結合し、半
導体レーザー１の活性層に帰還し、半導体レーザー１の
波長が分極反転型導波路素子の位相整合波長である800n
mに固定されるように、グレーティング１０の角度は設
定される。半導体レーザー１の光導波路６内への入射光
強度40mWに対し3.2mW（変換効率：200％／Ｗ）のブルー
光が得られた。光導波路６内に結合した波長480nmの光
は100μW程度で、この時従来観測された位相整合波長の
シフトは0.1nm程度しか観測されなかった。
s半導体レーザー、２はN.A.=0.5のコリメートレンズ、
３はλ／２板、４はN.A.=0.5のフォーカシングレンズ、
８はN.A.=0.6のコリメートレンズ、１０は半導体レーザ
ーの光軸に対して傾斜して置されたグレーティングであ
る。LiTaO3基板５上には光導波路６と周期的に分極反転
領域７が形成されている。また、１４は波長480nmのZnS
e系の1mW級青色半導体レーザーであり、１５はコリメー
トレンズ、１６はλ／２板である。半導体レーザー１か
らのコリメートされた波長800nmの光と半導体レーザー
１４からの波長480nmの光は波長選択ミラー１７で合波
され、フォーカシングレンズ４で波長変換素子の光導波
路６に結合される。周期3.0μmの分極反転領域７をもつ
光導波路６を伝播し、光導波路６の出射端面より出射さ
れる。光導波路６から出射した光はコリメートレンズ８
で平行光になり、波長選択ミラー９を通過し、グレーテ
ィング１０に導かれる。波長選択ミラー９は基本波に対
し無反射、また高調波に対して高反射になるように、設
計されている。グレーティング１０は波長分散効果を持
っていて、波長800nmの光が光導波路６に再結合し、半
導体レーザー１の活性層に帰還し、半導体レーザー１の
波長が分極反転型導波路素子の位相整合波長である800n
mに固定されるように、グレーティング１０の角度は設
定される。半導体レーザー１の光導波路６内への入射光
強度40mWに対し3.2mW（変換効率：200％／Ｗ）のブルー
光が得られた。光導波路６内に結合した波長480nmの光
は100μW程度で、この時従来観測された位相整合波長の
シフトは0.1nm程度しか観測されなかった。
【００２４】（実施例４）本実施例は、実施例１〜３の
ように外部から光を照射したり、別の半導体レーザーを
同時に伝播させることで、耐光損傷性の向上を図るので
はなく、波長変換により得られた高調波光を再び光導波
路に伝播させることで、耐光損傷性の向上を行おうとす
るものである。
ように外部から光を照射したり、別の半導体レーザーを
同時に伝播させることで、耐光損傷性の向上を図るので
はなく、波長変換により得られた高調波光を再び光導波
路に伝播させることで、耐光損傷性の向上を行おうとす
るものである。
【００２５】図４において１は0.87μm帯の140mW級AlGa
As半導体レーザー、２はN.A.=0.5のコリメートレンズ、
３はλ／２板、４はN.A.=0.5のフォーカシングレンズ、
８はN.A.=0.6のコリメートレンズ、１０は半導体レーザ
ーの光軸に対して傾斜して設置されたグレーティングで
ある。LiTaO3基板５上には光導波路６と周期的に分極反
転領域７が形成されている。コリメートレンズ２で平行
光にされたレーザー光は、λ／２板３で偏向方向を回転
され、フォーカシングレンズ４で分極反転型導波路素子
の光導波路６の端面に集光され、周期4.0μmの分極反転
領域７をもつ光導波路６を伝播し、光導波路６の出射端
面より出射される。光導波路６から出射した光はコリメ
ートレンズ８で平行光になり、波長選択ミラー９を通過
し、グレーティング１０に導かれる。波長選択ミラー９
は基本波に対し無反射、また高調波に対して高反射にな
るように、設計されている。グレーティング１０は波長
分散効果を持っていて、波長870nmの光が光導波路６に
再結合し、半導体レーザー１の活性層に帰還し、半導体
レーザー１の波長が分極反転型導波路素子の位相整合波
長である870nmに固定されるように、グレーティング１
０の角度は設定される。周期的な分極反転領域７を有す
る光導波路６内で、基本波870nmの光は、波長435nmの光
に波長変換される。光導波路６の出射端面には高調波光
反射膜１８が形成されていて、波長変換された高調波43
5nmの光のうち20%の光が半導体レーザー１の方向へ再び
光導波路６を伝播する。半導体レーザー１の光導波路６
内への入射光強度40mWに対し2.5mWのブルー光が得られ
た。本実施例においても位相整合波長のシフトは0.2nm
程度しか観測されなかった。しかしながら、出射端面で
の高調波光の反射率を10%以下にすると、シフト量は0.6
nm程度まで多くなり、高調波光反射膜１８の反射率は20
%以上が望ましい。
As半導体レーザー、２はN.A.=0.5のコリメートレンズ、
３はλ／２板、４はN.A.=0.5のフォーカシングレンズ、
８はN.A.=0.6のコリメートレンズ、１０は半導体レーザ
ーの光軸に対して傾斜して設置されたグレーティングで
ある。LiTaO3基板５上には光導波路６と周期的に分極反
転領域７が形成されている。コリメートレンズ２で平行
光にされたレーザー光は、λ／２板３で偏向方向を回転
され、フォーカシングレンズ４で分極反転型導波路素子
の光導波路６の端面に集光され、周期4.0μmの分極反転
領域７をもつ光導波路６を伝播し、光導波路６の出射端
面より出射される。光導波路６から出射した光はコリメ
ートレンズ８で平行光になり、波長選択ミラー９を通過
し、グレーティング１０に導かれる。波長選択ミラー９
は基本波に対し無反射、また高調波に対して高反射にな
るように、設計されている。グレーティング１０は波長
分散効果を持っていて、波長870nmの光が光導波路６に
再結合し、半導体レーザー１の活性層に帰還し、半導体
レーザー１の波長が分極反転型導波路素子の位相整合波
長である870nmに固定されるように、グレーティング１
０の角度は設定される。周期的な分極反転領域７を有す
る光導波路６内で、基本波870nmの光は、波長435nmの光
に波長変換される。光導波路６の出射端面には高調波光
反射膜１８が形成されていて、波長変換された高調波43
5nmの光のうち20%の光が半導体レーザー１の方向へ再び
光導波路６を伝播する。半導体レーザー１の光導波路６
内への入射光強度40mWに対し2.5mWのブルー光が得られ
た。本実施例においても位相整合波長のシフトは0.2nm
程度しか観測されなかった。しかしながら、出射端面で
の高調波光の反射率を10%以下にすると、シフト量は0.6
nm程度まで多くなり、高調波光反射膜１８の反射率は20
%以上が望ましい。
【００２６】また、波長選択ミラー９をコリメートレン
ズ３とフォーカシングレンズ４の間に設置し、高調波光
反射膜１８の高調波に対する反射率を100%にすること
で、位相整合波長のシフト量は0.1nm以下となり、耐光
損傷性の大幅な改善が見られた。
ズ３とフォーカシングレンズ４の間に設置し、高調波光
反射膜１８の高調波に対する反射率を100%にすること
で、位相整合波長のシフト量は0.1nm以下となり、耐光
損傷性の大幅な改善が見られた。
【００２７】また、本実施例では出射端面での反射光を
耐光損傷性の向上に利用したが、出射端面での散乱光を
用いても同様の効果が得られる。
耐光損傷性の向上に利用したが、出射端面での散乱光を
用いても同様の効果が得られる。
【００２８】（実施例５）なお、実施例１〜４ではLiTa
O3基板を用いた周期的分極反転領域を有する導波路型波
長変換素子について説明した。他の無機非線形光学結晶
や有機非線形光学結晶を基板として用いた波長変換素子
においても同様の効果が見られる。しかし、LiTaO3、Li
NbO3やKTP(KTiOPO4)のような非線形光学定数が大きく、
波長変換素子としての変換効率の大きな結晶では、得ら
れる高調波光出力も大きく、光誘起屈折率変化の効果も
大きく現れるため、波長変換素子に波長550nm以下の光
を照射し、耐光損傷性の向上を行うとき、その効果は非
常に大きい。
O3基板を用いた周期的分極反転領域を有する導波路型波
長変換素子について説明した。他の無機非線形光学結晶
や有機非線形光学結晶を基板として用いた波長変換素子
においても同様の効果が見られる。しかし、LiTaO3、Li
NbO3やKTP(KTiOPO4)のような非線形光学定数が大きく、
波長変換素子としての変換効率の大きな結晶では、得ら
れる高調波光出力も大きく、光誘起屈折率変化の効果も
大きく現れるため、波長変換素子に波長550nm以下の光
を照射し、耐光損傷性の向上を行うとき、その効果は非
常に大きい。
【００２９】また、実施例１〜４では波長変換素子とし
て導波路型を例に挙げて説明したが、半導体レーザーの
外部共振器型や半導体レーザー励起固体レーザーの内部
共振器型の共振器内部に挿入されたバルク型の波長変換
素子においても、波長550nm以下の光を照射することで
耐光損傷性の向上を図ることができる。しかしながら、
導波路型波長変換素子では光の伝播部分での光密度が大
きいため、波長550nm以下の光を照射し、耐光損傷性の
向上を行うとき得られる効果は、バルク型波長変換素子
よりも大きい。。
て導波路型を例に挙げて説明したが、半導体レーザーの
外部共振器型や半導体レーザー励起固体レーザーの内部
共振器型の共振器内部に挿入されたバルク型の波長変換
素子においても、波長550nm以下の光を照射することで
耐光損傷性の向上を図ることができる。しかしながら、
導波路型波長変換素子では光の伝播部分での光密度が大
きいため、波長550nm以下の光を照射し、耐光損傷性の
向上を行うとき得られる効果は、バルク型波長変換素子
よりも大きい。。
【００３０】なお、分極反転型の位相整合方式だけでな
く、屈折率の分散関係を利用した角度位相整合方式や温
度位相整合方式を用いた場合でも、耐光損傷性の向上を
図ることで安定に高出力の短波長光を得ることができ、
その効果は大きい。
く、屈折率の分散関係を利用した角度位相整合方式や温
度位相整合方式を用いた場合でも、耐光損傷性の向上を
図ることで安定に高出力の短波長光を得ることができ、
その効果は大きい。
【００３１】
【発明の効果】強誘電体結晶からなる波長変換素子にピ
ーク波長550nm以下の光を照射することで、波長光波長
変換素子の耐光損傷性が向上し、光損傷に強い高効率で
安定な波長変換が実現される。
ーク波長550nm以下の光を照射することで、波長光波長
変換素子の耐光損傷性が向上し、光損傷に強い高効率で
安定な波長変換が実現される。
【図１】本発明の紫外線ランプを有する短波長光発生装
置の概略構成図
置の概略構成図
【図２】本発明の発光ダイオードを有する短波長光発生
装置の概略構成図
装置の概略構成図
【図３】本発明の可視光半導体レーザーを有する短波長
光発生装置の概略構成図
光発生装置の概略構成図
【図４】本発明の高調波光反射膜を有する短波長光発生
装置の概略構成図
装置の概略構成図
【図５】本発明の周期的な分極反転領域を有する導波路
型波長変換素子の概略構成図
型波長変換素子の概略構成図
【図６】従来の短波長光発生装置の概略構成図
１ 半導体レーザー ２ コリメートレンズ ３ λ／２板 ４ フォーカシングレンズ ５ ＬｉＴａＯ3基板 ６ 光導波路 ７ 分極反転領域 ８ コリメートレンズ ９ 波長選択ミラー １０ グレーティング １１ 紫外線ランプ １２ 発光ダイオード １３ シリンドリカルレンズ １４ 可視光半導体レーザー １５ コリメートレンズ １６ λ／２板 １７ 波長選択ミラー １８ 高調波光反射膜 １９ 入射端面 ２０ 出射端面 Ｐ１ 基本波 Ｐ２ 高調波
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀 義和 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (9)
- 【請求項１】少なくとも半導体レーザーと波長変換素子
を有し、前記波長変換素子にピーク波長が５５０ｎｍ以
下の光が照射されていることを特徴とする短波長光発生
装置。 - 【請求項２】少なくとも半導体レーザーと、波長変換素
子と、前記波長変換素子の周辺部に位置するピーク波長
が５５０ｎｍ以下の光を発する光源を有し、前記光源か
らの光は前記波長変換素子に照射され、なおかつ前記半
導体レーザーから出射される基本波は前記波長変換素子
内で高調波に変換されることを特徴とする短波長光発生
装置。 - 【請求項３】少なくとも半導体レーザーと導波路型波長
変換素子を有し、前記導波路型波長変換素子の導波路に
前記半導体レーザー光と同時に、ピーク波長５５０ｎｍ
以下の光が伝播していることを特徴とする短波長光発生
装置。 - 【請求項４】少なくとも半導体レーザーと導波路型波長
変換素子を有し、前記導波路型波長変換素子で波長変換
された高調波光が前記導波路型波長変換素子の出射端面
で反射し、反射光が前記導波路型波長変換素子を再度伝
播していることを特徴とする短波長光発生装置。 - 【請求項５】ピーク波長５５０ｎｍ以下の光が、発光ダ
イオードまたは半導体レーザーまたはランプから発せら
れた光であることを特徴とする請求項１、２または３記
載の短波長光発生装置。 - 【請求項６】波長変換素子の基板がＬｉＮｂxＴａ1ーxO3
（０≦ｘ≦１）であることを特徴とする請求項１、２、
３または４記載の短波長光発生装置。 - 【請求項７】波長変換素子の基板がＫxＲｂ1ーxＴｉＯＭ
Ｏ4（０≦ｘ≦１、Ｍ＝ＰまたはＡｓ）であることを特
徴とする請求項１、２、３または４記載の短波長光発生
装置。 - 【請求項８】導波路型波長変換素子が周期的な分極反転
領域を有することを特徴とする請求項３または４記載の
短波長光発生装置。 - 【請求項９】導波路型波長変換素子内の光導波路の出射
端面での高調波光に対する反射率が２０％以上であるこ
とを特徴とする請求項３または４記載の短波長光発生装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03436994A JP3264080B2 (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | 短波長光発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03436994A JP3264080B2 (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | 短波長光発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07244307A true JPH07244307A (ja) | 1995-09-19 |
| JP3264080B2 JP3264080B2 (ja) | 2002-03-11 |
Family
ID=12412263
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03436994A Expired - Fee Related JP3264080B2 (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | 短波長光発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3264080B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011024392A1 (ja) * | 2009-08-28 | 2011-03-03 | パナソニック株式会社 | 波長変換素子の製造方法 |
| JP2013061454A (ja) * | 2011-09-13 | 2013-04-04 | Ricoh Co Ltd | 光ビーム走査装置 |
| JP2013140328A (ja) * | 2011-12-06 | 2013-07-18 | Ricoh Co Ltd | 光学装置、光偏向装置及び光変調装置 |
| JP2014026229A (ja) * | 2012-07-30 | 2014-02-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 可変焦点レンズ |
| CN115857202A (zh) * | 2022-12-21 | 2023-03-28 | 南京南智芯光科技有限公司 | 一种消除铁电光学晶体中光斑畸变的装置及方法 |
-
1994
- 1994-03-04 JP JP03436994A patent/JP3264080B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011024392A1 (ja) * | 2009-08-28 | 2011-03-03 | パナソニック株式会社 | 波長変換素子の製造方法 |
| JP2013061454A (ja) * | 2011-09-13 | 2013-04-04 | Ricoh Co Ltd | 光ビーム走査装置 |
| JP2013140328A (ja) * | 2011-12-06 | 2013-07-18 | Ricoh Co Ltd | 光学装置、光偏向装置及び光変調装置 |
| US8620117B2 (en) | 2011-12-06 | 2013-12-31 | Ricoh Company, Ltd. | Optical device, optical deflection device, and optical modulation device |
| JP2014026229A (ja) * | 2012-07-30 | 2014-02-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 可変焦点レンズ |
| CN115857202A (zh) * | 2022-12-21 | 2023-03-28 | 南京南智芯光科技有限公司 | 一种消除铁电光学晶体中光斑畸变的装置及方法 |
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|---|---|
| JP3264080B2 (ja) | 2002-03-11 |
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