JPH09297331A - 短波長レーザ装置 - Google Patents

短波長レーザ装置

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JPH09297331A
JPH09297331A JP8109399A JP10939996A JPH09297331A JP H09297331 A JPH09297331 A JP H09297331A JP 8109399 A JP8109399 A JP 8109399A JP 10939996 A JP10939996 A JP 10939996A JP H09297331 A JPH09297331 A JP H09297331A
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JP
Japan
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optical amplifier
face
laser
laser device
light
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JP8109399A
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English (en)
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Toshiaki Fukunaga
敏明 福永
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/50Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/37Non-linear optics for second-harmonic generation

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  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高出力の短波長レーザ装置において、高出力
発振時にガウス型のビーム品質を安定させ、長期の駆動
時の信頼性を向上させる。 【解決手段】 半導体レーザ1と、該半導体レーザ1か
ら発振されたレーザ光を基本波として、該基本波を第2
高調波に変換する導波路型疑似位相整合LiNbTaO3波長変
換素子4とからなる光源10から出射されたレーザ光を、
両端面を無反射コート8、9されテーパ状の導波路7を
有する光増幅器20に入射し、そのレーザ光を導波路7へ
の電流注入によって増幅し、かつ、その電流の注入・非
注入により光強度変調して出射させる。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は短波長レーザ装置に
関し、特に詳しくは短波長レーザ装置の構成に関するも
のである。 【0002】 【従来の技術】従来から、青色レーザを発生させるため
の種々の試みがなされており、例えば、特公平5-29892
号に記載されているような、0.84μm帯のシングルモー
ド発振する半導体レーザから出射されたレーザを基本波
として、該基本波からLiNbTaO3波長変換素子により第2
高調波を発生させて青色レーザを実現している。 【0003】しかし上記構成では、半導体レーザを100
mW で駆動しても2mW程度の高調波光出力しか実現
できない。実用上利用可能なシングルモード発振する半
導体レーザでも200mW 程度で駆動され、青色レーザの
最高光出力が10mW程度しか実現できてない。 【0004】また、Electronics Letters,Vol.30 No.16
(1994)pp.1296 に示される別の構成においては、高周波
重畳されたシングルモード発振する半導体レーザの光出
力をテーパ光増幅器で増幅し、この光を波長変換素子
(KNbO3 )により波長変換して第2高調波を発生させて
青色レーザを実現している。 【0005】しかしこの構成でも、シングルモード発振
する半導体レーザを増幅する光出力が限定されるため
に、青色レーザの最高光出力が40mW程度しか実現でき
てない。 【0006】更に、別の構成として、Optics Letters,V
ol.16(1991)pp.992 に示される内部共振器構造では、緑
色レーザで200 mWの最高光出力を達成している。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】但し、この構成では、
外部に光強度変調をつける機構を設ける必要がある。ま
た、上記最高光出力での信頼性は固体レーザ励起用の半
導体レーザに依存しており、高品位のモードを実現する
ためには数MW/cm2 クラスの光出力が要求されるた
め、端面での光化学反応による劣化により長期信頼性が
確保できないという欠点がある。 【0008】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、高出力発振時にガウス型のビーム品質を安定さ
せ、長期の駆動時の信頼性を向上させた高出力の短波長
レーザを提供することを目的とするものである。 【0009】 【課題を解決するための手段】本発明の短波長レーザ装
置は、基本波を発生させる基本波発生部および前記基本
波を第2高調波に変換する波長変換素子を有する光源
と、前記第2高調波を増幅する光増幅器とから構成され
ることを特徴とするものである。 【0010】前記光増幅器は、好ましくは、前記第2高
調波を入射される入射端面および増幅した第2高調波を
出射する出射端面に無反射コートが施されており、さら
に、前記入射端面から出射端面に亘って延びた光導波路
を備えるものである。 【0011】前記光増幅器の前記光導波路の幅は、前記
入射端面から前記出射端面に亘ってほぼ均一であっても
よく、前記入射端面から前記出射端面に亘って徐々に広
がるテーパ状であってもよい。さらには、少なくとも出
射端面付近でテーパ状であるものであってもよい。 【0012】さらに、前記光増幅器が光変調機能を有す
るものであってもよい。 【0013】 【発明の効果】本発明の短波長レーザ装置は、第2高調
波を発生させる波長変換素子を有する光源に光増幅器を
設けることにより、少ない消費電力でガウス型の高ビー
ム品質の青色レーザを実現できる。また、光増幅器の両
端面に無反射コートすることにより、効率よく第2高調
波のレーザ光を増幅させることができる。 【0014】さらに、光増幅器に光導波路を設け、スト
ライプ内部での光密度を低減し、注入しているキャリア
の空間的ホールバーニングにより電流・光出力特性にキ
ンクを抑制することができる。さらに、光導波路の幅を
入射端面から出射端面に亘って徐々に広がるテーパ状に
し、あるいは少なくとも出射端面をテーパ状にすること
により、出射端面での光密度を低減し端面での光学損傷
により劣化を低減し、高光出力で信頼性が高く、横モー
ド制御された短波長レーザ素子を提供できる。 【0015】 【発明の実施の形態】以下に、図面を用いて本発明の詳
細な実施の形態を説明する。 【0016】図1は、本発明の第一の実施の形態に係る
高出力の短波長レーザ装置の構成の概略図である。本実
施の形態の短波長レーザは、マスター光源10および該マ
スター光源から出射される光を平行光とし、集光するレ
ンズ5、6および該レンズ6により集光された光を増幅
させて出射する光増幅器20からなるものである。 【0017】ここでマスター光源10とは、シングルモー
ドレーザ発振する半導体レーザ1(発振波長780-1100n
m)、該半導体レーザ1から発振されたレーザ光を平行
光化して集光させるレンズ2、3、および該レンズ3に
より集光されたレーザ光を基本波として第二高調波を発
生させるLiNbTaO3波長変換素子4からなる光源をいう。 【0018】シングルモード発振する半導体レーザ1
(発振波長780-1100nm)から発振されたレーザ光は、
レンズ2で平行光とされ、レンズ3で集光されて周期的
ドメイン反転構造による導波路型擬似位相整合LiNbTaO3
波長変換素子4に入射される。該波長変換素子4により
第2高調波を発生させて、発振された単一モードレーザ
光を光増幅器20の導波路端にレンズ5及び6を用いて集
光し、末広がりに広がったテーパ状の導波路7に光を導
波させ、この導波路7に電流を注入することにより光を
増幅させ、ガウス型のビーム品質の光を広い導波路端か
ら出射させる。光増幅器20の両端面は第2高調波の波長
に対して無反射コート8、9されており、光の横モード
制御と単一モードは維持される。さらに、電流の注入及
び非注入により光強度変調も可能となる。 【0019】上記構造により、単一横モードを保ったま
ま、ガウス型の高ビーム品質の高出力のレーザ光を発生
させることができる。なお、半導体レーザ1、LiNbTaO3
波長変換素子4、光増幅器20は個別に温度調節されてい
る。 【0020】上記実施の形態において用いられる青色・
青紫色(波長390-480nm )の光増幅器の構成例図2、3
を参照して説明する。それぞれの図において、(b)図
は(a)図のA−B断面図である。 【0021】図2は光増幅器の一構成例である。有機金
属気相成長法によりn-SiC 基板21上に、n-GaN バッファ
層22、n-Alx3Ga1-x3N クラッド層23、n-GaN 光導波層2
4、Inx1Ga1-x1N/Inx2Ga1-x2N 歪み多重量子井戸活性層2
5(x1>x2)、p-GaN 光導波層26、p-Alx3Ga1-x3N クラ
ッド層27、p-GaN コンタクト層28をこの順に積層し、さ
らに、この上にSiN 絶縁膜29を堆積する。この絶縁膜29
から、入射端面の幅を4μmとしてテーパ角度6度程度
のテーパ状に広げたストライプ領域を除去しp側電極30
を形成する。このストライプ領域が電流注入窓であり、
光導波路7を定めるものである。引き続きn側電極31を
形成し劈開あるいはドライエッチングにより共振器面を
形成する。この両端面は無反射コート8、9され、レー
ザ発振を抑制する構成をとる。 【0022】さらに、光増幅器として図3に示すような
構成も可能である。分子線エピタキシャル成長法により
n-GaAs基板41上に、n-ZnMgSSeクラッド層42、n-ZnSSe光
導波層43、ZnCdSe歪み量子井戸活性層44、p-ZnSSe 光導
波層45、p-ZnMgSSe クラッド層46、p-ZnSSe 層47、p-Zn
Se/ZnTe 超格子層48、p-ZnTeコンタクト層49を積層し、
この上にSiO2絶縁膜50を堆積する。クラッド層42、46及
び光導波層43、45はGaAs基板41に格子整合する組成とす
る。発振波長は歪み量子井戸活性層44の組成ZnCdSeのCd
の含有量を変えることにより変化させることができる。
絶縁膜50から、入射端面で幅4μmとしてテーパ角度6
度程度のテーパ状に広げたストライプ領域を除去しp側
電極51を形成する。引き続きn側電極52を形成し劈開に
より共振器面を形成する。この両端面は無反射コート
8、9され、レーザ発振を抑制する構成をとる。 【0023】本発明の第二の実施の形態に係る短波長レ
ーザ装置の構成の概略図を図4に示す。本実施の形態の
短波長レーザ装置は、マスター光源10' および該マスタ
ー光源10' から出射される光を集光するレンズ70および
該レンズ70によって集光された光を増幅させて出射する
光増幅器20' からなる。 【0024】ここでマスター光源10' とは、固体レーザ
結晶励起用高出力半導体レーザ61、該半導体レーザ61か
ら発振された励起光を平行光化して集光させるレンズ6
2、63、高反射コート膜65を備え前記励起光により励起
されてレーザ光を発振する固体レーザ結晶64、該固体レ
ーザ結晶64から発振されたレーザ光を基本波として第2
高調波を発生させるLiNbTaO3波長変換素子68、および前
記高反射コート膜65とともに共振器60を構成するミラー
66からなる光源をいう。高反射コート膜65は固体レーザ
の発振波長に対して高反射するものである。 【0025】固体レーザ結晶励起用高出力半導体レーザ
61から出射されたレーザ光はレンズ62によって平行光化
され、レンズ63で集光されて励起光として固体レーザ結
晶64に入射される。該固体レーザ結晶64は励起されレー
ザ発振する。該固体レーザは、共振器60内の周期的ドメ
イン反転構造による擬似位相整合LiNbTaO3波長変換素子
68に入射される。該波長変換素子68により固体レーザの
発振波長に対して第2高調波を発生させ、発振された単
一モードレーザ光を光増幅器20' の入射端面にレンズ70
で集光し、末広がりに広がったテーパ状の導波路7に光
を導波させ、この導波路7に電流を注入することにより
光を増幅させ、ガウス型のビーム品質の光を広い導波路
端から出射させる。光増幅器20' の両端面は第2高調波
の波長に対して無反射コート8、9されており、光の横
モード制御と単一モードは維持される。さらに、電流の
注入及び非注入により光強度変調も可能となる。 【0026】上記構造により、単一横モードを保ったま
ま、ガウス型の高ビーム品質の光出力のレーザ光を発生
させる。なお、半導体レーザ61および共振器60を含む光
源10' は同時温度調節し、光増幅器20' も温度調節され
ている。 【0027】上記実施例では、導波路型擬似位相整合Li
NbTaO3波長変換素子を用いているが、LiNbO3等のドメイ
ン反転を利用した導波路型擬似位相整合素子でもよい。
また、導波路型波長変換素子の場合、半導体レーザの発
振波長を安定化するために、グレーティングやフィルタ
ーなどで波長を選択して、半導体レーザに帰還させる方
法を用いてもよい。また、共振器内の周期的ドメイン反
転構造によるバルク型擬似位相整合LiNbTaO3波長変換素
子を用いているが、LiNbO3等のドメイン反転を利用した
バルク型擬似位相整合素子でもよい。光増幅器ではn型
基板を用いているが、p型の基板を用いても同様のこと
ができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の第一の実施の形態に係る短波長レーザ
装置の構成を示す概略図 【図2】青色・青紫色(波長390-480nm)の光増幅器の
一構成例の概略図 【図3】青色・青紫色(波長390-480nm)の光増幅器の
その他の構成例の概略図 【図4】本発明の第二の実施の形態に係る短波長レーザ
装置の構成を示す概略図 【符号の説明】 1 半導体レーザ 2、3、5、6 レンズ 4 LiNbTaO3波長変換素子 7 テーパ状導波路 8、9 無反射コート 10、10' 光源 20、20' 光増幅器 21 n-SiC基板 22 n-GaNバッファ層 23 n-Alx3Ga1-x3Nクラッド層 24 n-GaN光導波層 25 Inx1Ga1-x1N/Inx2Ga1-x2N歪み多重量子井戸活性
層(x1>x2) 26 p-GaN光導波層 27 p-Alx3Ga1-x3Nクラッド層 28 p-GaNコンタクト層 29 SiN絶縁膜 30 p側電極 31 n側電極 41 n-GaAs基板 42 n-ZnMgSSeクラッド層 43 n-ZnSSe光導波層 44 ZnCdSe歪み量子井戸活性層 45 p-ZnSSe光導波層 46 p-ZnMgSSeクラッド層 47 p-ZnSSe層 48 p-ZnSe/ZnTe超格子層 49 p-ZnTeコンタクト層 50 SiO2絶縁膜 51 p側電極 52 n側電極 60 共振器 61 半導体レーザ 62、63、70 レンズ 64 固体レーザ結晶 65 高反射コート膜 66 ミラー 68 LiNbTaO3波長変換素子

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 基本波を発生させる基本波発生部および
    前記基本波を第2高調波に変換する波長変換素子を有す
    る光源と、前記第2高調波を増幅する光増幅器とから構
    成されることを特徴とする短波長レーザ装置。 【請求項2】 前記光増幅器が、前記第2高調波を入射
    される入射端面および増幅した第2高調波を出射する出
    射端面に無反射コートが施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装置。 【請求湖3】 前記光増幅器が、前記入射端面から出射
    端面に亘って延びた光導波路を備えていることを特徴と
    する請求項1または2記載の短波長レーザ装置。 【請求項4】 前記光増幅器の前記光導波路の幅が前記
    入射端面から前記出射端面に亘ってほぼ均一であること
    を特徴とする請求項3記載の短波長レーザ装置。 【請求項5】 前記光増幅器の前記光導波路の幅が前記
    入射端面から前記出射端面に亘って徐々に広がるテーパ
    状であることを特徴とする請求項3記載の短波長レーザ
    装置。 【請求項6】 前記光増幅器の前記光導波路の幅が少な
    くとも出射端面付近でテーパ状であることを特徴とする
    請求項3記載の短波長レーザ装置。 【請求項7】 前記光増幅器が光変調機能を有するもの
    であることを特徴とする請求項1から6いずれか記載の
    短波長レーザ装置。
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