JPH0980497A - レーザ光発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基本波光源としての半導体レーザと、波長変
換素子の導波路との入射光量の結合効率を高めることが
できるようにする。 【解決手段】 光源と、光導波路を有し第１の端面２ａ
と第２の端面２ｂとを有する非線形光学素子１とを有し
てなるレーザ光発生装置において、その光源が半導体レ
ーザ３よりなり、光導波路２の伝搬が光偏波依存性を有
し、半導体レーザ３からの出射光が、光導波路２にその
第１の端面から入射され、光源の偏波を直交する偏波に
変換させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光発生装置
例えば波長変換装置に係わる。

【０００２】

【従来の技術】近年、光記録ないしは再生がなされる情
報記録、例えば光磁気記録において記録密度の向上をは
かるために、その光記録ないしは再生を行う光源として
短波長光源の必要性が高まっている。この短波長光源と
しては、第２高調波発生（以下ＳＨＧという）が用いら
れたレーザ光発生装置が注目されている。このＳＨＧ
は、基本波光周波数ωの光を第２高調波周波数２ωに変
換し、レーザ光の短波長化を行うものである。

【０００３】この短波長光の発生方法として、例えば非
線形光学素子によって半導体レーザ光を基本波として導
波し、第２高調波レーザ光を取出す波長変換素子による
ものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の非線形光学素子
によって第２高調波レーザ光を取り出す波長変換素子と
しては、導波路型波長変換素子がある。

【０００５】その波長変換の基本波光源は、例えば半導
体レーザが用いられ、導波路型波長変換素子は、例えば
プロトン交換導波路が形成された非線形光学素子のニオ
ブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃ ）（以下ＬＮという）が用
いられる。

【０００６】この導波路型波長変換素子として、図６に
示すように、板面方向がＺ軸と直交する方向とされたい
わゆるＺ板ＬＮによる非線形光学素子１が用いられ、そ
のＸ軸方向を導波方向とする例えばプロトン交換導波路
による光導波路２が形成された構成とする場合、その偏
波方向は図６に模式的に矢印をもって示すように、Ｚ方
向に電界成分を有するＴＭモードのみが伝搬され、ＴＥ
モードは伝搬されず、ＴＭモードのフィールド分布はＴ
Ｍモードの電界方向とは垂直な方向、つまりＹ方向に大
きく広がる楕円状になる。

【０００７】一方、図７に示すように、基本波光源とし
て用いられる半導体レーザ３は、その偏波方向を模式的
に矢印をもって示すように、通常ＴＥモードで発振し、
そのフィールド分布はＴＥモードの電界方向に平行に大
きく広がる楕円状である。

【０００８】ここで例えば図８に示すように、基本波光
源としての半導体レーザ３と、波長変換素子としての光
導波路３が形成されたＺ板ＬＮ非線形光学素子１を一体
化する上で、半導体レーザ１の出射点と光導波路２の端
面と近接させて光を導波させる（バットカップリング）
とき、両者は偏波方向が直交するためこれらを一致させ
るために互いに垂直に位置させて結合させる。

【０００９】このときの導波光量は両導波路のモードサ
イズの重なり程度によってほぼ決定されるので、この場
合両者の導波路の結合効率はあまり良くない。

【００１０】このため、波長変換の際の基本波となる半
導体レーザからの導波路への入力パワーが少なくなると
発生する波長変換光パワーも少ない。

【００１１】本発明は、上述した実情に鑑み、基本波光
源としての半導体レーザと、波長変換素子の導波路との
入射光量の結合効率を高めることができるようにする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明におい
ては、基本波光源としての半導体レーザの発振モードの
偏波方向を変化させることによって、半導体レーザと光
導波路との結合効率を向上させることができるようにし
て、波長変換光パワーの増大化をはかることができるよ
うにする。

【００１３】本発明によるレーザ光発生装置は、光源
と、光導波路を有し第１の端面と第２の端面とを有する
非線形光学素子すなわち非線形光学結晶素子とを有して
なるレーザ光発生装置において、その光源が半導体レー
ザよりなり、光導波路の伝搬が光偏波依存性を有し、半
導体レーザからの出射光が、光導波路にその第１の端面
から入射され、光源の偏波を直交する偏波に変換させる
ものである。

【００１４】つまり、上述の本発明構成においては、基
本波光源としての半導体レーザがＴＥモード発振からＴ
Ｍモード発振に変えられるものであり、このようにする
ことによって半導体レーザのＴＭモード電界分布と導波
路のそれとの重なりがよくなり波長変換素子の導波路へ
の入射光量の結合効率が大幅に増大することができるの
である。

【００１５】また、その結合効率の増大に伴い波長変換
素子の導波路の基本導波路パワーが大きくなることから
波長変換光パワーが増大する。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を説明する
が、この説明に先立って、本発明の理解を容易にするた
めに、半導体レーザがＴＥモード発振からＴＭモード発
振する原理について図１を参照して説明する。

【００１７】今、非線形光学素子１として例えばＺ板Ｌ
Ｎ基板を用い、例えば光偏波依存性の導波路２としてＸ
方向伝搬プロトン交換導波路とした場合について考察す
る。

【００１８】このプロトン交換による光導波路２は、Ｚ
板ＬＮ基板表面の光導波路形成部以外に例えばＴａ膜に
よるマスクを被着し、このＺ板ＬＮ基板を、高温のピロ
燐酸中に浸漬することによって、マスクが被着されてい
ない光導波路形成部において、選択的にそのＬＮ内のＬ
ｉイオンと燐酸中のＨイオンを交換することによりＬＮ
基板より高屈折率部分を形成することによって３次元導
波路として形成する。

【００１９】このＺ板ＬＮ基板、すなわち非線形光学素
子に形成したプロトン交換による光導波路２は、Ｚ軸方
向に関してのみ光の閉じ込めがあり、それによってＺ方
向に電界を有するＴＭモードのみが励起可能で、ＴＥモ
ードは伝搬されない。

【００２０】ここで、半導体レーザからのＴＥモードの
出射光を、この非線形光学素子１のプロトン交換による
光導波路２に入射させるにバットカップリングを行なう
と、伝搬モードの電界が直交するため、図８で示したよ
うな結合形態となり、上述した理由により両者の導波モ
ードの電界フィールド分布の重なりがあまり良くないた
め、その結合効率は低くなる。

【００２１】そこで、図１に示すように、半導体レーザ
のＴＥモードの偏波方向と、導波路のＴＭモードの偏波
方向が垂直になるように位置させる。

【００２２】このようにすると、半導体レーザ３から出
射されるＴＥモードの出射光は、ＬＮ非線形光学素子１
のプロトン交換による導波路２で導波しないのでこれに
対する入射が阻止される。

【００２３】半導体レーザ３は、ＴＥモードがＴＭモー
ドに比べ、半導体レーザ内で伝搬損の差などの僅かな利
得差があるためにＴＥモードが支配的に発振する。

【００２４】しかし、半導体レーザは、このレーザ内に
再び出射光を帰還させることによってモードの利得が得
られるので、半導体レーザのＴＭモードを半導体レーザ
に帰還させることによって、ＴＭモードがＴＥモード以
上の利得が得られれば、半導体レーザがＴＭモードで発
振可能となる。

【００２５】したがっていま、図１において、非線形光
学素子１の光導波路２の、半導体レーザ３が光学的に結
合される側の端面（第１の端面という）２ａとは反対側
の端面（第２の端面という）２ｂに、例えば誘電体多層
膜の高反射膜をコーティングして、光が半導体レーザ３
側に帰還するようにすれば、光導波路２が半導体レーザ
３のＴＥモードは導波しないがＴＭモードは導波すると
いうその伝搬に光偏波依存性を有することから、第１の
端面２ｂにおける高反射膜によりＴＭモードは半導体レ
ーザ３に帰還し、これにより半導体レーザ３においてＴ
ＭモードがＴＥモードより利得を得ることができること
になって、ＴＭモードの発振がなされることになる。

【００２６】また、半導体レーザ３がＴＭ発振すると、
ＴＭモードの電界フィールド分布はほぼＴＥモードと同
形状であるので、バットカップリングにおいて半導体レ
ーザ３のＴＭモードフィールド分布と、光導波路２のＴ
Ｍモードフィールド分布の重なりが良好になって、光導
波路２への入射光量はかなり増大する。

【００２７】次に、本発明の実施形態について説明す
る。図２は、本発明の一例の基本構成を示す概略平面図
である。本発明は、例えば図２に示すように、光源すな
わち半導体レーザ３と、光導波路２を有し第１の端面２
ａおよびと第２の端面２ｂを有する例えばＬｉＴａ_x Ｎ
ｂ_1-x Ｏ₃ （０≦ｘ≦１）よりなる非線形光学素子１と
を有してなる。

【００２８】光導波路２は、前述したように、ＬＮによ
る非線形光学素子１において、そのＬｉイオン注入とＨ
イオンを交換して高屈折率化したプロトン交換による光
導波路またはプロトン交換後に高温アニールがほどこさ
れたアニールプロトン交換導波路によって構成した伝搬
に光偏波依存性を有する光導波路とされる。

【００２９】また、非線形光学素子１には、波長変換部
４が設けられる。この波長変換部４は、光高調波発生素
子例えばＳＨＧによって構成される。この波長変換部４
は、例えば周期的分極反転構造等による擬似位相整合構
造（ＱＰＭ）が形成されたＳＨＧや、チェレンコフ放射
型ＳＨＧ構成とすることができる。

【００３０】そして、光導波路２に、第１の端面２ａか
ら、基本波光源としての半導体レーザ３からの基本波と
なる出射光を入射させる。このとき、非線形光学素子１
と半導体レーザ３との位置関係は、半導体レーザ３のＴ
Ｍモードが光導波路２において導波できるように選定す
る。

【００３１】光導波路２の、半導体レーザ３よりのレー
ザ光の入射側の第１の端面２ａには、基本波の波長ωす
なわちレーザ光に対して低反射膜１１が被着形成され、
反対側の第２の端面２ｂには、基本波ωに対して高い反
射率を示し、これに比し、その波長変換した波長例えば
第２高調波２ωに対しては低い反射率を示す反射膜１２
が形成される。

【００３２】このとき、先に本発明の原理に関して説明
したように、半導体レーザへのＴＭモードの帰還によっ
て半導体レーザにおいてＴＭモード発振がなされること
になり、ＴＭモードの基本波を波長変換部４に導波する
ことにより高調波を発生させる。この波長変換部４で波
長変換されたすなわちこの波長変換部４で発生した高調
波は、上述した波長変換光に対して低反射を示す反射膜
１２がコートされた出力端面がなわち第２の端面２ｂか
らそのまま出射される。

【００３３】このとき、半導体レーザ３はＴＭ発振して
いることにより、上述した理由によりＬＮ非線形光学素
子１光導波路３への入射効率が大きくなり基本波導波パ
ワーが増大し高調波発生パワーが増大する。

【００３４】波長変換部４の高調波発生効率が基本波波
長依存性を有する、例えば疑似位相整合構造ＳＨＧであ
る場合、高効率に高調波を発生させるには基本波波長を
制御、つまり半導体レーザの発振したＴＭモードの波長
を制御する必要がある。

【００３５】図３、図４、図５に、半導体レーザ３をＴ
Ｍモード発振させ、さらにＴＭモードの発振波長も制御
する実施形態を示す。

【００３６】図３に示す実施形態では、図２に示した光
導波路２の出力端面２ａの、基本波に対する高反射膜１
２にかえて、低反射膜１１とし、基本波波長を高効率で
反射することのできる波長選択反射素子５、例えば回折
格子を設けた場合である。

【００３７】この構成とすることにり、半導体レーザ３
のＴＭモードの特定の波長のみが半導体レーザ３に帰還
されることにより、波長制御されたＴＭモードで半導体
レーザ３は発振し、より高効率に高調波を発生できる。

【００３８】また図４に示す実施形態では、光導波路２
の半導体レーザ３側に、波長選択反射素子５例えば回折
格子を設け、これとは反対側の光導波路３上で波長変換
部４を設け、波長選択反射素子５の回折格子で基本波の
一部を反射させて半導体レーザ３を波長制御されたＴＭ
モードで発振させ、残りを波長変換部４に導波させて高
調波を発生させた場合である。

【００３９】図５に示す実施形態では、非線形光学素子
１の光導波路２上の、半導体レーザ３と波長変換部４の
間に波長選択透過素子６を設けた場合である。

【００４０】この例においても、波長選択透過素子６の
中心透過波長を高効率に高調波を発生させる基本波波長
とすれば、この例においても波長制御されたＴＭモード
で半導体レーザ３を発振させることができ、高効率に高
調波を発生することができる。

【００４１】尚、図示した各例では、非線形光学素子１
の光導波路２と半導体レーザ３との光学的結合をレンズ
を介在させることなく半導体レーザ３の出射点と光導波
路の第１の端面２ａとの直接的な光学的結合とした場合
であるが、これら光学的結合を、レンズを介して行う構
成とすることもできる。

【００４２】上述の本発明による各実施例の構成によれ
ば、光源の半導体レーザがＴＥモード発振からＴＭモー
ド発振に変わり、それにより半導体レーザのＴＭモード
電界分布と光導波路のそれとの重なりを良くすることが
できものであり、これにより波長変換素子の光導波路へ
の入射光量の結合効率を大幅に増大させることができ
る。、また、その結合効率の増大化に伴い波長変換素子
の光導波路の基本波導波パワーが大きくなることから波
長変換光パワーの増大化をはかることができる。

【００４３】尚、非線形光学素子２を構成する非線形光
学結晶は、ＬＮに限られるものではなく、例えばＫＴＰ
（ＫＴｉＯＰＯ₄ ）によって構成することもできるな
ど、本発明は、上述の例に限られるものではなく、種々
の変形変更を行うとができる。

【００４４】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、基本
波の半導体レーザ光の波長を、波長変換した高出力の高
調波例えば第２高調波のレーザ光として取り出すことが
できるようにしたことから、各種短波長レーザ光を必要
とする光源装置として用いることができ、例えば高密度
記録がなされる光記録ないしは再生を行う光源として用
いて、確実な光記録ないしは再生動作を行うことがで
き、その工業的利益は甚大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるレーザ光発生装置の一例の構成を
示す概略斜視図である。

【図２】本発明によるレーザ光発生装置の一例の構成を
示す概略平面図である。

【図３】本発明によるレーザ光発生装置の一例の構成を
示す概略平面図である。

【図４】本発明によるレーザ光発生装置の一例の構成を
示す概略平面図である。

【図５】本発明によるレーザ光発生装置の一例の構成を
示す概略平面図である。

【図６】本発明の説明に供する光導波路のモード電界分
布の説明図である。

【図７】本発明の説明に供する半導体レーザのモード電
界分布の説明図である。

【図８】従来のバットカップリングの構成図である。

【符号の説明】

１ 非線形光学素子 ２ 光導波路 ３ 半導体レーザ（光源） ４ 波長変換部 ５ 波長選択反射素子 ６ 波長選択透過素子 １１ 低反射膜 １２ 反射膜（基本波光高反射−波長変換光低反射膜）

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、光導波路を有し第１の端面と第
   ２の端面とを有する非線形光学素子とを有してなるレー
   ザ光発生装置において、 上記光源が半導体レーザよりなり、上記光導波路の伝搬
   が光偏波依存性を有し、上記光源からの出射光が上記光
   導波路に上記第１の端面から入射され、 上記光源の偏波を直交する偏波に変換することを特徴と
   するレーザ光発生装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のレーザ光発生装置にお
   いて、 波長変換部が設けられたことを特徴とするレーザ光発生
   装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のレーザ光発生装置にお
   いて、 波長選択性反射素子が設けられたことを特徴とするレー
   ザ光発生装置。
4. 【請求項４】 前記波長選択性反射素子が回折格子であ
   ることを特徴とする請求項３に記載のレーザ光発生装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載のレーザ光発生装置にお
   いて、 波長選択性透過素子が設けられたことを特徴とするレー
   ザ光発光装置。
6. 【請求項６】 前記第１の端面に無反射膜が施され、前
   記第２の端面が光源の波長に対し高反射となる膜が施さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光発
   生装置。
7. 【請求項７】 前記第１および第２の端面に無反射膜が
   施されていることを特徴とする請求項３に記載のレーザ
   光発生装置。
8. 【請求項８】 前記光源からの出射光の光導波路への前
   記第１の端面から入射を、前記半導体レーザの出射点と
   前記光導波路の端面とを近接させて直接的な光学的結合
   によって行ったことを特徴とする請求項１に記載のレー
   ザ光発生装置。
9. 【請求項９】 前記光源からの出射光の光導波路への前
   記第１の端面から入射を、レンズを介しての光学的結合
   によって行ったことを特徴とする請求項１に記載のレー
   ザ光発生装置。
10. 【請求項１０】 前記光導波路がプロトン交換光導波路
    であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光発生
    装置。
11. 【請求項１１】 前記非線形光学素子がＬｉＴａ_x Ｎｂ
    _1-x Ｏ₃ （０≦ｘ≦１）であることを特徴とする請求項
    １に記載のレーザ光発生装置。
12. 【請求項１２】 前記波長変換部が光高調波発生素子で
    あることを特徴とする請求項２に記載のレーザ光発生装
    置。
13. 【請求項１３】 前記波長変換部が疑似位相整合構造を
    有する波長変換素子であることを特徴とする請求項２に
    記載のレーザ光発生装置。