JP2001125158A

JP2001125158A - 光波長変換素子および光波長変換モジュール

Info

Publication number: JP2001125158A
Application number: JP30709699A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Sonoda; 慎一郎園田
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2001-05-11

Abstract

(57)【要約】【課題】基本波光源である半導体レーザーへの戻り光
量を低減できる光波長変換素子を得る。【解決手段】非線形光学効果を有する基板に光導波路
18が形成されてなり、この光導波路18の一端面18ａ側か
ら入射した基本波11を波長変換して、波長変換波19を光
導波路18の他端面18ｂ側から出射させる光波長変換素子
15において、光導波路18の他端面18ｂを、該光導波路18
の延びる方向に垂直な面に対して、基板表面にほぼ平行
な面内で３°以上傾ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光波長変換素子に関
し、特に詳細には、非線形光学効果を有する基板に光導
波路が形成されてなる導波路型の光波長変換素子に関す
るものである。

【０００２】また本発明は、上述のような光波長変換素
子と、そこに基本波としてのレーザービームを入射させ
る外部共振器型半導体レーザーとが結合されてなる光波
長変換モジュールに関するものである。

【０００３】

【従来の技術】従来、例えば特開平１０−２５４００１
号公報に示されるように、非線形光学効果を有する強誘
電体結晶基板に一方向に延びる光導波路が形成されると
ともに、この光導波路に基板の自発分極の向きを反転さ
せたドメイン反転部が周期的に形成されてなり、該光導
波路においてドメイン反転部の並び方向に導波する基本
波を第２高調波等に波長変換する光波長変換素子が知ら
れている。

【０００４】また同公報には、この光波長変換素子に、
基本波としてのレーザービームを入射させる半導体レー
ザーを結合させてなる光波長変換モジュールも示されて
いる。さらに同公報には、上記半導体レーザーに狭帯域
バンドパスフィルター等の波長選択素子を備えた外部共
振器を組み合わせ、この外部共振器の作用によって半導
体レーザーの発振波長を所望波長にロックする技術も開
示されている。

【０００５】さらに特開平６−１６０９３０号公報に
は、非線形光学効果を有する基板に光導波路が形成され
てなり、この光導波路の一端面（近端面）側から入射し
た基本波を波長変換して、波長変換波を光導波路の他端
面（遠端面）側から出射させる光波長変換素子におい
て、光導波路の近端面および／または遠端面を縦方向に
（つまり、該光導波路の延びる方向に垂直な面に対し
て、この方向を含んで基板表面に垂直な面内で）傾くよ
うに形成してなる光波長変換素子が開示されている。こ
の構成においては、光導波路を導波して上記近端面およ
び／または遠端面に入射した基本波が、該端面で、光導
波路の延びる方向とは角度をなして側外方に反射する。
そこで、この基本波が光導波路に再入射して、半導体レ
ーザーに戻り光となって入射することが防止される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の光波長変換
モジュールにおいては一般に、光波長変換素子の光導波
路端面を含む一端面および他端面に、基本波に対する反
射防止コート（ＡＲコート）が施されるが、この種の反
射防止コートの反射率は完全に０％にはならず、通常の
分光反射モニター付き蒸着装置によるＳｉＯ₂の単層コ
ートの場合で、0.05〜0.1％程度の反射率となる。

【０００７】そのようになっていると、光波長変換素子
の出射端で僅かに基本波が反射して半導体レーザーに戻
り、その発振に悪影響が及ぶ。以下、この戻り光による
問題を外部共振器型半導体レーザーを基本波光源として
用いた第２高調波発生の場合について詳しく説明する。

【０００８】半導体レーザーの駆動電流を増大させる
と、この半導体レーザーの温度が変化して長さが変わ
り、発振波長が波長選択素子の選択中心波長付近で周期
的に変化する。この変化の様子の一例を図８に示す。な
おこの例は、半導体レーザーの発振波長、長さがそれぞ
れ約950.0ｎｍ、１ｍｍで、波長選択素子である狭帯域
バンドパスフィルターの透過中心波長、透過幅がそれぞ
れ950.0ｎｍ、0.5ｎｍの場合のものである。

【０００９】上述のように反射して半導体レーザーに戻
る光と、光導波路の出射端側に進行する光とは互いに干
渉するが、光波長変換素子中の光路長は一定なので、半
導体レーザーに戻る光は波長変化に応じて強弱が周期的
に変化する。半導体レーザーに戻る光が強くなると縦モ
ードホップが生じたり、発振強度が不安定になる。この
ため、例えば図９に例示するように、第２高調波の光強
度対電流特性にうねりが生じたり、不安定な光量変動
（ノイズ）が発生する。図９に例示したような特性の半
導体レーザーでは、ＡＰＣつまり出力一定化制御がかか
ったときに光量の時間変動が大きくなる、つまりノイズ
が多いという問題がある。そのような光波長変換モジュ
ールを例えばレーザースキャナの記録光源として応用す
る場合は、記録画像にノイズが多く発生するという問題
を招く。

【００１０】特に、前述の外部共振器で発振波長をロッ
クした半導体レーザーは、単色性が強いため上記干渉が
生じやすく、この戻り光による問題が発生しやすくなっ
ている。

【００１１】前述の特開平６−１６０９３０号公報に記
載された光波長変換素子は、この戻り光の問題を解消す
るものであるが、光導波路の他端面が縦方向に傾けて形
成されているため、戻り光の影響を回避するためには、
この傾きをかなり大きくせざるを得ないものとなってい
る。そのためこの光波長変換素子においては、光導波路
の他端面から出射する波長変換波が大きく曲がるように
なり、他の光学素子との光軸合わせが困難になるという
問題が認められる。

【００１２】また、近端面が上記のように傾いている場
合には、半導体レーザーから出射した光が光波長変換素
子に効率良く入射しないという問題が認められる。

【００１３】本発明は上記の事情に鑑み、半導体レーザ
ーへの戻り光量を低減することができて、しかも、他の
光学素子との光軸合わせも簡単になされ得る光波長変換
モジュール、およびその光波長変換モジュールに用いら
れる光波長変換素子を提供することを目的とする。

【００１４】

【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効果を有する
基板に光導波路が形成されてなり、この光導波路の一端
面側から入射した基本波を波長変換して、波長変換波を
前記光導波路の他端面側から出射させる光波長変換素子
において、前記光導波路の他端面が、該光導波路の延び
る方向に垂直な面に対して、基板表面にほぼ平行な面内
で３°以上傾いていることを特徴とするものである。

【００１５】なお上記傾きの角度は、より好ましくは７
°以上とされる。それに対して、この傾きの角度が３°
以上７°未満の場合は、上記光導波路の他端面に、その
基本波に対する反射率をほぼ0.1％とする反射防止コー
トが施されるのが望ましい。そのような反射防止コート
としては、ＳｉＯ₂からなるコートを好適に用いること
ができる。

【００１６】本発明による第２の光波長変換素子は、非
線形光学効果を有する基板に光導波路が形成されてな
り、この光導波路の一端面側から入射した基本波を波長
変換して、波長変換波を前記光導波路の他端面側から出
射させる光波長変換素子において、前記光導波路の他端
面に、この光導波路の実効屈折率とほぼ等しい屈折率の
材料のブロックが接合されていることを特徴とするもの
である。

【００１７】さらに本発明による第３の光波長変換素子
は、非線形光学効果を有する基板に光導波路が形成され
てなり、この光導波路の一端面側から入射した基本波を
波長変換して、波長変換波を前記光導波路の他端面側か
ら出射させる光波長変換素子において、前記光導波路を
導波する基本波の位相を変調させる位相変調部が設けら
れていることを特徴とするものである。

【００１８】なお上記位相変調部は、光導波路の波長変
換部と前記他端面との間に設けられるのが望ましい。

【００１９】一方、本発明による光波長変換モジュール
は、以上説明した本発明による各光波長変換素子と、こ
の光波長変換素子の前記一端面側から基本波としてのレ
ーザービームを入射させる外部共振器型半導体レーザー
とが光学素子を介さずに結合されてなるものである。

【００２０】なおこの本発明による光波長変換モジュー
ルにおいては、外部共振器型半導体レーザーを高周波重
畳駆動する手段が設けられるのが望ましい。

【００２１】

【発明の効果】本発明による第１の光波長変換素子にお
いては、波長変換波が出射する光導波路の他端面が横方
向に（つまり、該光導波路の延びる方向に垂直な面に対
して、基板表面にほぼ平行な面内で）３°以上傾いてい
ることにより、光導波路を導波してこの他端面に入射し
た基本波は、該他端面で、光導波路の延びる方向とは角
度をなして側外方に反射する。そこで、この基本波は光
導波路に再入射することがなくなり、よって、基本波光
源である半導体レーザーに戻り光となって入射すること
もなくなる。

【００２２】しかもこの第１の光波長変換素子は、前述
した特開平６−１６０９３０号公報に記載された光波長
変換素子のように、光導波路の他端面を縦方向に傾けて
形成したものと比較すると、図６に示す通り、戻り光量
を共通にするのであれば、光導波路他端面の傾きをより
小さくできるものである。したがってこの光波長変換素
子は、光導波路の他端面から出射する波長変換波の曲が
りを比較的小さく抑えて、他の光学素子との光軸合わせ
を容易に行なえるものとなる。

【００２３】また、本発明による第２の光波長変換素子
においては、光導波路の他端面にこの光導波路の実効屈
折率とほぼ等しい屈折率の材料のブロックが接合されて
いることにより、光導波路の他端面から発散光状態で出
射した基本波は、この他端面とブロックとの界面では反
射せずにブロックの外端面（光導波路とは反対側の端
面）まで達し、そこで反射する。ここで反射した発散光
状態の基本波は、光導波路側に向かうにつれて該光導波
路から離れるように進行するので、光導波路に再入射す
ることがなくなり、よって、基本波光源である半導体レ
ーザーに戻り光となって入射することがなくなる。

【００２４】また、本発明による第３の光波長変換素子
においては、上記第１〜３の光波長変換素子と異なって
戻り光が光導波路に入射し得るので、この戻り光と光導
波路他端面側に進行する基本波とが干渉する。しかしこ
の場合、光導波路を導波する基本波の位相を変調させる
位相変調部が設けられていることにより、光導波路の一
端面における戻り光と光導波路他端面側に進行する基本
波との光路差が高速に変化するので、波長が変化したと
しても、実際使用する周波数領域よりも高い周波数領域
で戻り光量を変化させることができ、結果的に半導体レ
ーザーが安定して動作するようになる。

【００２５】また、本発明による光波長変換モジュール
は、光波長変換素子と外部共振器型半導体レーザーとが
光学素子を介さずに結合されて、光学素子を介して結合
する場合と比べて近端面からの戻り光の影響を受け難い
構成になっているので、単色性が強くて戻り光による問
題が発生しやすい外部共振器型半導体レーザーを用いて
いても、この問題を確実に防止することができる。

【００２６】そこで本発明によれば、光波長変換素子の
光出射端面からの戻り光に誘発される波長変換波の出力
不安定性を解消して、出力の安定した低ノイズの光源を
得ることが可能になる。

【００２７】外部共振器で発振波長をロックした半導体
レーザーは、スペクトル幅が狭くて、干渉効果が大きい
ものとなっているので、このような外部共振器型半導体
レーザーを用いる場合、滑らかな光強度対電流特性を得
るために戻り光対策は特に重要であり、したがって本発
明の適用が特に効果的である。

【００２８】ここで、光波長変換素子と外部共振器型半
導体レーザーとを光学素子を介さずに結合するとは、後
述する発明の実施の形態の図１のような結合状態のこと
をいい、光波長変換素子と半導体レーザーとの間のすき
間を、実際に使用する領域で半導体レーザーのＩＬカー
ブ（光強度対電流特性）にうねりが生じない程度に狭く
することをいう。例えば導波路型の光波長変換素子が10
ｍｍの場合、10μｍ程度以下のすき間ならうねりは生じ
ない。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明の一つの実施形態
による光波長変換モジュールを示すものである。図示さ
れるようにこの光波長変換モジュールは、半導体レーザ
ー10と、この半導体レーザー10から発散光状態で出射し
たレーザービーム（後方出射光）11Ｒを平行光化するコ
リメーターレンズ12と、平行光化されたレーザービーム
11Ｒを収束させる集光レンズ13と、これらのレンズ12お
よび13の間に配された波長選択素子としての狭帯域バン
ドパスフィルター14と、上記集光レンズ13によるレーザ
ービーム11Ｒの収束位置に配されたミラー20とを有して
いる。

【００３０】そして半導体レーザー10の前方端面（図中
の左端面）は、導波路型光波長変換素子15の端面に直接
結合されている。この半導体レーザー10は、後述する半
導体レーザー駆動回路40によって駆動される。なお半導
体レーザー10の両端面（劈開面）には、その発振波長の
光に対するＬＲ（低反射率）コート32が施されている。

【００３１】光波長変換素子15は、非線形光学効果を有
する強誘電体であるＬｉＮｂＯ₃にＭｇＯが例えば５ m
ol％ドープされたもの（以下、ＭｇＯ−ＬＮと称する）
の結晶からなる基板16に、そのＺ軸と平行な自発分極の
向きを反転させたドメイン反転部17が周期的に形成され
てなる周期ドメイン反転構造と、この周期ドメイン反転
構造に沿って延びるチャンネル光導波路18が形成されて
なるものである。

【００３２】以下図２〜４を参照して、この光波長変換
素子15の作製方法について説明する。図２は、この光波
長変換素子15を作製する一工程を示すものである。図中
のＭｇＯ−ＬＮ基板16は、図３に示すようにＭｇＯ−Ｌ
Ｎのインゴット16’をＺ軸方向に対して角度δ＝３°を
なす方向にカット、研磨して得られたものであり、単分
極化処理がなされて例えば厚さ0.3 ｍｍに形成されてい
る。なお、この研磨角度δ＝３°の精度は±0.1 °であ
る。

【００３３】以上のように形成されたＭｇＯ−ＬＮ基板
16の表面16ａ、16ｂと平行でＸ軸と直交する方向、およ
び基板表面16ａ、16ｂに対して垂直な方向はそれぞれ、
Ｚ軸方向およびＹ軸方向に対して角度δ＝３°をなす方
向となるので、これらの方向を便宜的にそれぞれＺ’方
向、Ｙ’方向と称する（以下、同様）。

【００３４】上記ＭｇＯ−ＬＮ基板16の表面16ａに、図
２に示すように櫛形電極５および平板電極６を取り付
け、＋Ｚ側に位置する櫛形電極５の方が正電位、−Ｚ側
に位置する平板電極６の方が負電位となるようにして、
これらの電極５、６間にパルス電圧を印加すると、図４
に概略図示するように、＋Ｚ方向を向いていた基板16の
自発分極の向きが電圧印加部分において反転して、ドメ
イン反転部17が形成される。なお上記自発分極の向き
は、基板表面16ａに対してδ＝３°傾いており、したが
ってドメイン反転部17の分極の向きも基板表面16ａに対
して同様に傾くことになる。

【００３５】本例では、櫛形電極５および平板電極６を
Ｃｒから形成したが、ＭｇＯ−ＬＮ基板16よりも電気伝
導度が十分低い材料ならば何でも電極材料として用いる
ことができる。櫛形電極５および平板電極６は周知のフ
ォトリソグラフィーによって形成することができ、厚さ
は例えば20〜100 ｎｍ、長さＬ₁は例えば８ｍｍ、両電
極５、６間のギャップＧは例えば100 〜500 μｍとすれ
ばよい。また櫛形電極５の周期Λは4.75μｍ、電極指の
長さおよび幅はそれぞれ200μｍ、0.5 μｍとした。そ
して平板電極６の幅、すなわちＺ’方向の寸法は100 μ
ｍとした。

【００３６】上記の電圧印加は、電流のリークを防止す
るために真空中で行なった。このときの真空度は、例え
ば５×10^-5Torr以下とする。なお、このように真空中で
電圧印加する代わりに、絶縁オイル中で電圧印加するよ
うにしてもよい。また印加電圧のパルス幅は、１〜10se
c とすればよい。

【００３７】各ドメイン反転部17は、印加電圧が大きい
程Ｚ軸と垂直な方向に大きく広がるようになる。周知の
ように、周期ドメイン反転構造を利用して波長変換する
場合の波長変換効率は、ドメイン反転部17と非反転部と
の導波方向の長さの比が１：１のときに最大となる。こ
の比が１：１となるのは、例えば上記ギャップＧが200
μｍの場合は印加電圧を約1500Ｖにしたとき、ギャップ
Ｇが400 μｍの場合は印加電圧を約3000Ｖにしたときで
ある。これらの最適電圧の値は、基板温度を室温に設定
した場合のものであり、基板温度を例えば200 ℃とする
と、各場合の最適電圧は約１／３となる。

【００３８】次に上記ＭｇＯ−ＬＮ基板16に、以下のよ
うにしてチャンネル光導波路18を形成した。まず、ドメ
イン反転が最も深くなっている櫛形電極５の先端近傍
に、周知のフォトリソグラフィーにより、Ｚ’方向の幅
が３〜12μｍ程度の金属（本例ではＴａ）のマスクを形
成する。その後このＭｇＯ−ＬＮ基板16に対して、ピロ
リン酸中で120〜200 ℃で30〜90分間プロトン交換処理
を行ない、Ｔａマスクをエッチング液で除去した後、大
気中において300〜410 ℃で30〜120分間アニールする。
以上の処理により、図１に示すように、ドメイン反転部
17の並び方向に沿って延びるチャンネル光導波路18が形
成される。

【００３９】なお上記プロトン交換処理およぴアニール
処理の条件は、上記の各範囲から、導波光のビーム径と
伝搬損が最適になる条件を選択すればよい。また上記マ
スクの幅は、目的とする波長（基本波900〜1100ｎｍ）
の範囲でシングルモード条件となるように選択する。

【００４０】その後このチャンネル光導波路18の両端面
18ａ、18ｂを含む素子端面を光学研磨し、端面18ａを含
む素子端面に基本波であるレーザービーム11に対するＡ
Ｒ（無反射）コート30を施し、端面18ｂを含む素子端面
に後述する第２高調波19およびレーザービーム11に対す
るＡＲコート31を施すと、図１に示した光波長変換素子
15が完成する。なお一方の光導波路端面18ｂは、第２高
調波19が取り出される端面であり、この光導波路端面18
ｂを含む素子端面15ａは、光導波路18の延びる方向に垂
直な面に対して、基板表面16ａ（図２および４参照）に
ほぼ平行な面内で角度θ（３°≦θ）以上傾けて研磨さ
れる。

【００４１】次に、この第１実施形態の光波長変換モジ
ュールの作用について説明する。半導体レーザー10から
前方側（図中左方に）発せられた中心波長950 ｎｍのレ
ーザービーム11は、チャンネル光導波路18内に入射す
る。このレーザービーム11はチャンネル光導波路18をＴ
Ｅモードで導波して、波長が１／２つまり475 ｎｍの第
２高調波19に波長変換される。その際、周期ドメイン反
転領域で位相整合（いわゆる疑似位相整合）が取られ、
この第２高調波19もチャンネル光導波路18を導波モード
で伝搬して、光導波路端面18ｂから出射する。

【００４２】光導波路端面18ｂからは、波長変換されな
かったレーザービーム11も発散光状態で出射する。第２
高調波19は、図示しないバンドパスフィルターやダイク
ロイックミラー等によってレーザービーム11と分離さ
れ、所定の用途に供される。

【００４３】次に、半導体レーザー10の駆動について説
明する。本実施形態では、半導体レーザー10から出射し
た後方出射光11Ｒがミラー20で反射して、半導体レーザ
ー１０にフィードバックされる。つまりこの装置では、
半導体レーザー１０の前方端面（図１中の左方の端面）
と上記ミラー20とによって半導体レーザー10の外部共振
器が構成されている。外部共振器長Ｌは150ｍｍであ
る。

【００４４】そしてこの外部共振器の中に配された狭帯
域バンドパスフィルター14により、そこを透過するレー
ザービーム11の波長が選択される。半導体レーザー10は
この選択された波長で発振し、選択波長は狭帯域バンド
パスフィルター14の回転位置（図１中の矢印Ａ方向の回
転位置）に応じて変化するので、この狭帯域バンドパス
フィルター14を適宜回転させることにより、半導体レー
ザー10の発振波長を、ドメイン反転部17の周期と対応し
て第２高調波19の疑似位相整合が取れる波長に選択、ロ
ックすることができる。

【００４５】ここで、先に説明した通り、光導波路端面
18ｂにＡＲコート31が施されていても、基本波であるレ
ーザービーム11の反射を完全に防止することは不可能で
あるる。しかし本実施形態において、この光導波路端面
18ｂを含む素子端面15ａは、チャンネル光導波路18の延
びる方向に垂直な面に対して、基板表面16ａにほぼ平行
な面内で角度θ（３°≦θ）以上傾けて研磨されている
ので、反射したレーザービーム11Ｓはチャンネル光導波
路18の延びる方向とは角度をなして側外方に反射する。
そこで、この反射したレーザービーム11Ｓはチャンネル
光導波路18に再入射することがなくなり、よって、基本
波光源である半導体レーザー10に戻り光となって入射す
ることもなくなる。

【００４６】以下、上述の効果についてさらに具体的に
説明する。波長 950ｎｍに対して得られた典型的なレー
ザービーム11のビーム径は、横６μｍ、深さ３μｍ程度
となった。このときのファーフィールドでのレーザービ
ーム11の拡がり角は、横方向11.5°、深さ方向22.8°
（１／ｅ²全幅）となる。

【００４７】一方、斜め研磨角度θに対する戻り光量
は、上記拡がり角φに対して、図５に斜線を付して示す
重なり積分で見積もることができる。図５に示す重なり
積分をηとし、ＡＲコート31の反射率をＲとすると、実
際に半導体レーザー10に戻る光量はＲ×ηとなる。した
がって、光導波路端面18ｂを斜めにした効果はη倍現れ
る。この重なり積分ηつまり戻り光量と斜め研磨角度θ
との関係は、図６に示すようなものとなる。ＡＲコート
31をＳｉＯ₂単層コートから形成する等の場合、通常、
反射率Ｒは0.1％程度となる（入射光量を０ｄＢとした
ときの反射光量は−３０ｄＢとなる）。なお、反射率Ｒ
を0.1％程度にし得るコート材料としては、上記ＳｉＯ
₂の他にＣａＦ₂やＢａＦ₂がある。

【００４８】なお図６には、戻り光量と斜め研磨角度θ
との関係を、光導波路端面18ｂを含む素子端面15ａを本
発明のように横方向に（つまり光導波路18の延びる方向
に垂直な面に対して、基板表面16ａに平行な面内で傾け
て）研磨した場合と、横方向に（つまり光導波路18の延
びる方向に垂直な面に対して、この方向を含んで基板表
面16ａに垂直な面内で傾けて）研磨した場合とについて
示してある。

【００４９】本発明者の実験によると、戻り光量が−４
０〜−６０ｄＢ以下であれば、図７に示すように第２高
調波19について、戻り光の影響の無い滑らかな光強度対
電流特性が得られることが分かった。したがってＡＲコ
ートを施した場合でも、図６より横方向に、つまり基板
表面に平行な面内で斜め研磨して、斜め研磨角度θは３
°以上にすることが必要となる。

【００５０】この角度θがあまりに大きいと、第２高調
波19の出射方向が大きく曲がり、モジュール化するとき
に調整が難しくなる。この点から考えれば、角度θは小
さい方が良いと言える。

【００５１】それに対して戻り光の影響から考えれば、
仮にＡＲコート31が無かった場合でも、戻り光量が−６
０ｄＢ以下であれば問題が無い。したがって図６より、
斜め研磨角度θは７°以上とするのが望ましい。斜め研
磨角度θが３°≦θ＜７°の場合は、ＡＲコート31のレ
ーザービーム11（基本波）に対する反射率Ｒを0.1％と
しておけばよい。

【００５２】なお、光導波路端面18ｂを含む素子端面15
ａを、チャンネル光導波路18の延びる方向に垂直な面に
対して、この方向を含んで基板表面16ａに垂直な面内で
傾けて研磨した場合は、レーザービーム11の垂直方向の
拡がりが大きいことから、上記実施形態の場合と比べて
より大きい斜め研磨角度θが必要となる問題があり、好
ましくない。

【００５３】次に、図１０を参照して本発明の第２の実
施形態による光波長変換モジュールについて説明する。
なおこの図１０において、図１中の要素と同等の要素に
は同番号を付してあり、それらについての重複した説明
は省略する（以下、同様）。

【００５４】この第２の実施形態においては、光波長変
換素子15の光導波路端面18ｂを含む素子端面15ａに、基
板16と同じ材料であってチャンネル光導波路18の実効屈
折率と等しい屈折率のＭｇＯ−ＬＮ結晶のブロック40
が、オプチカルコンタクトによって接合されている。そ
してこのＭｇＯ−ＬＮ結晶ブロック40の外端面40ａつま
り、光導波路18と反対側の端面にＡＲコート31が施され
ている。

【００５５】上記の構成において、光導波路端面18ｂか
ら発散光状態で出射したレーザービーム11（基本波）
は、この端面18ｂとＭｇＯ−ＬＮ結晶ブロック40との界
面では反射せずに、ＭｇＯ−ＬＮ結晶ブロック40の外端
面40ａまで達し、そこで反射する。ここで反射したレー
ザービーム11Ｓは、チャンネル光導波路18側（図中の右
側）に向かうにつれて該光導波路18から離れるように進
行するので、チャンネル光導波路18に再入射することが
なくなる。そこで、この反射したレーザービーム11Ｓが
半導体レーザー10に戻り光となって入射することがなく
なる。

【００５６】以上の説明から明かな通り、レーザービー
ム11がＭｇＯ−ＬＮ結晶ブロック40の外端面40ａに少し
でも斜め入射すれば、反射したレーザービーム11Ｓが半
導体レーザー10に戻り光となって入射することがなくな
る。光導波路端面18ｂから出射するレーザービーム11の
拡がり角は一般に10〜20°程度であるので、この場合も
第１実施形態と同様に、第２高調波19について図７に示
すように滑らかな光強度対電流特性を得ることができ
る。

【００５７】次に、図１１を参照して本発明の第３実施
形態による光波長変換モジュールについて説明する。こ
の第３実施形態において、光波長変換素子15のチャンネ
ル光導波路18の波長変換部（ドメイン反転部17が形成さ
れている部分）と光導波路端面18ｂとの間には、該光導
波路18を導波するレーザービーム11の位相を変調させる
位相変調部50が設けられている。この位相変調部50は、
チャンネル光導波路18の両側に配された１対の電極51、
52と、これらの電極51、52間に交流電圧を印加する交流
電源53とから構成されたものである。

【００５８】このチャンネル光導波路18を形成する際の
プロトン交換処理およびアニール処理の条件も、基本的
に第１実施形態におけるのと同様であり、導波光のビー
ム径と伝搬損が最適になる条件を選択すればよい。そし
てチャンネル光導波路18およびドメイン反転部17を形成
した後、通常のフォトリソグラフィーおよび金属蒸着に
より電極51、52を形成する。

【００５９】この第３実施形態においては、第１〜２実
施形態の光波長変換素子と異なって、光導波路端面18ｂ
で反射したレーザービーム11Ｓ（戻り光）がチャンネル
光導波路18に入射し得るので、この戻り光11Ｓと光導波
路端面18ｂ側に進行するレーザービーム11とが干渉す
る。しかしこの場合、電極51、52間に交流電圧を印加す
ると、光導波路端面18ａにおける戻り光11Ｓと光導波路
端面18ｂ側に進行するレーザービーム11との光路差が高
速に変化するので、波長が変化したとしても、実際使用
する周波数領域よりも高い周波数領域で戻り光量を変化
させることができ、結果的に半導体レーザー10が安定し
て動作するようになる。

【００６０】それによりこの場合も第１実施形態と同様
に、第２高調波19について図７に示すように滑らかな光
強度対電流特性を得ることができる。

【００６１】なお、本出願人による特願平１１−１４１
３１１号明細書に記載されているように、半導体レーザ
ーの駆動電流に高周波を重畳して半導体レーザーの縦モ
ード競合による波長変換波の光量変動を抑制する技術が
知られている。本発明の光波長変換モジュールにおいて
も、この高周波重畳駆動を行なえば、波長変換波につい
てより滑らかな光強度対電流特性を得ることができる。

【００６２】また特開平１０−１６１１６５号に示され
るように、電気光学効果および非線形光学効果を有する
基板上に波長変換部を有する光導波路と、そこを導波す
る導波光を変調する電気光学光変調器とを形成してなる
導波路型光変調素子が公知となっているが、本発明の光
波長変換素子は、このような電気光学光変調器を設けて
波長変換波を変調するように構成することも可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による光波長変換モジュ
ールを示す概略平面図

【図２】上記光波長変換モジュールを構成する光波長変
換素子を作成する様子を示す概略斜視図

【図３】図２の光波長変換素子に用いられる基板のカッ
ト状態を説明する概略図

【図４】図２の光波長変換素子に形成されるドメイン反
転部を示す概略斜視図

【図５】図１の光波長変換モジュールにおける光波長変
換素子の斜め研磨角度と、戻り光量と、基本波の横方向
拡がり角と関係を示すグラフ

【図６】図１の光波長変換モジュールにおける光波長変
換素子の斜め研磨角度と、半導体レーザーへの戻り光量
との関係を示すグラフ

【図７】図１の光波長変換モジュールにおける第２高調
波の光強度対電流特性を示すグラフ

【図８】半導体レーザーの駆動電流変化による発振波長
の変化の様子を示すグラフ

【図９】従来の光波長変換素子モジュールにおける第２
高調波の光強度対電流特性の一例を示すグラフ

【図１０】本発明の第２実施形態による光波長変換モジ
ュールを示す概略側面図

【図１１】本発明の第３実施形態による光波長変換モジ
ュールを示す概略平面図

【符号の説明】

10 半導体レーザー 11 レーザービーム（基本波） 11Ｒレーザービーム（後方出射光） 11Ｓレーザービーム（反射光） 12 コリメーターレンズ 13 集光レンズ 14 狭帯域バンドパスフィルター 15 光波長変換素子 15ａ光波長変換素子の端面 16 ＭｇＯ−ＬＮ結晶基板 17 ドメイン反転部 18 チャンネル光導波路 18ａ、18ｂチャンネル光導波路の端面 19 第２高調波 30 ＡＲコート 31 ＡＲコート 32 ＬＲコート 40 ＭｇＯ−ＬＮ結晶ブロック 50 位相変調部 51、52 電極 53 交流電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非線形光学効果を有する基板に光導波路
が形成されてなり、この光導波路の一端面側から入射した基本波を波長変換
して、波長変換波を前記光導波路の他端面側から出射さ
せる光波長変換素子において、前記光導波路の他端面が、該光導波路の延びる方向に垂
直な面に対して、基板表面にほぼ平行な面内で３°以上
傾いていることを特徴とする光波長変換素子。
【請求項２】前記光導波路の他端面が、該光導波路の
延びる方向に垂直な面に対して、基板表面にほぼ平行な
面内で７°以上傾い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。
【請求項３】前記光導波路の他端面が、該光導波路の
延びる方向に垂直な面に対して、基板表面にほぼ平行な
面内で３°以上７°未満傾いており、該他端面に、その基本波に対する反射率をほぼ0.1％と
する反射防止コートが施されていることを特徴とする請
求項１記載の光波長変換素子。
【請求項４】前記反射防止コートがＳｉＯ₂からなる
ものであることを特徴とする請求項３記載の光波長変換
素子。
【請求項５】非線形光学効果を有する基板に光導波路
が形成されてなり、この光導波路の一端面側から入射した基本波を波長変換
して、波長変換波を前記光導波路の他端面側から出射さ
せる光波長変換素子において、前記光導波路の他端面に、この光導波路の実効屈折率と
ほぼ等しい屈折率の材料のブロックが接合されているこ
とを特徴とする光波長変換素子。
【請求項６】非線形光学効果を有する基板に光導波路
が形成されてなり、この光導波路の一端面側から入射した基本波を波長変換
して、波長変換波を前記光導波路の他端面側から出射さ
せる光波長変換素子において、前記光導波路を導波する基本波の位相を変調させる位相
変調部が設けられていることを特徴とする光波長変換素
子。
【請求項７】前記位相変調部が、前記光導波路の波長
変換部と前記他端面との間に設けられていることを特徴
とする請求項６記載の光波長変換素子。
【請求項８】請求項１から７いずれか１項記載の光波
長変換素子と、この光波長変換素子の前記一端面側から
基本波としてのレーザービームを入射させる外部共振器
型半導体レーザーとが光学素子を介さずに結合されてな
る光波長変換モジュール。
【請求項９】前記外部共振器型半導体レーザーを高周
波重畳駆動する手段を備えたことを特徴とする請求項８
記載の光波長変換モジュール。