专利名称：蓝色激光的起振方法以及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及蓝色激光的起振方法以及装置。
背景技术：
作为激光显示器等的光源而要求输出功率高的蓝色激光。其输出功率与显示器的尺寸有关，但需要1W以上的输出功率。此外，还要求小型、高效率。希望的波长例如是450～460nm。直接起振蓝色激光的半导体激光器的输出功率现在只有几十mW，并且一般难以得到。
利用固体激光器的波长转换起振蓝色激光的方式在例如[OpticsCommunications205(2002)p361-365]中有记述。
此外，组合固体激光器和脊型光导波路型波长转换元件的方式在特愿2002-100130号(特开2003-295244号公报平成15年10月15日公开)中有记述。
在[Optics Communications205(2002)p361-365]中记述的方式中，激光的起振装置很大，并且发光效率低。例如，从16.7W的泵浦功率得到0.84W的蓝色激光，光-光的转换效率为5％。
在特开2003-295244号公报中记述的方式中，光-光的转换效率能够很高。但是，蓝色激光的输出功率为250mW，要得到W量级的输出功率在目前阶段是困难的。其理由是，使高输出功率的基波入射到脊型光导波路的话，封闭在光导波路中的光的能量变得太高，会有蓝色激光的输出功率不稳定的问题。
例如，铌酸钾锂晶体对蓝光只有很小的吸收。结果，从铌酸钾锂晶体起振的蓝光的一部分在该元件内被吸收，在元件中产生热。铌酸钾锂晶体中的位相匹配条件(位相匹配波长)随元件的温度而变动。因此，元件的温度因元件中产生的热而上升的话，位相匹配波长改变，蓝光的起振效率降低，输出功率降低。蓝光的输出功率降低的话，在元件内就不产生热，元件的温度就降低。这样一来，元件中的位相匹配波长返回初始条件，蓝光的起振功率上升，来自元件的蓝光的输出功率上升。通过重复这种循环，来自元件的蓝光的输出功率改变，从而变得不稳定。这种输出变动由于在基波的输出功率小的场合观察不到，从而在以前没有成为问题。
此外，为了降低脊型光导波路中的能量密度还考虑了使用平板光导波路。然而，例如在使用掺MgO的铌酸锂单晶的斜切基片时，由于分极反转长度为50μm左右，从而平板宽度有最大为30μm的界限。因此，难以降低光导波路中的光的能量密度。
发明内容
本发明的课题是提供得到转换效率高并且提高蓝色激光的输出功率的蓝色激光的起振方法以及装置。
本发明是一种蓝色激光的起振方法，其特征在于使来自法布里-珀罗型宽带半导体激光起振元件的输出光作为基波入射到由非线性光学晶体构成的平板光导波路，从平板光导波路输出蓝色激光。
此外，本发明是一种蓝色激光的起振装置，其具备法布里-珀罗型宽带半导体激光起振元件以及由非线性光学晶体构成的平板光导波路，其特征在于使从起振元件起振的激光作为基波入射到平板光导波路，从平板光导波路输出蓝色激光。
本发明者想到了增加使用了由非线性光学晶体做成的脊型光导波路的波长转换元件的脊宽度，做成平板光导波路，同时以来自法布里-珀罗型宽带半导体激光的激光作为基波入射。
不是分极反转方式，而是使用由非线性光学晶体做成的光导波路。分极反转方式的光导波路根据上述理由而不能增大平板宽度，所以，不能降低光能量密度，可转换的基波的波长容许宽度非常狭窄。在本发明中，由于使用了由非线性晶体做成的光导波路，从而能够增大平板宽度而使光能量密度降低，与此同时，能够增加基波的波长容许宽度。
与此同时，使用来自法布里-珀罗型宽带半导体激光器的输出光作为基波。法布里-珀罗型宽带半导体激光器的波长宽度大、输出功率高。通过组合由波长容许宽度大的非线性晶体做成的平板光导波路，就能够使用输出功率高的基波，并且能够降低光能量的密度。在此基础之上，由于对上述平板光导波路没有限制，通过组合法布里-珀罗型宽带半导体激光器的发射器尺寸和平板光导波路的平板宽度，能够提高光的耦合效率。因此，能够得到输出功率高的蓝色激光，并且能够减少光-光转换效率的降低。
图1是本发明的蓝色激光起振装置1的示意图。
图2是表示基波的输出功率和蓝色激光的输出功率的关系的曲线图。
具体实施例方式
图1是本发明的蓝色激光起振装置1的示意图。用光学系统3、4会聚来自法布里-珀罗型宽带半导体激光器2的输出光并使之入射到波长转换元件5。波长转换元件5具备基板7和平板光导波路8。从平板光导波路8如箭头B所示输出高次谐波B。
利用本发明的元件起振的蓝色激光的中心波长例如在390nm-540nm。这样起振的短波长的光的元件可以广泛应用于光盘储存用、医学用、光化学用、各种计量测试用等。
非线性光学晶体并不限定于具有转换光的波长的能力。非线性光学晶体较好是具有含有钾以及锂的钨青铜结构的晶体。特别好的是铌酸钾锂、铌酸钾锂-钽酸钾锂固溶体。还有，在保持上述钨青铜结构的范围内，可以置换Nb、Ta、K、Li。例如，可以用Na、Rb置换K、Li。在该场合，置换的比例在以K或Li为100原子％时，较好是10原子％以下。此外，在铌酸钾锂、铌酸钾锂-钽酸钾锂固溶体中可以添加碱金属、碱土类金属元素。此外，还可以添加Cr、Er、Nb等稀土类元素等激光起振用掺杂剂。
所谓平板型光导波路是指在垂直于光的传播方向的界面看时，在特定方向(图1的场合为上下方向)具有光的封闭功能的导波路，具有传播一个以上导波模式的功能。所谓平板模式传播光是指在该平板型光导波路或二维光导波路内，以在特定方向(图1的场合为上下方向)封闭的状态传播的光。平板模式传播光通常是以多个导波模式传播的多模式传播光。
平板型光导波路的厚度并没有特别限定，但根据使用的光的波长、以及传播平板导波路的光的汇聚性而设定成最佳的效率。例如，平板光导波路的厚度，根据光的传播效率的观点较好是在10μm或其以下，更好是在5μm或其以下。在平板光导波路太薄时，变成截止，由于截止模式的光有可能透过，所以，根据该观点，平板光导波路的厚度较好是在2μm或其以上。基板7的材质没有特别限定，但能够以铌酸锂、钽酸锂、氧化镁、氧化铝、钛酸锶、玻璃等为例。或者，可以利用上述非线性光学晶体形成基板7。
非线性光学晶体的热膨胀率C和构成基板7的材质的热膨胀率S较好是相互接近。这样，在室温以外的高温或低温环境下使用元件时，高次谐波的起振特性稳定，可靠性优良。由此观点，各支撑体材质的热膨胀率S相对于非线性光学晶体的热膨胀率C的比率(S/C)较好是0.6～1.4，更好是0.85～1.15。
在基板7的表面区域，可利用钛扩散法、质子交换法形成平板光波导路8。
或者，平板光波导路通过接合有非线性光学晶体做成的板状体和基板7，然后对板状体进行研磨加工而形成。在该场合，板状体和基板7能够用以下的方法接合。
(1)利用有机系粘接剂(例如环氧树脂、丙烯树脂、聚氨脂树脂、聚酰亚胺树脂、硅树脂)接合。
(2)利用无机系粘接剂(例如低溶点玻璃)接合。
(3)利用扩散接合、压接、光学接触来接合板状体和基板7。
或者，平板光导波路能够通过在板状体基板上形成由铌酸锂钾组成的薄膜来形成，对于形成方法能够以例如MOVCD为例。
法布里-珀罗型宽带半导体激光器是例如“固体激光器激发用高输出功率半导体激光器(第2章‘光子计测和加工技术’论文集90-93页)”记述的激光器。此外，作为商品名称，能够以‘SLD323XT’‘SLD343YT’‘SLD344YT’(索尼制)为例。
在本发明的元件上还可以设置用于固定入射到光导波层的光的波长的反射光栅部和控制光导波层的温度的温度控制机构。
实施例(平板光导波路的制作)
准备长15mm、宽15mm、厚0.5mm的Z切割的铌酸钾锂做成的板状体。该板状体利用微下拉法(マイクロ引下げ法)得到。此外，准备长20mm、宽20mm、厚1mm的钙钠玻璃基板7。对板状体和基板7的各接合面进行化学机械研磨，使平整度在0.5μm或其以下。使用加热硬化型粘接剂，在150℃粘接两者，得到粘接体样品。板状体和基板7之间的粘接曾厚度约为0.5μm。对铌酸钾锂基板进行化学研磨，形成厚约3μm、宽100μm的平板光导波路8。接下来，用切块机切断粘接体样品，得到长3.5mm的芯片，对芯片的两个端面进行光学研磨。通过用切块机进一步切断该芯片，得到宽2mm、厚1.5mm、长3mm的元件5。在元件5的两个端面，分别施以对波长920nm、460nm的光无反射(AR)的涂层。
使用该元件5产生第二高次谐波。作为基波光源使用的是在波长920nm起振的法布里-珀罗型宽带半导体激光器(发射器尺寸100μm×1μm)。使用透镜3、4使该激光器与平板光导波路光学耦合。
结果，产生波长460nm的第二高次谐波。使基波A的输出功率如图2所示那样变化。结果，第二高次谐波的输出功率与基波能量的平方成比例地增加。在基波输出功率为3W时，产生输出功率为520mW的蓝色激光。
如上所述，根据本发明，能够提供转换效率比较高、并且可提高蓝色激光的输出功率的蓝色激光的起振方法以及装置。
权利要求
1.一种蓝色激光的起振方法，其特征在于通过使来自法布里-珀罗型宽带半导体激光起振元件的输出光作为基波入射到由非线性光学晶体做成的平板光导波路，从上述平板光导波路输出蓝色激光。
2.根据权利要求1所述的蓝色激光的起振方法，其特征在于上述非线性光学晶体是铌酸钾锂晶体或铌酸钾锂-钽酸钾锂固溶体晶体。
3.一种蓝色激光的起振装置，其特征在于具备法布里-珀罗型宽带半导体激光起振元件以及由非线性光学晶体构成的平板光导波路，通过使从上述起振元件起振的激光作为基波入射到上述平板光导波路，从上述平板光导波路输出蓝色激光。
4.根据权利要求3所述的蓝色激光的起振装置，其特征在于上述非线性光学晶体是铌酸钾锂晶体或铌酸钾锂-钽酸钾锂固溶体晶体。
全文摘要
本发明提供转换效率高、并且可提高蓝色激光的输出功率的蓝色激光的起振方法以及装置。所采用的方法是使来自法布里－珀罗(Fabry－Pelot)型宽带半导体激光起振元件(2)的输出光作为基波入射到由非线性光学晶体做成的平板光导波路(8)。从平板光导波路(8)输出蓝色激光(B)。
文档编号G02F1/377GK1829940SQ200480022089
公开日2006年9月6日 申请日期2004年8月2日 优先权日2003年8月6日
发明者岩井真, 今井克宏, 吉野隆史, 今枝美能留 申请人:日本碍子株式会社