专利名称：光波导路径器件、以及使用该器件的光源及光学装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在光信息处理领域或光应用计测控制领域等中使用的光波导路径器件，以及使用该光波导路径器件的光源和光学装置。
背景技术：
在光信息记录再现装置中，通过使用波长更短的光源可以实现高密度化。例如，对于以往普及的小型盘(CD)装置中使用波长780nm的近红外光来说，在实现了更高密度的信息再现的数字通用盘(DVD)装置中使用波长650nm的红色半导体激光器。而且，为了实现更高密度的下一代光盘装置，正在积极开发波长更短的蓝色激光光源。例如，为了获得小型并且稳定的蓝色激光光源，正在使用非线性光学材料开发二次高次谐波产生(Second-Harmonic-Generation)(以下记为‘SHG’)元件。以下，为了简便，将通过SHG元件获得的高次谐波记为‘SHG光’。
图22是表示使用了SHG元件的SHG蓝色光源一例的示意图。
首先，参照图22来说明SHG蓝色光源。
如图22所示，在光学材料基板114的表面上，通过质子交换法来形成宽度约3μm、深度约2μm的高折射率区域，该高折射率区域具有作为光波导路径110的功能。然后，将从半导体激光器111射出的波长850nm的红外光聚光在SHG元件117的入射端面上，在SHG元件117上的光波导路径110内进行传播而成为基波波导光。作为光学材料基板114的基板材料的LiNbO3结晶有很大的非线性光学常数，由基波的电场来激励波长变换了二分之一的425nm波长的高次谐波波导光。此外，为了补偿基波和高次谐波的传播常数差，在波导路径110上形成周期性的分极反向区域112，将波导路径110的整个区域中被激励的高次谐波相干地相加，从光波导路径110的射出端面射出。
这里，为了正确地补偿基波和高次谐波的传播常数差，需要正确地保证基波的波长，所以作为半导体激光器111，使用具有分布黑色反射器(以下记为‘DBR’)区域、温度等造成的波长变动非常小的DBR半导体激光器。DBR半导体激光器不仅波长变动小，而且由于以单一波长进行振荡，所以同时具有相干性高，并且噪声小的特征。
下面，一边参照图22，一边说明装载了使用SHG元件的SHG蓝色光源的光拾取器光学系统的工作情况。
如图22所示，从SHG元件117射出的高次谐波蓝色光依次通过准直透镜119、偏振分光镜120、四分之一波长板121和物镜122后，被聚光在光盘124上。由光盘124调制过的光被偏振分光镜120反射后，通过聚光透镜123导入到光检测器125，由此获得再现信号。此时，从SHG元件117射出平行于纸面的直线偏振光，但在四分之一波长板121上往复而成为与纸面垂直的偏振光，来自光盘124的反射光被偏振分光镜120全部反射，不返回到光源侧。
在上述现有技术中，说明了来自光盘124的反射光被偏振分光镜120全部反射，而不返回到光源侧的结构，但由于光盘的实际基本材料具有双折射性，所以在光盘124产生的不需要偏振分量通过偏振分光镜120，成为返回光126而返回到光源侧。在光盘124的再现中，物镜122进行位置控制，以便在光盘124上正确地对着焦点，SHG元件的射出端面和光盘124构成了共焦点光学系，所以来自光盘124的反射光被正确地聚光到SHG元件117的射出端面(光波导路径110的射出端面)。
于是，从光盘反馈到光源侧的反射光成为以半导体激光器作为光源的光学系统的返回光感应噪声，以往，提出避免该噪声的各种技术方案。例如，提出了通过高次谐波信号对半导体激光器进行调制来产生多个纵模的方法，或者使半导体激光器产生自激振荡来实现多个相同的纵模的方法。此外，在光通信领域中，在将来自半导体激光器的光聚光到光纤上时，一般在两者之间插入使用磁光学效果的光隔离器。此外，提出通过倾斜地切割光纤或光波导路径的入射侧端面，使反射光倾斜地反射，从而反射光不返回到半导体激光器的方案((日本)特开平5-323404号公报等)。
这些技术是降低因反馈到半导体激光器内部的返回光造成的噪声的技术，但本发明人进行使用了图22所示的光波导路径式SHG元件的光拾取器的再现实验，发现了与以往的返回光感应噪声不同机构产生的噪声。该噪声是聚光在光波导路径的射出侧端面上的返回光被光波导路径的射出侧端面反射，与从高次谐波内部射出的光进行干扰而产生的干扰噪声。通过该干扰效果，从光盘侧可看到光源的输出功率产生变化，光盘的再现信号因低频噪声调制而恶化。对于通过与半导体激光器内部的光和返回光的相互作用而产生半导体激光器中的返回光感应噪声来说，上述干扰噪声通过来自光源的射出光和返回光的干扰而产生。本发明人等通过进一步详细地研究，发现来自外部光学系统的返回光的一部分在光波导路径器件的光波导路径内再次作为波导光被激励，这部分返回光由光波导路径的入射侧端面发射，同样成为干扰噪声的原因。
如以上说明，在使用了光波导路径器件的光学系统中，存在两种不同的噪声，即从光源射出的光被反射而返回到光源的射出端，在光源的外部光学系统中引起干扰的低频噪声，以及在半导体激光器内部引起的跳模噪声。作为降低后者的跳模噪声的方法，提出各种技术方案，但前者的光源的外部中的干扰噪声至今未引起重视，未提出根本上解决该噪声的方法。
本发明是鉴于这些方面的发明，目的在于提供一种可以降低外部的干扰噪声的光波导路径器件，以及使用该光波导路径器件的光源和光学装置。
发明内容
为了实现上述目的，本发明的光波导路径器件的结构包括基板；光波导路径，形成在所述基板的表面附近，传播波长不同的多个波导光；以及光学薄膜，形成在所述光波导路径的至少一部分上，或相连地设置在所述光波导路径的至少一部分上；其特征在于，所述波导光的一部分从所述光波导路径射出后，再次返回到所述光波导路径，通过所述光学薄膜来防止返回到所述光波导路径的光的所述光波导路径的端面或其附近的反射。
此外，在所述本发明的光波导路径器件的结构中，在所述光波导路径中传播基波和高次谐波，在所述光波导路径的入射端面附近包含所述光学薄膜，并且包括吸收所述高次谐波的高次谐波吸收区域，所述光波导路径内的在所述高次谐波吸收区域和不吸收所述高次谐波的高次谐波非吸收区域传播的所述基波的波导模量大致一致。根据该优选例，与半导体激光器组合来构成光源，在将该光源例如装载在光拾取器上的情况下，可以降低因光盘等被观测物体和光源内部的反射面之间的多重反射造成的干扰噪声，并且高效率地进行从基波到高次谐波的波长变换。
这种情况下，所述高次谐波吸收区域和所述高次谐波非吸收区域的有效折射率最好大致一致。根据该优选例，可以使在所述高次谐波吸收区域和所述高次谐波非吸收区域上传播的基波的波导模量大致一致。
这种情况下，所述基波最好在所述高次谐波吸收区域和所述高次谐波非吸收区域中一起用0次横模来传播。
这种情况下，在所述高次谐波吸收区域的所述光波导路径上，最好装载作为所述光学薄膜的高次谐波吸收膜。
这种情况下，最好所述高次谐波非吸收区域的所述光波导路径包括光波导层，以及装载在光波导层上的折射率比所述光波导层大的高折射率层；所述高次谐波吸收区域的所述光波导路径包括第2光波导层，以及装载在所述第2光波导层上的折射率比所述第2光波导层大的由作为所述光学薄膜的高次谐波吸收膜组成的高次谐波吸收层。
而且，这种情况下，最好所述高次谐波吸收区域的所述光波导路径包括其上表面被除去而使得厚度比所述光波导层小的第2光波导层，以及装载在所述第2光波导层上的折射率比所述第2光波导层大的由作为所述光学薄膜的高次谐波吸收膜组成的高次谐波吸收层。
而且，这种情况下，最好所述高次谐波非吸收区域的所述光波导路径包括光波导层，所述高次谐波吸收区域的所述光波导路径包括有效厚度比所述光波导层小的第2光波导层，以及装载在所述第2光波导层上的折射率比所述第2光波导层大的由作为所述光学薄膜的高次谐波吸收膜组成的高次谐波吸收层。
而且这种情况下，最好所述光学薄膜通过将金属混入扩散在所述高次谐波吸收区域的所述光波导路径中而形成。根据该优选例，由于通过成膜高次谐波吸收膜而没有基板表面上的台阶差，所以适合于将波导路径面朝向安装基板的高精度倒装安装。这种情况下，作为所述金属，可以使用铁。
这种情况下，最好所述基波按0次横模传播于所述高次谐波非吸收区域，按1次以上的高次横模传播于所述高次谐波吸收区域。
而且，这种情况下，最好所述高次谐波吸收区域的所述光波导路径包括光波导层，以及装载在所述光波导层上的折射率比所述光波导层大的由作为所述光学薄膜的高次谐波吸收膜组成的高次谐波吸收层。
而且，这种情况下，最好所述高次谐波吸收区域的所述光波导路径包括光波导层；装载在所述光波导层上的折射率比所述光波导层大的高折射率层；以及装载在所述高折射率层上的折射率比所述高折射率层大的由作为所述光学薄膜的高次谐波吸收膜组成的高次谐波吸收层；所述高次谐波非吸收区域的所述光波导路径包括第2光波导层，以及折射率比所述第2光波导层大的第2高折射率层。
而且，这种情况下，最好所述高次谐波吸收区域的所述光波导路径包括光波导层；装载在所述光波导层上的折射率比所述光波导层大的由作为所述光学薄膜的高次谐波吸收膜组成的高次谐波吸收层；以及装载在所述高次谐波吸收层上的折射率比所述光波导层大的高折射率层；所述高次谐波非吸收区域的所述光波导路径包括第2光波导层，以及折射率比所述第2光波导层大的第2高折射率层。
而且，这种情况下，最好所述光学薄膜通过将金属混入扩散在所述高次谐波吸收区域的所述光波导路径中而形成。
而且，这种情况下，最好在所述高次谐波吸收区域的所述光波导路径内传播的所述基波的波导模量连续地变化，并且所述高次谐波吸收区域的入射端和射出端的所述基波的波导模量与在所述高次谐波非吸收区域的所述光波导路径内传播的所述基波的波导模量大致一致。根据该优选例，可以高效率地传播基波，高效率地获得高次谐波。
而且，这种情况下，最好所述高次谐波吸收区域的所述光波导路径包括光波导层，以及装载在所述光波导层上的由作为所述光学薄膜的高次谐波吸收膜组成的高次谐波吸收层，所述高次谐波吸收膜的实质膜厚在所述高次谐波吸收区域内连续地变化。
此外，在所述本发明的光波导路径器件的结构中，最好在所述光波导路径中传播基波和高次谐波，在所述光波导路径的入射端面中，形成吸收所述高次谐波的作为所述光学薄膜的高次谐波吸收膜。根据该优选例，与半导体激光器组合来构成光源，将该光源装载在光拾取器上的情况下，可以降低因光盘等被观测物体和光源内部的反射面之间的多重反射造成的干扰噪声，并且高效率地进行从基波到高次谐波的波长变换。
所述高次谐波吸收膜最好是半导体膜或氧化物介质膜。这种情况下，所述半导体膜最好是从Si膜、ZnSe膜和GaP膜组成的各种膜中选择出的一个，所述氧化物介质膜是TiOx膜。此外，最好TiOx膜满足1.7＜x＜1.9的关系。
此外，在所述本发明的光波导路径器件中，在所述光波导路径的折射率为N2，所述光学薄膜的折射率为N1时，最好所述折射率N1、N2的大小关系因所述波导光的波长而有所不同。根据该优选例，通过波长可分离在光波导路径上传播的光。特别是通过在光波导路径的一部分上形成光学薄膜这样的简单结构，可以有效地降低返回光的影响。在原理上，通过根据波长而使用与光波导路径的折射率大小相反的光学薄膜，相对于一个波长的波导光可抑制光学薄膜的影响，相对于另一个波长的光可增大光学薄膜的影响。由此，可根据波长高效率地分离在光波导路径上传播的波导光。
这种情况下，最好至少相对于一个所述波导光的折射率满足N1＞N2的关系，相对于另一所述波导光的折射率满足N1＜N2的关系。而且，这种情况下，在所述光波导路径中传播波长λ1的基波和波长λ2的高次谐波，所述波长满足λ1＞λ2的关系，相对于所述波长λ1的所述基波的所述折射率满足N1＜N2的关系，相对于所述波长λ2的所述高次谐波的所述折射率满足N1＞N2的关系。根据该优选例，可将短波长的光分离在光学薄膜内，使长波长的光在光波导路径中传播。而且，这种情况下，最好所述光学薄膜相对于所述高次谐波具有0.001以上的吸收系数。根据该优选例，利用100微米长的光学薄膜，能够将SHG光衰减十分之一以下。而且，这种情况下，最好在所述光学薄膜的上表面、下表面或层内的至少一个中还包括吸收所述高次谐波的高次谐波吸收膜。
这种情况下，所述光学薄膜最好由多层膜构成。光学薄膜的分散折射率是材料固有的分散折射率，所以其微细的调整困难，但根据该优选例，由于膜的分散特性控制容易，所以可以调整光波导路径和光学薄膜的分散关系。
这种情况下，最好所述光学薄膜至少形成在所述光波导路径的表面、背面或侧面的其中一个上。
这种情况下，最好所述光学薄膜形成在所述光波导路径的入射部附近。根据该优选例，可以实现SHG元件的高效率。即，SHG光与从入射部向射出部的距离的平方成正比增大，但通过在入射部附近形成光学薄膜，抑制依赖于距离增大的对SHG光的影响，可以达到高效率。
这种情况下，最好所述光学薄膜的端部的法线相对于所述波导光的传播方向以大于0°的角度倾斜。根据该优选例，由于可以大幅度地降低光学薄膜的端部的反射，所以可以防止返回光噪声。
这种情况下，最好还包括在所述光波导路径的表面上设置的折射率为N3的包覆层，所述包覆层和所述光波导路径的折射率满足N3＞N2的关系。根据该优选例，由于可以强化光波导路径的关闭，所以通过应用于SHG元件，来强化光波导路径的关闭，可以实现高效率变换。
这种情况下，最好在入射侧端面上设置防反射膜。根据该优选结构，可以进一步降低对高次谐波的反射率。而且，这种情况下，在所述光波导路径中传播基波和高次谐波，所述防反射膜是将所述高次谐波的反射率减低至1％以下的防反射膜。
本发明的光源的第1结构包括半导体激光器和光波导路径器件，其特征在于，使用权利要求1所述的光波导路径器件作为所述光波导路径器件。
此外，在所述本发明的光源的第1结构中，所述半导体激光器最好是具有可干扰性高的可变波长功能的可变波长半导体激光器。
本发明的光源的第2结构包括波长λ1的半导体激光器；以及将来自所述半导体激光器的发射光变换成波长λs的光的光波导路径器件；其特征在于，在所述半导体激光器的射出端面上设置相对于所述波长λs的防反射膜。根据该光源的第2结构，可以有效地降低返回光的影响。在原理上，在从光波导路径器件射出的波长λs的光因光学系统内的任何反射而返回到光波导路径的情况下，通过防反射膜可以防止该返回光的波长λs的光的反射。因此，可以防止返回光被再次反射，在光学系统内成为干扰噪声。
此外，在所述本发明的光源的第2结构中，最好至少在所述光波导路径器件的入射端面或射出端面的其中一个上设置相对于所述波长λs的防反射膜、或相对于所述波长λ1的光和所述波长λs的光的防反射膜。
此外，在所述本发明的光源的第2结构中，最好所述光波导路径器件的射出端面相对于波导光的传播方向倾斜地形成。
此外，在所述本发明的光源的第2结构中，最好所述半导体激光器的射出端面附近为吸收所述波长λs的光的物质。
此外，在所述本发明的光源的第2结构中，最好所述半导体激光器具有格栅构造。
此外，在所述本发明的光源的第2结构中，最好将所述半导体激光器和所述光波导路径器件直接耦合。
此外，在所述本发明的光源的第2结构中，最好所述防反射膜是将所述波长λs的光的反射率降低至1％以下的防反射膜。
本发明的光源的第3解雇包括波长不同的多个半导体激光器；以及将从所述各半导体激光器发射的波长λ1、λ2、λ3、…、λn的光变换成波长λs1、λs2、λs3、…、λsn的光的光波导路径器件；其特征在于，在至少某一个所述半导体激光器的射出端面上，设置相对于至少某个所述波长λs1、λs2、λs3、…、λsn的光的防反射膜。
本发明的光学装置的结构包括光源和将来自所述光源的射出光聚光在被观测物体上的聚光光学系统，其特征在于，作为光源，使用所述本发明的光源，所述光源的所述光波导路径器件和所述被观测物体以具有同焦点的关系来配置。根据该光学装置的结构，通过简单结构的光学系统，可以在光盘等被观测物体上进行聚光。此外，通过共焦点光学系统，由于可稳定地保证光点在焦点深度的范围内，所以可以构成稳定的光学系统。而且，可应用于焦点检测等，可实现光学系统的稳定。此外，可以降低因光盘等被观测物体和光源内部的反射面之间的多重反射造成的干扰噪声。此外，不仅可以防止来自外部光学系统的返回光返回并反射到光波导路径的入射端面，而且还可以降低产生对半导体激光器的返回光。
此外，在所述本发明的光学装置的结构中，所述被观测物体最好是光盘。
此外，在所述本发明的光学装置的结构中，最好还包括光纤，将来自所述光源的射出光入射到所述光纤上。
图1表示本发明第1实施例的光学装置的示意斜视图。
图2表示本发明第1实施例的SHG元件的示意剖面图。
图3表示本发明第1实施例的光波导路径和光学薄膜的分散折射率的图。
图4表示图3所示的波长A(短波长)的光在光波导路径上传播情况下的波导模的形状的图。
图5表示图3所示的波长B(长波长)的光在光波导路径上传播情况下的波导模的形状的图。
图6表示本发明第2实施例的形成了光学薄膜的SHG元件的示意斜视图。
图7表示本发明第2实施例的形成了光学薄膜的SHG元件另一例的示意斜视图。
图8表示本发明第3实施例的光学装置的示意斜视图。
图9表示图8的平面图。
图10表示本发明第3实施例的相干光源的示意斜视图。
图11表示本发明第3实施例的相干光源的另一例的示意斜视图。
图12A表示本发明第4实施例的光波导路径式QPM-SHG器件的示意剖面图，图12B表示其基波的波导模的电场分布的模式剖面图。
图13表示来自本发明第4实施例的镜面器件的再现信号的图。
图14表示本发明第4实施例的光波导路径式QPM-SHG器件另一例的示意剖面图。
图15表示本发明第4实施例的光波导路径式QPM-SHG器件另一例的示意剖面图。
图16表示本发明第4实施例的光波导路径式QPM-SHG器件另一例的示意剖面图。
图17A表示本发明第5实施例的光波导路径式QPM-SHG器件的示意剖面图，图17B表示其基波的波导模的电场分布的模式剖面图。
图18表示本发明第5实施例的光波导路径式QPM-SHG器件另一例的示意剖面图。
图19表示本发明第5实施例的光波导路径式QPM-SHG器件另一例的示意剖面图。
图20表示本发明第6实施例的光波导路径式QPM-SHG器件的示意剖面图。
图21表示本发明第7实施例的光波导路径式QPM-SHG器件的示意剖面图。
图22表示使用了现有技术的二次高次谐波发生元件的SHG蓝色光源的一例的示意斜视图。
具体实施例方式
以下，用实施例来更具体地说明本发明。
图1是表示本发明第1实施例的光学装置的示意斜视图。
在本实施例中，作为光学装置的主要结构部件的光波导路径器件，使用具有以下结构的SHG元件。
如图1所示，在LiNbO3结晶组成的光学材料基板10的表面上，通过质子交换法来形成宽度约3μm、深度约2μm的高折射率区域，该高折射率区域具有作为光波导路径12的功能。从半导体激光器13射出的基波(波长820nm)被聚光在SHG元件的入射端面上，在SHG元件上的光波导路径12内进行传播而成为基波波导光。作为光学材料基板10的基板材料的LiNbO3结晶有很大的非线性光学常数，由基波的电场来激励波长变换了二分之一的420nm波长的高次谐波波导光。此外，为了补偿基波和高次谐波的传播常数差，在波导路径12上形成周期性的分极反向区域11，将波导路径12的整个区域中被激励的高次谐波相干地相加，从光波导路径12的射出端面射出。此外，为了正确地补偿基波和高次谐波的传播常数差，需要正确地保证基波的恒定的波长，所以作为半导体激光器13，使用具有DBR区域、温度等造成的波长变动非常小的DBR半导体激光器。而且，在光波导路径12上，为了分离或吸收返回到该光波导路径12内的光的光学薄膜14被形成。如上所述，通过半导体激光器13和具有上述结构的SHG元件来构成短波长光源。
下面，一边参照图1，一边说明使用SHG元件装载的短波长光源的光拾取器光学系统的工作情况。
如图1所示，从光波导路径12射出的高次谐波依次通过准直透镜21、偏振分光镜22、四分之一波长板25和物镜23后，被聚光在作为被观测物体的光盘24上。将准直透镜21配置在光波导路径12的射出光分布的中心，从光波导路径12输出的高次谐波通过准直透镜21成为大致的平行光。这里，光盘(被观测物体)24的表面和SHG元件(光波导路径器件)的射出端面构成共焦点光学系统。光盘24反射的高次谐波通过四分之一波长板25使偏振旋转，在被偏振分光镜22反射后，通过聚光透镜27导入到光检测器28，由此获得再现信号。但是，由于光盘24的双折射等，所以在四分之一波长板25产生的偏振不充分的情况下，一部分高次谐波穿过偏振分光镜22，成为返回光26而返回到SHG元件侧。通过相对于波导光的传播方向倾斜地切割SHG元件的输出端面，可防止光波导路径12的输出端面中的对共焦点光学系统内的反射。此外，返回到光波导路径12内的光由光学薄膜14分离或吸收，在共焦点光学系统内没有干扰分量，所以能够完全抑制共焦点光学系内的干扰噪音的发生。而且，由于也没有对半导体激光器13的高次谐波分量的返回光，所以还提高了半导体激光器13的稳定性。
下面，参照图2～图5来说明作为本实施例的光学装置的主要部件的光波导路径器件的SHG元件的细节。图2是表示本发明第1实施例的SHG元件的示意剖面图，图3是表示光波导路径和光学薄膜的分散折射率的图，图4是表示图3所示的波长A(短波长)的光在光波导路径上传播的情况下的波导模的形状的图，图5是表示图3所示的波长B(长波长)的光在光波导路径上传播的情况下的波导模的形状的图。
如图2所示，在光学材料基板1的表面上形成光波导路径2，在光波导路径2的表面上形成光学薄膜3。再者，如图3所示，光波导路径2(折射率N2)和光学薄膜3(折射率N1)的分散折射率有所不同，折射率的大小关系因波长而相反。在本实施例中，相对于图3A所示的波长(短波长)的光，N1＞N2的关系成立，而相对于图3B所示的波长(长波长)的光，N2＞N1的关系成立。
在图4所示的波长A(短波长)的光在光波导路径2上传播的情况下的波导模中，(I)表示在未形成光学薄膜3的区域中的波导模的电场分布，(II)表示在形成光学薄膜3的区域中的波导模的电场分布。如图4所示，可在光波导路径2上传播的短波长的波导光通过光学薄膜3被封闭在光学薄膜3内。而且，如果利用该效果，那么可将光波导路径2内的波长A(短波长)的光从光波导路径2内分离到光学薄膜3内。
在图5所示的波长B(长波长)的光在光波导路径2上传播的情况下的波导模中，(III)表示在未形成光学薄膜3的区域中的波导模的电场分布，(IV)表示在形成光学薄膜3的区域中的波导模的电场分布。如图5所示，波长B(长波长)的光几乎未受到光学薄膜3产生的影响。
如上所述，通过在光波导路径2的表面上形成光学薄膜3，波长A(短波长)的光分离在光学薄膜3内，而波长B(长波长)的光可在光波导路径2上传播。即，利用光学薄膜3和光波导路径2的分散特性的不同，能够通过波长来分离在光波导路径2上传播的光。
再有，在本实施例中，举例说明了光学薄膜3的折射率在短波长区域中超过光波导路径2的折射率的情况，但即使光学薄膜3和光波导路径2的折射率的大小关系与此相反，也没有任何问题。在这种情况下，长波长的光由光学薄膜3吸收或散射。
此外，光学薄膜也可以作为对波导光产生影响的膜来使用。通过将光学薄膜形成格栅形状，可获得对波导光的衍射效果。而且，由于光学薄膜的折射率因波长而有所不同，所以可以调整光学薄膜的衍射效果。
在具有光学薄膜3的光波导路径部分和除此以外的光波导路径部分中，由于波导模因波长而极大地不同，所以存在模耦合损失。为了降低这种损失，通过将光学薄膜形成锥状，缓慢地改变其厚度，将波导光慢慢导入光学薄膜，就可以降低散射损失。而且，通过将光学薄膜部分进行三维光波导路径化，可以将不同波长的光导入不同的地方。
在本实施例的SHG元件中，对于两个波长的光进行波导光的分离，但也可以从传播三个以上波长的光的光波导路径中分离指定波长的光。
此外，作为光学薄膜，可使用多层膜构造。通过使用多层膜构造的光学薄膜，使膜的分散特性控制容易，可以调整光波导路径2和光学薄膜的分散关系。而且，在通过光学薄膜来吸收分离的光的情况下，对于分离到多层膜构造的光学薄膜上的光来说，通过插入吸收系数大的膜，使光的吸收变得容易。
在本实施例中，说明防止光波导路径器件中的高次谐波的返回光的部件。如上所述，在使用光波导路径器件来构成光学装置的情况下，光波导路径的端面(入射端面和射出端面)和聚光点构成共焦点光学系统，共焦点间的反射返回光成为干扰噪声的原因。对于光波导路径的输出端面来说，通过相对于波导光的传播方向倾斜地切割该端面等，可以防止对共焦点光学系统内的反射并可以降低干扰噪声，但难以降低与光波导路径的入射端面有关的干扰噪声。这是因为在图1所示的考虑到半导体激光器13和光波导路径12的直接耦合的情况下，光波导路径12的入射端面相对于波导光的传播方向倾斜时，与半导体激光器13的耦合效率下降。
为了降低与光波导路径的入射端面有关的反射光，使用本发明的光学薄膜的结构是有效的。图6表示形成了光学薄膜的光波导路径器件(SHG元件)的结构。如图6所示，该光波导路径器件包括在掺杂MgO的LiNbO3基板10上形成的光波导路径12和周期性分极反向区域11。在光波导路径12的入射端面上，半导体激光器13直接耦合，从半导体激光器13射出的基波在光波导路径12内通过周期性的分极反向区域11被变换成高次谐波，从光波导路径12的另一端(射出端面)射出。在利用二次高次谐波的情况下，高次谐波的波长相对于基波的波长λ变为λ/2。例如，如果使用波长800nm左右的红外半导体激光器，那么可以获得波长400nm的紫色的SHG光。在光波导路径12的入射端面附近，形成光学薄膜14。由光学系统进行反射并反馈到光波导路径12上的高次谐波通过光学薄膜14散射或吸收，所以并不是到达光波导路径12的入射端面。因此，即使在构成共焦点光学系统的情况下，也不发生反射返回光造成的干扰噪声，可以进行低噪声的信号光的检测。另一方面，在未形成光学薄膜的情况下，产生干扰噪声，信号光的噪声分量大幅度地增大。
光波导路径12通过将掺杂MgO的LiNbO3基板10在吡咯啉酸中进行质子交换而形成。作为光学薄膜14，为了控制光波导路径12和光学薄膜14的分散折射率的关系，使用Nb2O5和WO3的混合膜。如图3所示，对于质子交换光波导路径12的折射率(N2)来说，在波长400nm(波长A)的光中，光学薄膜14的折射率(N1)超过光波导路径12的折射率(N2)，在波长800nm(波长B)中，光学薄膜14的折射率(N1)低于光波导路径12的折射率。波长800nm带的基波的波导模与图5同样，通过光学薄膜14几乎没有对波导模的影响。因此，基波通过光学薄膜14未受到散射、吸收损失的影响，可以以低传播损失在光波导路径12中传播。另一方面，对于波长400nm带的SHG光来说，光学薄膜14有比光波导路径12高的折射率。因此，如图4所示，在带有光学薄膜14的光波导路径部分和除此以外的光波导路径部分中波导光的传播状态极大不同。在带有光学薄膜14的光波导路径部分中，SHG光在光学薄膜部分传播。因此，使到达光波导路径12端面的SHG光衰减，SHG光的返回光被大幅度降低。
为了进一步降低SHG光的返回光，利用膜的吸收作用是有效的。如图4所示，为了将SHG光拉到光学薄膜14内，在光学薄膜14相对于SHG光的吸收系数大的情况下，通过光学薄膜14以高效率吸收SHG光。因此，即使在光波导路径12的制作误差大的情况下，也使返回光衰减。例如，如果相对于SHG光的光学薄膜14的吸收系数的值在0.001以上，那么通过几百μm长的光学薄膜14可以使SHG光衰减至1/10以下。再有，在光学薄膜自身吸收系数小的情况下，通过将吸收系数大的膜堆积在光学薄膜的上表面或下表面的至少某一个上，可以增大作为膜整体的吸收系数。例如，如果使用Si膜，那么可以使吸收系数增大若干倍，非常有效。通过将光学薄膜形成多层构造，可以改变膜的构造，而且，通过光学薄膜将SHG光的电场分布拉到表面，还可获得增大吸收膜的吸收效果。
如果形成光学薄膜14，那么如图4所示，可以大幅度改变模的形状。这表示通过光学薄膜14的存在与否，光波导路径12的有效折射率极大地变化，由此造成折射率之差产生的菲涅耳反射。即，返回到光波导路径12的SHG光在光学薄膜14的端部附近反射，这成为返回光噪声的主要原因。为了防止它，在图6所示的光波导路径器件(SHG元件)中，采用光学薄膜14的端部的法线与波导光的传播方向(光波导路径12的纵向方向)倾斜的结构。通过使光学薄膜的端部相对于波导光的传播方向倾斜，可以大幅度降低对该部分的波导光的传播方向(光波导路径12的纵向方向)的反射。
在本实施例中，为了控制光波导路径12和光学薄膜14的分散折射率的关系，使用Nb2O5和WO3的混合膜，但通过形成使用它们的多层膜也可以获得同样的效果。通过WO3、CrO3、TiO2的混合膜或多层膜也可以获得同样的效果。氧化物的膜的吸收系数小，对光波导路径12的传播损失产生的影响小，所以期望采用氧化物的膜。在波长400nm附近的短波长区域中特别有效。
在本实施例中，利用光波导路径和光学薄膜的折射率的波长分散特性之差。一般地，材料的折射率的波长分散呈现缓慢的变化，在材料间折射率的大小相反，并且在其差变大时，需要程度不同的波长差。在波长差为数十nm左右时，难以获得大的折射率差。因此，期望波长差在100nm以上，波长的绝对值的大小之差在20％以上。从这样的观点来看，由于二次高次谐波和三次高次谐波与基波的波长差大，绝对值的大小也有2倍、3倍的不同，所以具有可以增大折射率差的优点。
在折射率的大小为相反程度时，折射率的波长分散特性极大变化的部位是材料的吸收端附近。因此，期望作为光学薄膜使用的材料是高次谐波的波长区域处于材料的透过截止附近的材料。由于材料的吸收端存在于短波长区域，所以从波长450nm以下的蓝色光来分离紫外线光和红外光特别有效。
在本实施例中，举例说明了在光波导路径12的表面上形成光学薄膜14的情况，但在光波导路径的背面或侧面形成光学薄膜也可获得同样的效果。例如，如图7所示，在基板10上形成对薄膜状的结晶实施脊形加工的光波导路径12的情况下，在光波导路径12的背面或侧面的一部分上可以形成光学薄膜14，可获得与在光波导路径12的表面上形成光学薄膜14情况的同样的效果。在这种情况的脊形构造中，光波导路径12的宽度和厚度为几μm，以便光波导路径12进行单模传播。作为光波导路径12的材料，可以使用KTP、LiNbO3、LiTaO3等结晶，或掺杂了Mg、Zn、In、Sc等的LiNbO3、LiTaO3等结晶。而且，由于这些材料在抗损伤性方面良好，所以可以实现高输出特性。
在本实施例中，光学薄膜14仅用于高次谐波分量的分离，但也可以应用于利用分离的光的光学系统。例如，在传播多个波长不同的光的光波导路径中，也可以应用于通过各个波长来分离光的波长分离光学系统。此外，通过形成波长分散的多个光学薄膜，可以对光进行分离并分派给其他光波导路径。但是，在这种情况下，在光学薄膜的端部波导模急剧地变化，需要防止波导模的失配产生的散射。例如，在光学薄膜的端部，通过采用膜厚缓慢变化的锥形构造，可以降低散射损失。
本实施例的结构也可以应用于使用了高折射率覆盖层的光波导路径。该构造是通过在光波导路径上堆积折射率比光波导路径高的层而强化光波导路径的封闭的构造，通过应用于SHG元件，可以强化光波导路径的封闭，实现高效率变换。而且，通过在该光波导路径的表面或背面上形成光学薄膜，可以获得与上述相同的效果。特别是在带有高折射率覆盖层的光波导路径的情况下，在光波导路径的背面上形成光学薄膜是有效的。在使用高折射率覆盖层的SHG元件中，在光波导路径上传播的基波以基模来传播，高次谐波以高次模来传播。再有，在高折射率覆盖层上形成光学薄膜的情况下，光学薄膜对于基模的基波的模变化影响大，而对于高次模的高次谐波的模变化几乎没有影响。在通过光学薄膜来分离高次谐波分量的情况下，通过在光波导路径的背面形成光学薄膜，可以高效率地分离高次谐波分量。
在图6所示的光波导路径器件(SHG元件)中，在其入射侧端面上装填相对于高次谐波和基波这两个波长的光的防反射膜(未图示)。在通常的SHG元件的入射侧端面上，为了防止基波对半导体激光器的返回光，一般装填相对于基波的防反射膜。对于来自光学系统侧的高次谐波的返回光来说，即使在通过光学薄膜的吸收返回光并未完全被消除的情况下，也通过在SHG元件的入射侧端面上装填相对于高次谐波的防反射膜，可以进一步降低相对于高次谐波的反射率。这种情况下，期望装填可以使高次谐波的反射率降低至1％以下的防反射膜。就实现相对于两个波长的光的防反射膜特性来说，需要多层构造的膜。在膜的设计中，需要折射率不同的两种以上的物质。作为材料，可以使用SiO2、TiO2、Ta2O5、Nb2O5、HfO2、CeO2、Si3N4等。通过形成相对于高次谐波和基波这两个波长的光的防反射膜，可以使基波更高效率地与光波导路径耦合。而且，由于还可以降低对半导体激光器的返回光噪声，所以是有效的手段。
如上所述，将光学薄膜形成多层膜构造，通过插入具有高次谐波吸收特性的膜(高次谐波吸收部件)，可以使高次谐波高效率地衰减。这种情况下，通过在多层膜构造的光学薄膜的上表面或下表面的至少一个上堆积具有高次谐波吸收特性的膜，可以进一步高效率地衰减高次谐波。在使用波长820nm的近红外光作为基波，使用波长410nm的蓝色光作为高次谐波的情况下，作为具有高次谐波吸收特性的膜，例如可以使用氧化钛、Si、氧化钡、硒化锌、磷化钾等材料。这些材料相对于红外区域的光是透明的，并且具有吸收蓝色光的分光特性，可以使用溅射等技术以薄膜状装填在光波导路径上。对于使用红色光作为基波、使用紫外光作为高次谐波等使用与上述例不同波长的光的器件来说，作为高次谐波吸收部件，使用其他材料。
在上述第1和第2实施例中，举例说明了使用SHG元件作为光波导路径器件的情况，但光波导路径器件不特别限定于SHG元件。例如，作为光波导路径器件，也可考虑高速调制元件、移相器、移频器、偏振控制元件等各种各样功能、结构的器件，在使用了这些光波导路径器件或包含光波导路径器件的相干光源的所有光学系统中都可以应用本发明的光波导路径器件。但是，在使用了SHG元件的光源中，作为半导体激光器，大多使用可干扰性高的DBR半导体激光器以便产生可干扰性高的高次谐波，但相反也容易产生干扰噪声，而通过与本实施例的光波导路径器件进行组合，可以特别有效地降低干扰噪声。
图8是表示本发明第3实施例的光学装置的示意斜视图，图9是图8的平面图，图10是表示本发明第3实施例的相干光源的示意斜视图。
在本实施例中，作为光学装置30的主要结构部件的光波导路径器件，使用具有以下结构的SHG元件35。
如图1～图3所示，在LiNbO3结晶组成的光学材料基板32的表面上，通过质子交换法形成宽度约3μm、深度约2μm的高折射率区域，该高折射率区域具有作为光波导路径33的功能。从半导体激光器34射出的基波(波长820nm)被聚光在SHG元件35的入射端面35a上，在SHG元件35上的光波导路径33内进行传播而成为基波波导光。作为光学材料基板32的基板材料的LiNbO3结晶有很大的非线性光学常数，由基波的电场来激励波长变换了二分之一的410nm波长的高次谐波波导光。此外，为了补偿基波和高次谐波的传播常数差，在波导路径33上形成周期性的分极反向区域36，将波导路径33的整个区域中被激励的高次谐波相干地相加，从光波导路径33的射出端面射出。此外，为了正确地补偿基波和高次谐波的传播常数差，需要正确一定地保证基波的波长，所以作为半导体激光器34，使用具有DBR区域、温度等造成的波长变动非常小的DBR半导体激光器。这里，将半导体激光器34和SHG元件35直接耦合。
在半导体激光器34的射出端面34a上，形成相对于由SHG元件35进行了波长变换所得的光的高次谐波(波长410nm)的防反射膜37。防反射膜37是由折射率高的材料和折射率低的材料组成的多层膜。因此，防反射膜37具有防止从外部返回的高次谐波的反射特性，同时具有用于提高半导体激光器34的振荡频率、控制基波的反射率的特性。将防反射膜37的高次谐波的反射率设定在1％以下。作为折射率高的材料，例如可以使用Si、Ta2O5、Nb2O5、TiO2、HfO2、ZrO2、ZnO等，作为折射率低的材料，例如可以使用SiO2、MgO、Al2O3等。
将SHG元件35的输出端面35b相对于波导光的传播方向倾斜地切割。因此，从SHG元件35输出的光相对于波导光的传播方向倾斜地射出。在SHG元件35的入射端面35a上，形成基波和高次谐波各自的多层膜构成的防反射膜38a、38b。作为SHG元件35的入射端面35a上形成的防反射膜38a的材料，期望使用相对于基波的吸收率小的材料。作为SHG元件35的射出端面35b上形成的防反射膜38b的材料，期望使用相对于高次谐波的吸收率小的材料。作为防反射膜38a、38b的材料，例如可以将TiO2、Nb2O5、SiO2、Ta2O5形成单层或多层来使用。
如上所述，通过半导体激光器34和具有上述结构的SHG元件35来构成相干光源31。
下面，参照图8、图9来说明包括相干光源31的光学装置(光拾取器光学系统)30的工作情况。
如图8、图9所示，从半导体激光器34射出的光依次通过相干光学系统的准直透镜39、偏振分光镜40、四分之一波长板41和物镜42后，被聚光在作为被观测物体的光盘43上。将准直透镜39配置在来自SHG元件35的光波导路径33的射出光分布的中心，从光波导路径33相对于波导光的传播方向倾斜射出的高次谐波通过准直透镜39成为大致的平行光。这里，光盘(被观测物体)43的表面和SHG元件(光波导路径器件)35的射出端面35b构成共焦点光学系统。
从半导体激光器34射出的波长λ1的基波入射到SHG元件35上时，使波长λ1的基波照射到SHG元件35的入射端面35a上。但是，由于在SHG元件35的入射端面35a上形成防反射膜38a，所以可以防止SHG元件35的入射端面35a中的波长λ1的基波的反射，可以降低该部分的返回光的发生。因此，可以防止波长λ1的基波对半导体激光器34的有源层的反馈，可以降低该返回光产生的噪声。
在本实施例中，为了实现相干光源31的小型化，采用将半导体激光器34和SHG元件35直接耦合的结构。此时，控制半导体激光器34和SHG元件35的入射端面35a的距离，以便提高半导体激光器34和SHG元件35的耦合效率。如果该距离在5μm以上，则产生1dB以上的耦合损失。通过在SHG元件35的入射端面35a上形成防反射膜38a，半导体激光器34和SHG元件35的端面的距离缩小到防反射膜38的膜厚度，使半导体激光器34和SHG元件35的偶合效率提高。
在波长λ1的基波从SHG元件35射出时，波长λ1的基波照射到SHG元件35的射出端面35b上。但是，由于在SHG元件35的射出端面35b上形成防反射膜38b，所以可以防止SHG元件35的输出端面35b中的波长λ1的基波的反射，可以降低该部分的返回光的产生。因此，可以防止波长λ1的基波对半导体激光器34的有源层内的反馈，可以降低该返回光产生的噪声。而且，由于将SHG元件35的射出端面35b相对于波导光的传播方向倾斜地切割，所以由SHG元件35的输出端面35b反射的波长λ1的基波难以进入到光波导路径33内。
本实施例的相干光源31的另一特征在于，从共焦点光学系统反馈的波长λ1的基波非常少。由于本实施例的相干光源31是以利用由基波变换所得的波长λs的高次谐波为主要目的的光源，所以共焦点光学系统相对于波长λs的高次谐波来构成。因此，波长λ1的基波从外部反馈到相干光源31的比例非常小。其结果，可以使从光波导路径33的射出端面反馈到半导体激光器34的返回光降低至-40dB以下，难以产生该返回光造成的噪声。
光盘43反射的高次谐波通过四分之一波长板41使偏振旋转，由偏振分光镜40反射后，被导入光检测器44，由此获得再现信号。
但是，由相干光源31的外部的某个地方反射的光反回到相干光源31的情况是存在的。例如，在因光盘43的双折射等而使四分之一波长板41的偏振不充分的情况下，高次谐波的一部分穿过偏振分光镜40，造成返回到SHG元件35侧而成为返回光。
在从外部向相干光源31反馈波长λs的高次谐波的情况下，波长λs的高次谐波照射到SHG元件35的射出端面35b。但是，由于在SHG元件35的射出端面35b上形成防反射膜38b，所以可以防止SHG元件35的射出端面35b中的波长λs的高次谐波的反射，可以降低该部分的反射光的产生。因此，可以防止从SHG元件35射出的波长λs的高次谐波和反射光的干扰，可以降低通过这些干扰产生的成为噪声的干扰噪声。此外，通过该防反射膜38b，可以提高从基波向高次谐波的波长变换效率。
而且，由于将SHG元件35的射出端面35b相对于波导光的传播方向倾斜切割，所以由SHG元件35的射出端面35b反射的波长λs的高次谐波难以进入到光波导路径33内。因此，可以防止从SHG元件35射出的波长λs的高次谐波和反射光的干扰，可以降低因这些干扰产生的干扰噪声。
从SHG元件35的射出端面35b进入的波长λs的高次谐波照射到SHG元件35的入射端面35a。但是，由于在SHG元件35的入射端面35a上形成防反射膜38a，所以可以防止SHG元件35的入射端面35a中的波长λs的高次谐波的反射，可以降低该部分的反射光的发生。因此，可以防止入射到SHG元件35的波长λ1的基波和反射光的干扰，可以降低因这些干扰产生的干扰噪声。
而且，波长λs的高次谐波照射到半导体激光器34的入射端面34a。但是，由于在半导体激光器34的入射端面34a上形成防反射膜37，所以可以防止半导体激光器34的入射端面34a中的波长λs的高次谐波的反射，可以降低该部分的反射光的发生。因此，可以防止从半导体激光器34射出的波长λ1的基波和反射光的干扰，可以降低因这些干扰产生的成为噪声的干扰噪声。半导体激光器34的折射率在3以上，引起大的菲涅耳反射。因此，以往存在因半导体激光器34的射出端面34a中的反射光和来自半导体激光器34的射出光的干扰而产生噪声的问题。但是，通过在半导体激光器34的射出端面34a上形成防反射膜37，可以消除该问题。
而且，为了进入到半导体激光器34内的波长λs的高次谐波在半导体激光器34内不反射，期望在半导体激光器34的射出端面34a的附近采用可吸收波长λs的高次谐波的结构。在波长λs比波长λ1小的情况下，半导体激光器34本身吸收波长λs的高次谐波。即，穿过半导体激光器34的射出端面34a上形成的防反射膜37的光在半导体激光器34的射出端面34a附近被迅速地吸收。而且，如三次高次谐波、四次高次谐波等那样，即使在波长比基波(波长λ1)小的情况下，同样也可降低返回光噪声。
作为特别的情况，下面说明高次谐波的波长λs比基波的波长λ1大的情况。例如，在利用频率差或参数振荡的情况下，可能产生波长比基波大的高次谐波。在波长λs比波长λ1大的情况下，由于波长λs的光未被半导体激光器34吸收，所以需要吸收波长λs的光的构造。例如，在半导体激光器34的射出端面34a和防反射膜37之间，通过设置吸收高次谐波的吸收膜(未图示)，来吸收透过防反射膜37的高次谐波，可以降低干扰噪声的产生。由于高次谐波与从半导体激光器34射出的光的波长不同，所以可以容易地形成能够吸收高次谐波而不对来自半导体激光器34的射出光产生影响的构造。
形成吸收膜的结构也有高次谐波的波长λs比基波的波长λ1小的情况。在波长λs的高次谐波从外部通过防反射膜37直接反馈到半导体激光器34的射出端面34a的情况下，半导体激光器34的端部的振荡状态变化，可能成为噪声的原因。为了解决该问题，使用吸收膜，采用吸收反馈的波长λs的高次谐波的结构是有效的。作为防反射膜37的材料，也可以使用不吸收从半导体激光器34射出的光，而仅吸收高次谐波的材料。例如，可以使用Si、Bi2O3。此外，也可以使用仅使高次谐波散射的材料。
本实施例的结构特征在于以下两点。第一点，为了降低对半导体激光器34产生的返回光引起的噪声，分别在SHG元件35的入射端面35a和射出端面35b上形成对基波的防反射膜38a、38b。为了降低对高次谐波的干扰噪声，分别在SHG元件35的入射端面35a和射出端面35b上形成对高次谐波的防反射膜38a、38b是有效的。因此，在SHG元件35的入射端面35a和输出端面35b上形成分别对于基波和高次谐波的防反射膜38a、38b是有效的。特别是对于干扰噪声来说，还考虑到反射光的光路，需要在以往要形成相对于单一波长的防反射膜的表面上形成相对于两波长的防反射膜。
第二点，在半导体激光器34的射出端面34a上形成通过SHG元件35而改变波长的光的相对于波长λs的光的防反射膜37。特别是为了避免半导体激光器34的振荡效率等的下降，需要形成同时具备相对于半导体激光器34的振荡光的反射条件、以及相对于波长λs的光的反射防止特性的防反射膜37。在半导体激光器34的射出端面34a上，形成降低相对于半导体激光器34的射出光的反射率的多层膜，以便提高半导体激光器34的振荡效率，防止半导体激光器34的端面损坏。对于从半导体激光器34射出的光来说，通过形成具有以往那样的反射率、相对于来自外部的高次谐波具有防反射效果的多层膜构造，可以不改变制作过程和成本就实现适合于SHG元件35的半导体激光器34。
本实施例的相干光源31的结构对于将半导体激光器34和SHG元件35直接耦合的结构特别有效。如果使半导体激光器34和SHG元件35直接耦合，那么SHG元件35的光波导路径33的入射端面和半导体激光器34的射出端面34a成为靠近状态。因此，来自外部的返回光被半导体激光器34的射出端面34a反射，容易与光波导路径33耦合，成为干扰噪声分量。相反，在使用耦合透镜来使半导体激光器34和SHG元件35耦合的情况下，半导体激光器34的射出端面34a中的反射几乎没有问题。
例如，考虑通过耦合透镜系统使来自半导体激光器34的射出光耦合在SHG元件35的光波导路径33上的情况。从外部返回的波长变换光在光波导路径33上传播后，从SHG元件35的入射端面35a射出，通过偶合透镜系统到达半导体激光器34的射出端面34a。所述波长变换光由该射出端面34a反射，通过耦合透镜系统再次与光波导路径33耦合后，成为干扰噪声分量。但是，实际上，通过该路径成为干扰噪声分量的光量非常小。这是因为来自半导体激光器34的射出光和波长变换光的波长有所不同，所以在偶合透镜系统中产生色像差。即，因为对于来自半导体激光器34的射出光来说，在构成的偶合透镜系统中，由于相对于波长变换光的像差增大，即使通过与来自半导体激光器34的射出光相同的光路，波长变换光的聚光特性也恶化，耦合到光波导路径33上的波长变换光的光量大幅度地降低。
在本实施例中，举例说明了使用SHG元件作为光波导路径器件的情况，但光波导路径器件并不特别限定于SHG元件。例如，也可考虑高速调制元件、移相器、移频器、偏振控制元件等各种各样功能、结构的器件，在使用了这些光波导路径器件和包含光波导路径器件的相干光源的所有光学系统中都可以应用本发明的光波导路径器件。
但是，在使用了SHG元件的相干光源中，作为半导体激光器，大多使用可干扰性高的DBR半导体激光器以便产生可干扰性高的高次谐波，但相反也容易产生干扰噪声，而通过使用本发明的光波导路径器件来构成SHG元件，可以特别有效地降低干扰噪声。例如，使用波长不同的多个半导体激光器，将从各半导体激光器射出的波长λ1、λ2、λ3、…、λn的基波通过SHG元件变换为波长λs1、λs2、λs3、…、λsn的高次谐波的相干光源中，需要降低对于波长λs1、λs2、λs3、…、λsn的高次谐波的干扰噪声。这种情况下，需要在各半导体激光器的射出端面上形成对于波长λs1、λs2、λs3、…、λsn的高次谐波的防反射膜。再者，如果决定特别需要降低干扰噪声的波长，那么也可以形成对于该波长的防反射膜。
在本实施例中，说明了在半导体激光器34的射出端面34a上形成防反射膜37，在SHG元件35的入射端面35和射出端面35b上分别形成防反射膜38a、38b的情况，但本发明不一定限于该结构。例如，可以是仅在半导体激光器34的射出端面34a和SHG元件35的入射端面35a上分别形成防反射膜37、38a的结构，也可以是仅在半导体激光器34的射出端面34a和SHG元件35的射出端面35b上分别形成防反射膜37、38b的结构。此外，可以是仅在半导体激光器34的射出端面34a上形成防反射膜37的结构，也可以是仅在SHG元件35的入射端面35a和射出端面35b上分别形成防反射膜38a、38b的结构。
在本实施例中，举例说明了将SHG元件35的射出端面35b相对于波导光的传播方向倾斜切割的情况，但本发明不一定限于该结构。例如，如图11所示，SHG元件35的形状大致也可以是长方体。
在以下的实施例中，说明即使在光盘的再现时产生的蓝色光(高次谐波)返回到光波导路径器件的光波导路径内的情况下，通过吸收该蓝色光，从而不受到返回光的影响，获得没有恶化的稳定的再现信号的方法。同时，说明将基波的导波损失控制到最小，实现从基波到蓝色光的变换效率高的光波导路径器件的方法。
在以下的实施例中，说明使用在X板掺杂MgO的LiNbO3基板上制作的光波导路径式模拟相位匹配(Quasi-Phase-Matched)的SHG器件(以下记为‘光波导路径式QPM-SHG器件’)作为光波导路径器件，使用具有可干扰性高的波长可变功能的波长可变半导体激光器作为半导体激光器的SHG蓝色光源。
在本实施例中，说明包括吸收高次谐波的高次谐波吸收区域和不吸收高次谐波的高次谐波非吸收区域，基波在高次谐波吸收区域和高次谐波非吸收区域都以0次横模传播，并且两区域中的基波的波导模量一致结构的光波导路径器件。
图12A表示本实施例的光波导路径式QPM-SHG器件的结构。如图12A所示，在高次谐波吸收区域50和高次谐波非吸收区域51中，波导路径构造有所不同。在这样的光波导路径器件中，一般地，由于各个区域(高次谐波吸收区域50和高次谐波非吸收区域51)中的波导模量不同，所以在高次谐波吸收区域50和高次谐波非吸收区域51的连接部C中波导光的一部分被发射到X板掺杂MgO的LiNbO3基板52中，会产生波导功率的损失。本实施例通过使两区域中的基波的波导模量一致，将基波的发射损失抑制到最小限，实现效率高的SHG蓝色光源。
具体地说，在质子交换光波导路径53上，在高次谐波吸收区域50中装填作为高次谐波吸收膜的Si膜54、在高次谐波非吸收区域51中装填具有高折射率的Nb2O5膜55所得的波导路径构造。然后，在高次谐波非吸收区域51中，在波导层(质子交换光波导路径35)及Nb2O5膜55内传播波导光，在高次谐波吸收区域50中，在波导层(质子交换光波导路径53)及Si膜54内传播波导光。这里，Si膜54及Nb2O5膜55的基波的波长区域中的折射率分别为3.4、2.4，成为比波导层(质子交换光波导路径53)的折射率(约2.2)高的值。如图12B所示，由于波导光有集中于高折射率部分的倾向，所以随着Nb2O5膜55和Si膜54的膜厚变厚，基波的波导模的电场分布57、58偏靠在X板掺杂MgO的LiNbO3基板52的上部，并且成为非对称的形状。在高次谐波非吸收区域51中使用具有高折射率的Nb2O5膜55的原因在于，基波的波导模被拉近到质子交换光波导路径53的表面，可以获得基波和高次谐波的大的重叠，由此可以期待高的波长变换效率。在本实施例的光波导路径式QPM-SHG器件(光波导路径器件)中，利用该特性，使Si膜15的膜厚最佳化，以便与高次谐波吸收区域50和高次谐波非吸收区域51中的基波的波导模量一致。即，使Si膜15的膜厚最佳化，以便与高次谐波吸收区域50和高次谐波非吸收区域51中的基波的波导模量一致。这里，由于使作为高次谐波吸收膜的Si膜54处于基波的入射侧端面附近的原因在于，最大限度地确保产生的蓝色光的输出。例如，在作为高次谐波吸收膜的Si膜54处于光波导路径器件的中心位置的情况下，在其附近产生的蓝色光全部被Si膜54吸收，使蓝色光的输出下降。
下面，说明作为本实施例的光波导路径器件的光波导路径式QPM-SHG器件的制作方法。首先，在X板掺杂MgO的LiNbO3基板52上，通过质子交换法形成光波导路径53后，在质子交换光波导路径53上依次成膜Si膜54和SiO2膜56。接着，通过光刻、腐蚀工序对Si膜54和SiO2膜56构图后，在整个表面上成膜Nb2O5膜55。这里，SiO2膜56是低折射率缓冲层，以便装填了Si膜54的部分(高次谐波吸收区域50)中的波导模量不受其上面的Nb2O5膜55的影响。
通过溅射法成膜的Nb2O5膜和通过电子束镀敷法成膜的Si膜相对于波长800nm的光(基波)的折射率预先分别测定为2.3和3.0。使用该值，通过计算机模拟来计算基波的波导模量时，可求出Nb2O5膜的膜厚为170nm时的Si膜的最合适的膜厚为20nm。接着，制作Nb2O5膜55的膜厚为170nm、改变Si膜54的膜厚来制作具有上述结构的样本器件(光波导路径式QPM-SHG器件)，观测基波的波导模量。与上述计算机模拟的情况相同，在Si膜54的膜厚为20nm时装填了Si膜54的部分(高次谐波吸收区域50)和装填了Nb2O5膜55的部分(高次谐波非吸收区域51)中的基波的波导模量最一致，两区域中的基波的波导模量之差在10％以内。此外，在测定Si膜54的波导光的传播方向的长度为0.2mm的样本器件的波导光传播效率时，可确认在装填了Si膜54的部分(高次谐波吸收区域50)中进行传播时的基波的波导损失在5％以下，高次谐波的透射率为5％。
在本实施例的光波导路径器件(光波导路径式QPM-SHG器件)中，由于在装填了Si膜54的部分(高次谐波吸收区域50)中进行传播时的基波的波导损失在5％以下，所以与基波的波导功率的平方成正比产生的蓝色光因附加作为高次谐波吸收膜的Si膜54产生的输出下降被抑制在10％以内。
另一方面，在使Si膜54的膜厚为与最佳值不同的15nm而制作的光波导路径器件(光波导路径式QPM-SHG器件)中，装填了Si膜54的部分(高次谐波吸收区域50)和装填了Nb2O5膜55的部分(高次谐波非吸收区域51)中的基波的波导模量的差为50％。这种情况下，在测定Si膜54的波导光的传播方向的长度为0.2mm的样本器件的波导光传播效率时，可确认在装填了Si膜54的部分(高次谐波吸收区域50)中进行传播时的基波的波导损失为20％。此外，蓝色光的输出与未附加作为高次谐波吸收膜的Si膜54的器件相比下降了约40％。
从以上可知，如本实施例的光波导路径式QPM-SHG器件，通过使作为高次谐波吸收膜的Si膜54的膜厚最佳化，使高次谐波吸收区域50和高次谐波非吸收区域51中的基波的波导模量一致，可以实现高输出的SHG蓝色光源。
分别使用本实施例的光波导路径器件(光波导路径式QPM-SHG器件)和没有高次谐波吸收膜(蓝色吸收部)的现有的光波导路径器件(光波导路径式QPM-SHG器件)，来制作SHG蓝色光源，装载在光拾取器上。然后，使用这些光源，进行来自镜面盘的再现信号的比较评价。图13表示观测出的反射光强度信号(再现信号)的时间变化。来自镜面盘的再现信号获得一定值，在使用现有的光波导路径器件(光波导路径式QPM-SHG器件)的情况下的再现信号中，观测到对DC分量比约4％的干扰噪声振幅。相反，在使用本实施例的光波导路径器件(光波导路径式QPM-SHG器件)的情况下，干扰噪声被抑制到0.1％以下，可确认噪声降低效果。
归纳以上方面，如果使用本实施例的光波导路径器件(光波导路径式QPM-SHG器件)，即使在通过波长变换获得的蓝色光由光盘反射而返回到SHG蓝色光内的情况下，通过高次谐波吸收膜将该蓝色光吸收在SHG蓝色光源内，可以不受返回光的影响，在低噪声下将光盘进行再现。因此，本实施例的光波导路径器件(光波导路径式QPM-SHG器件)的实用效果大。而且，在本实施例中，通过在处于质子交换光波导路径53的基波入射侧端面附近的高次谐波吸收区域50中成膜最佳化膜厚的Si膜54，使在高次谐波非吸收区域51中的质子交换光波导路径53上传播的基波的波导模量和在高次谐波吸收区域50中的质子交换光波导路径53上传播的基波的波导模量一致，可以降低高次谐波吸收区域50和高次谐波非吸收区域51的连接部中的基波的波导损失。其结果，使基波在质子交换光波导路径53内高效率地传播，可以高效率地获得蓝色光。因此，本实施例的光波导路径器件(光波导路径式QPM-SHG器件)的实用效果大。
在本实施例中，使用Si膜作为高次谐波吸收膜，但作为高次谐波吸收膜的材料，使用高次谐波的波长区域中的衰减系数比基波的波长区域中的衰减系数大的材料就可以。ZnSe膜或GaP膜在基波的波长区域中的衰减系数比Si膜小，并且在高次谐波的波长区域中的衰减系数比Si膜大，效率更高地传播基波，效率更高地吸收高次谐波，所以可用作高次谐波吸收膜。
此外，高次谐波吸收膜不限定于半导体膜，也可以使用折射率大的介质薄膜。例如，作为氧化物介质膜的TiO2膜是折射率大的膜，但在高次谐波的波长区域中的衰减系数小。但是，通过减少在膜中包含的氧的量，可以增大衰减系数是众所周知的。通过减小成膜时的氧分压，可以形成标记为TiOx(x＜2)的氧含量少的膜。在实验中，通过使用标记为TiOx(x＜1.9)的膜，可确认能够充分吸收高次谐波。此外，通过使用标记为TiOx(x＜1.8)的膜，衰减系数进一步增大，能够缩短高次谐波吸收区域的波导光的传播方向的长度。再有，在使用标记为TiOx(x≤1.7)的膜的情况下，基波的吸收损失增大，所以基波不能高效率地在光波导路径内传播。
以上说明了最佳的结构，使得装填在高次谐波非吸收区域的高折射率膜和高次谐波吸收膜等价。下面，说明在高次谐波非吸收区域中未装填高折射率膜的情况下，使高次谐波吸收区域和高次谐波非吸收区域中的基波的波导模量一致的结构。在这些情况下，通过装填高次谐波吸收膜而增加的光封闭作用，但通过预先削弱光波导路径的光封闭作用来补偿。
在图14所示的光波导路径式QPM-SHG器件中，高次谐波吸收区域50的质子交换光波导路径63的上表面被除去，以便厚度比高次谐波非吸收区域61的质子交换光波导路径63小，在该除去的部分上成膜作为高次谐波吸收膜的Si膜64。再有，在图14中，62表示X板掺杂MgO的LiNbO3基板。即使形成这样的结构，由于可以将Si膜64的膜厚最佳化，使在高次谐波非吸收区域61中的质子交换光波导路径63中传播的基波的波导模量和在高次谐波吸收区域60中的质子交换光波导路径63中传播的波导模量大致一致，使基波在质子交换光波导路径63内高效率地传播，所以也可获得与图12所示结构的光波导路径器件的同样效果。
在图15所示的光波导路径式QPM-SHG器件中，将高次谐波吸收区域65的质子交换光波导路径68的有效厚度设定得比高次谐波非吸收区域66的质子交换光波导路径68小，在高次谐波吸收区域65的质子交换光波导路径68的上表面上成膜作为高次谐波吸收膜的Si膜69。通过该结构，由于可以将Si膜69的膜厚最佳化，使在高次谐波非吸收区域66中的质子交换光波导路径68中传播的基波的波导模量和在高次谐波吸收区域65中的质子交换光波导路径68中传播的波导模量大致一致，使基波在质子交换光波导路径68内高效率地传播，所以也可获得与图12所示结构的光波导路径器件的同样效果。通过分别制作高次谐波吸收区域65和高次谐波非吸收区域66，调整它们的质子交换时间，可以容易地制造图15所示的深度不同的光波导路径。
在本实施例中，通过在质子交换光波导路径的上表面上装填作为高次谐波吸收膜的Si膜，来形成高次谐波吸收区域，但本发明不一定限定于该结构。例如，如图16所示，也可以通过在质子交换光波导路径73内混入扩散铁等金属，来形成高次谐波吸收区域70。通过这样的结构，由于可以使成膜高次谐波吸收膜的基板表面上没有台阶差，所以适合将波导路径面朝向封装基板的高精度的倒装封装。在图16中，71表示高次谐波非吸收区域，72表示X板掺杂MgO的LiNbO3基板，74表示金属混入扩散层。
在本实施例中，说明基波在高次谐波非吸收区域中以0次横模传播，在高次谐波吸收区域以1次以上的高次横模传播，并且使两区域中的基波的波导模量一致的结构的光波导路径器件。
图17A表示本实施例的光波导路径式QPM-SHG器件的结构。如图17A所示，在本实施例中，成为在高次谐波吸收区域75的质子交换光波导路径77上装填作为高次谐波吸收膜的Si膜79的波导路径结构。而且，如图17B所示，基波在高次谐波非吸收区域71的质子交换光波导路径78内以0次横模传播，在装填了作为高次谐波吸收膜的Si膜79的高次谐波吸收区域75的质子交换光波导路径78中以1次横模传播。在上述第4实施例中，为了以0次横模来控制装填了作为高次谐波吸收膜的Si膜的高次谐波吸收区域的质子交换光波导路径上传播的基波，需要插入缓冲层，并减小波导层的有效折射率。在本实施例中，由于将Si膜79成膜至期望的厚度，进行构图而使得波导光的传播方向的长度成为期望的长度，基波可以在高次谐波吸收区域75的质子交换光波导路径78上以1次横模来传播，所以可以简化制作过程。而且，在将Si膜79的膜厚最佳化时，Si膜79的膜厚比上述第4实施例厚，以便基波在高次谐波吸收区域75的质子交换光波导路径78上以1次横模来传播，并且使高次谐波吸收区域75和高次谐波非吸收区域76中的基波的波导模量一致。即，由于进入Si膜79内的高次谐波的电场分布增大，所以如果获得与上述第4实施例相同程度的高次谐波的透射率，那么可以缩短Si膜79的波导光的传播方向的长度。而且，与上述第4实施例的Si膜64相比，使用波导光的传播方向长度短的Si膜79，可以获得与上述第4实施例相同程度的高次谐波的透射率，所以可以扩大基波和蓝色光的相互作用，即扩大蓝色光的发生区域。因此，本实施例的光波导路径器件(光波导路径式QPM-SHG器件)的实用效果大。
下面，说明作为本实施例的光波导路径器件的光波导路径式QPM-SHG器件的制造方法。首先，在X板掺杂MgO的LiNbO3基板77上，通过质子交换法形成光波导路径78后，在质子交换光波导路径78成膜作为高次谐波吸收膜的Si膜79。接着，通过光刻、腐蚀工序对Si膜79构图后，使Si膜79的波导光的传播方向的长度达到期望的长度。
与上述第4实施例同样，通过计算机模拟来计算基波的波导模量，将Si膜79的膜厚最佳化(1800nm)。其结果，可确认在Si膜79的波导光的传播方向的长度为0.1mm时，在装填了Si膜79的部分(高次谐波吸收区域75)上进行传播时的基波的波导损失在5％以下，高次谐波的透射率可以降低至1％以下。
使用本实施例的光波导路径器件(光波导路径式QPM-SHG器件)来制造SHG蓝色光源，装载于光拾取器。然后，使用该光拾取器，来进行来自镜面盘的再现信号的评价。其结果，确认未附加高次谐波吸收膜的现有光波导路径器件(光波导路径式QPM-SHG器件)中约4％的来自镜面盘的再现信号的干扰噪声振幅(参照图13)被抑制到测定界限以下，可以降低干扰噪声。
在本实施例中，也与上述第4实施例同样，使用Si膜作为高次谐波吸收膜，但作为高次谐波吸收膜的材料，如果是高次谐波的波长区域中的衰减系数比基波的波长区域中的衰减系数大的材料就可以。
如图18所示，在质子交换光波导路径86上，还通过成膜Nb2O5膜89作为高折射率层，在高次谐波吸收区域82的Nb2O5膜89的上表面上成膜作为高次谐波吸收膜的Si膜87，可以获得与本实施例同样的效果。而且，由于使用具有高折射率的Nb2O5膜89，所以将基波的波导模量拉近至质子交换光波导路径86的表面，可以获得基波和高次谐波的大重叠，由此可以期待高的波长变换效率。这里，由于Nb2O5膜89和Si膜87的粘结性差，Si膜87容易剥离，所以在Nb2O5膜89和Si膜87之间插入与Si膜87的粘结性良好的SiO288。再有，在图18中，84表示高次谐波非吸收区域。
而且，即使是在图19所示的质子交换光波导路径93和Nb2O5膜95之间插入作为高次谐波吸收膜的Si膜94的构造中，也可以获得与本实施例同样的效果。在该构造中，Si膜94插入在X板掺杂MgO的LiNbO3基板92和Nb2O5膜95之间，并且Si膜94和X板掺杂MgO的LiNbO3基板92的粘结性良好，所以Si膜94不剥离。再有，在图19中，90表示高次谐波吸收区域。91表示高次谐波非吸收区域。
在本实施例中，通过在质子交换光波导路径的上部装填作为高次谐波吸收膜的Si膜，来形成高次谐波吸收区域，但本发明不一定限于高结构。例如，通过在质子交换光波导路径内混入扩散铁等金属，也可以形成高次谐波吸收区域。
图20是表示作为本发明第6实施例的光波导路径器件的光波导路径式QPM-SHG器件的结构剖面图。
本实施例与上述第4和第5实施例有所不同，具有通过没有波导模的不连续部，来降低波导模的不匹配产生的基波的发射损失的结构。如图20所示，在本实施例中，形成在高次谐波吸收区域96的质子交换光波导路径99上装填了作为高次谐波吸收膜的Si膜100的波导路径结构。这里，Si膜100的实质膜厚在高次谐波吸收区域96的质子交换光波导路径99内连续改变。因此，在高次谐波吸收区域96的质子交换光波导路径99内传播的基波的波导模量连续变化，并且高次谐波吸收区域96的入射端及射出端的波导模量与在高次谐波非吸收区域97的质子交换光波导路径99内传播的基波的波导模量一致。因此，在高次谐波吸收区域96和高次谐波非吸收区域97的波导模变换部D、E中高效率地传播基波，可以高效率地获得蓝色光。
在X板掺杂MgO的LiNbO3基板98上，通过质子交换法形成光波导路径99后，通过在质子交换光波导路径99的入射侧端面附近成膜作为高次谐波吸收膜的Si膜100来制造作为本实施例的光波导路径器件的光波导路径式QPM-SHG器件。这里，成膜Si膜100，使得其膜厚在入射侧的波导模变换部D中从入射侧向射出侧平缓并且连续地增加，在射出侧的波导模变换部E中从入射侧向射出侧平缓并且连续地减少。如图20所示，在距X板掺杂MgO的LiNbO3基板98一定距离的位置上设置缝隙102，通过将Si膜100进行成膜，可以容易地平缓并且连续地改变Si膜100的膜厚。Si膜100的膜厚分布、以及其波导光的传播方向的长度可以通过缝隙102的缝隙宽度、及缝隙102和X板掺杂MgO的LiNbO3基板98的距离来自由地改变。
如果使用本实施例的波导路径构造，那么可确认在装填了Si膜100的部分(高次谐波吸收区域96)上传播时的蓝色光的透射率降低至1％以下。
使用本实施例的光波导路径器件(光波导路径式QPM-SHG器件)来制造SHG蓝色光源，装载于光拾取器。然后，使用该光拾取器，来进行来自镜面盘的再现信号的评价。其结果，确认未附加高次谐波吸收膜的现有光波导路径器件(光波导路径式QPM-SHG器件)中约4％的来自镜面盘的再现信号的干扰噪声振幅(参照图13)被抑制到测定界限以下，可以降低干扰噪声。
根据本实施例，通过没有波导模的不连续部，降低波导模的不匹配造成的基波的发射损失，高效率地传播基波，高效率地获得蓝色光，所以其实用效果大。而且，在Si膜100的成膜时使用缝隙102，不需要光刻、腐蚀工序，可以简化制造过程，所以其实用效果大。
在本实施例中，也与上述第4实施例同样，使用半导体膜的Si膜作为高次谐波吸收膜，但作为高次谐波吸收膜的材料，使用高次谐波的波长区域中的衰减系数比基波的波长区域中的衰减系数大的材料就可以。
图21是表示作为本发明第7实施例的光波导路径器件的光波导路径式QPM-SHG器件的结构剖面图。
如图21所示，在本实施例的光波导路径式QPM-SHG器件中，形成在质子交换光波导路径106上装填了具有高折射率的Nb2O5膜107的波导路径构造。而且，在入射侧端面109上形成作为高次谐波吸收膜的TiO2膜108。
下面，说明作为本实施例的光波导路径器件的光波导路径式QPM-SHG器件的制造方法。首先，在X板掺杂MgO的LiNbO3基板105上，通过质子交换法形成光波导路径106后，在质子交换光波导路径106上成膜Nb2O5膜107。接着，在入射侧端面109上成膜作为高次谐波吸收膜的TiO2膜108。
通过形成以上那样的结构，使基波高效率地与质子交换光波导路径106耦合，高次谐波被TiO2膜108吸收。这是因为基波的波长区域中的TiO2膜108的衰减系数小，高次谐波的波长区域中的TiO2膜108的衰减系数比基波的波长区域中的衰减系数大。
使用本实施例的光波导路径器件(光波导路径式QPM-SHG器件)来制造SHG蓝色光源，装载于光拾取器。然后，使用该光拾取器，来进行来自镜面盘的再现信号的评价。其结果，确认未附加高次谐波吸收膜的现有光波导路径器件(光波导路径式QPM-SHG器件)中约4％的来自镜面盘的再现信号的干扰噪声振幅(参照图13)被抑制到测定界限以下，可以降低干扰噪声。
再有，在本实施例中，使用TiO2膜108作为高次谐波吸收膜，但作为高次谐波吸收膜材料，如果是高次谐波的波长区域中的衰减系数比基波的波长区域中的衰减系数大的材料就可以。但是，由于TiO2膜108的折射率接近于质子交换光波导路径106的折射率，所以如果使用TiO2膜108作为高次谐波吸收膜，那么可以降低质子交换光波导路径106和高次谐波吸收膜的界面中的菲涅耳反射。
在使用上述第4～第7实施例所示的光波导路径式QPM-SHG器件的SHG蓝色光源中，通过半导体激光器和光波导路径式QPM-SHG器件的直接耦合来进行光耦合。因此，还必须考虑半导体激光器的射出端面反射的蓝色光造成的干扰噪声，通过使用上述第4～第7实施例所示结构的光波导路径式QPM-SHG器件，可以降低半导体激光器的射出端面反射的蓝色光造成的干扰噪声。
而且，在上述第4～第7实施例的SHG蓝色光源中，作为半导体激光器，使用具有可干扰性高的可变波长功能的可变波长半导体激光器。因此，由于波长变换的高次谐波的可干扰性高，所以容易产生干扰噪声，但通过使用上述第4～第7实施例所示结构的光波导路径式QPM-SHG器件，可以特别有效地降低干扰噪声。
此外，在上述第4～第7实施例中，举例说明了使用SHG元件作为光波导路径器件的情况，但光波导路径器件并不特别限于SHG元件。例如，作为光波导路径器件，也可考虑高速调制元件、移相器、移频器、偏振控制元件等各种各样功能、结构的器件，在使用了这些光波导路径器件或包含光波导路径器件的相干光源的所有光学系统中都可以应用本发明的光波导路径器件。但是，在使用了SHG元件的光源中，作为半导体激光器，大多使用可干扰性高的DBR半导体激光器，以便产生可干扰性高的高次谐波，所以也容易产生干扰噪声，而通过与本发明的光波导路径器件进行组合，可以特别有效地降低干扰噪声。
在上述各实施例中，作为共焦点光学系统，举例说明了光拾取器光学系统，但本发明也可以应用于激光扫描显微镜或激光打印机等其他相干光学系统。其中，在光拾取器光学系统中，由于作为被观测物体的光盘具有高反射率，对物镜进行位置控制来保证共焦点系统，以便将光经常聚光在光盘上，以及因光盘上下运动使干扰条件时刻变化，容易产生干扰噪声等，所以本发明的光波导路径器件在光拾取器光学系统中特别有效。而且，即使在使用了光纤的光学系统中，由于产生与共焦点光学系统同样的干扰噪声，所以本发明的光波导路径器件在使用了光纤的光学系统中也有效。
权利要求
1.一种光波导路径器件，其特征在于包括基板；光波导路径，形成在所述基板的表面附近，传播波长不同的多个波导光；以及光学薄膜，形成在所述光波导路径的至少一部分上，或相连地设置在所述光波导路径的至少一部分上；所述波导光的一部分从所述光波导路径射出后，再次返回到所述光波导路径，通过所述光学薄膜来防止返回到所述光波导路径的光的所述光波导路径的端面或其附近的反射。
2.如权利要求1所述的光波导路径器件，其中，在所述光波导路径中传播基波和高次谐波，在所述光波导路径的入射端面附近包含所述光学薄膜，并且包括吸收所述高次谐波的高次谐波吸收区域，所述光波导路径内的在所述高次谐波吸收区域和不吸收所述高次谐波的高次谐波非吸收区域传播的所述基波的波导模量大致一致。
3.如权利要求2所述的光波导路径器件，其中，所述高次谐波吸收区域和所述高次谐波非吸收区域的有效折射率大致一致。
4.如权利要求2所述的光波导路径器件，其中，所述基波在所述高次谐波吸收区域和所述高次谐波非吸收区域上一起用0次横模来传播。
5.如权利要求4所述的光波导路径器件，其中，在所述高次谐波吸收区域的所述光波导路径上，装载作为所述光学薄膜的高次谐波吸收膜。
6.如权利要求4所述的光波导路径器件，其中，所述高次谐波非吸收区域的所述光波导路径包括光波导层，以及装载在光波导层上的折射率比所述光波导层大的高折射率层；所述高次谐波吸收区域的所述光波导路径包括第2光波导层，以及装载在所述第2光波导层上的折射率比所述第2光波导层大的由作为所述光学薄膜的高次谐波吸收膜组成的高次谐波吸收层。
7.如权利要求4所述的光波导路径器件，其中，所述高次谐波吸收区域的所述光波导路径包括其上表面被除去而使得厚度比所述光波导层小的第2光波导层，以及装载在所述第2光波导层上的折射率比所述第2光波导层大的由作为所述光学薄膜的高次谐波吸收膜组成的高次谐波吸收层。
8.如权利要求4所述的光波导路径器件，其中，所述高次谐波非吸收区域的所述光波导路径包括光波导层，所述高次谐波吸收区域的所述光波导路径包括有效厚度比所述光波导层小的第2光波导层，以及装载在所述第2光波导层上的折射率比所述第2光波导层大的由作为所述光学薄膜的高次谐波吸收膜组成的高次谐波吸收层。
9.如权利要求4所述的光波导路径器件，其中，所述光学薄膜通过将金属混合扩散在所述高次谐波吸收区域的所述光波导路径中而形成。
10.如权利要求2所述的光波导路径器件，其中，所述基波按0次横模传播于所述高次谐波非吸收区域，按1次以上的高次横模传播于所述高次谐波吸收区域。
11.如权利要求10所述的光波导路径器件，其中，所述高次谐波吸收区域的所述光波导路径包括光波导层，以及装载在所述光波导层上的折射率比所述光波导层大的由作为所述光学薄膜的高次谐波吸收膜组成的高次谐波吸收层。
12.如权利要求10所述的光波导路径器件，其中，所述高次谐波吸收区域的所述光波导路径包括光波导层；装载在所述光波导层上的折射率比所述光波导层大的高折射率层；以及装载在所述高折射率层上的折射率比所述高折射率层大的由作为所述光学薄膜的高次谐波吸收膜组成的高次谐波吸收层；所述高次谐波非吸收区域的所述光波导路径包括第2光波导层，以及折射率比所述第2光波导层大的第2高折射率层。
13.如权利要求10所述的光波导路径器件，其中，所述高次谐波吸收区域的所述光波导路径包括光波导层；装载在所述光波导层上的折射率比所述光波导层大的由作为所述光学薄膜的高次谐波吸收膜组成的高次谐波吸收层；以及装载在所述高次谐波吸收层上的折射率比所述光波导层大的高折射率层；所述高次谐波非吸收区域的所述光波导路径包括第2光波导层，以及折射率比所述第2光波导层大的第2高折射率层。
14.如权利要求10所述的光波导路径器件，其中，所述光学薄膜通过将金属混入扩散在所述高次谐波吸收区域的所述光波导路径中而形成。
15.如权利要求2所述的光波导路径器件，其中，在所述高次谐波吸收区域的所述光波导路径内传播的所述基波的波导模量连续地变化，并且所述高次谐波吸收区域的入射端和射出端的所述基波的波导模量与在所述高次谐波非吸收区域的所述光波导路径内传播的所述基波的波导模量大致一致。
16.如权利要求15所述的光波导路径器件，其中，所述高次谐波吸收区域的所述光波导路径包括光波导层，以及装载在所述光波导层上的由作为所述光学薄膜的高次谐波吸收膜组成的高次谐波吸收层，所述高次谐波吸收膜的实质膜厚在所述高次谐波吸收区域内连续地变化。
17.如权利要求1所述的光波导路径器件，其中，在所述光波导路径中传播基波和高次谐波，在所述光波导路径的入射端面中，形成吸收所述高次谐波的作为所述光学薄膜的高次谐波吸收膜。
18.如权利要求5～8、11～13、16或17的任何一项所述的光波导路径器件，其中，所述高次谐波吸收膜是半导体膜或氧化物介质膜。
19.如权利要求18所述的光波导路径器件，其中，所述半导体膜是从Si膜、ZnSe膜和GaP膜组成的组中选择出的一个，所述氧化物介质膜是TiOx膜。
20.如权利要求19所述的光波导路径器件，其中，TiOx膜满足1.7＜x＜1.9的关系。
21.如权利要求9或14所述的光波导路径器件，其中，所述金属是铁。
22.如权利要求1所述的光波导路径器件，其中，在所述光波导路径的折射率为N2，所述光学薄膜的折射率为N1时，所述折射率N1、N2的大小关系因所述波导光的波长而有所不同。
23.如权利要求22所述的光波导路径器件，其中，至少相对于一个所述波导光的折射率满足N1＞N2的关系，相对于另一所述波导光的折射率满足N1＜N2的关系。
24.如权利要求23所述的光波导路径器件，其中，在所述光波导路径中传播波长λ1的基波和波长λ2的高次谐波，所述波长满足λ1＞λ2的关系，相对于所述波长λ1的所述基波的所述折射率满足N1＜N2的关系，相对于所述波长λ2的所述高次谐波的所述折射率满足N1＞N2的关系。
25.如权利要求24所述的光波导路径器件，其中，所述光学薄膜相对于所述高次谐波具有0.001以上的吸收系数。
26.如权利要求24所述的光波导路径器件，其中，在所述光学薄膜的上表面、下表面或层内的至少一个中还包括吸收所述高次谐波的高次谐波吸收膜。
27.如权利要求22所述的光波导路径器件，其中，所述光学薄膜由多层膜构成。
28.如权利要求22所述的光波导路径器件，其中，所述光学薄膜至少形成在所述光波导路径的表面、背面或侧面的其中一个上。
29.如权利要求22所述的光波导路径器件，其中，所述光学薄膜形成在所述光波导路径的入射部附近。
30.如权利要求22所述的光波导路径器件，其中，所述光学薄膜的端部的法线相对于所述波导光的传播方向以大于0°的角度倾斜。
31.如权利要求22所述的光波导路径器件，其中，还包括在所述光波导路径的表面上设置的折射率为N3的包覆层，所述包覆层和所述光波导路径的折射率满足N3＞N2的关系。
32.如权利要求22所述的光波导路径器件，其中，在入射侧端面上设置防反射膜。
33.如权利要求22所述的光波导路径器件，其中，在所述光波导路径中传播基波和高次谐波，所述防反射膜是将所述高次谐波的反射率减低至1％以下的防反射膜。
34.一种光源，包括半导体激光器和光波导路径器件，其特征在于，使用权利要求1所述的光波导路径器件作为所述光波导路径器件。
35.如权利要求34所述的光源，其中，所述半导体激光器是具有可干扰性高的可变波长功能的可变波长半导体激光器。
36.一种光源，其特征在于，包括波长λ1的半导体激光器；以及将来自所述半导体激光器的发射光变换成波长λs的光的光波导路径器件；在所述半导体激光器的射出端面上设置相对于所述波长λs的防反射膜。
37.如权利要求36所述的光源，其中，至少在所述光波导路径器件的入射端面或射出端面的其中一个上设置相对于所述波长λs的防反射膜、或相对于所述波长λ1的光和所述波长λs的光的防反射膜。
38.如权利要求36所述的光源，其中，所述光波导路径器件的射出端面相对于波导光的传播方向倾斜地形成。
39.如权利要求36所述的光源，其中，所述半导体激光器的射出端面附近为吸收所述波长λs的光的物质。
40.如权利要求36所述的光源，其中，所述半导体激光器具有格栅构造。
41.如权利要求36所述的光源，其中，将所述半导体激光器和所述光波导路径器件直接耦合。
42.如权利要求36所述的光源，其中，所述防反射膜是将所述波长λs的光的反射率降低至1％以下的防反射膜。
43.一种光源，其特征在于，包括波长不同的多个半导体激光器；以及将从所述各半导体激光器发射的波长λ1、λ2、λ3、…、λn的光变换成波长λs1、λs2、λs3、…、λsn的光的光波导路径器件；在至少某一个所述半导体激光器的射出端面上，设置相对于至少某个所述波长λs1、λs2、λs3、…、λsn的光的防反射膜。
44.一种光学装置，其特征在于，包括光源和将来自所述光源的射出光聚光在被观测物体上的聚光光学系统，作为光源，使用权利要求34、36或43的任何一项所述的光源，所述光源的所述光波导路径器件和所述被观测物体以具有同焦点的关系来配置。
45.如权利要求44所述的光学装置，其中，所述被观测物体是光盘。
46.如权利要求44所述的光学装置，其中，还包括光纤，将来自所述光源的射出光入射到所述光纤上。
全文摘要
一种可以降低外部的干扰噪声的光波导路径式器件。该光波导路径式器件包括:基板(10);在基板(10)的表面上形成的光波导路径(12);在光波导路径(12)上形成的周期性的分极反向区域(11);在光波导路径(12)的一部分上形成的光学薄膜(14)。光波导路径(12)(折射率:N2)和光学薄膜(14)(折射率:N1)的分散折射率是不同的,折射率的大小关系因波长而相反。相对于短波长的光来说,N1>N2的关系成立,而相对于长波长来说,N2>N1的关系成立。
文档编号G11B7/125GK1381762SQ0210556
公开日2002年11月27日 申请日期2002年4月17日 优先权日2001年4月17日
发明者森川显洋, 笠澄研一, 北冈康夫, 水内公典, 山本和久 申请人:松下电器产业株式会社