(57)【要約】  本発明は、光源装置に対する光導波路の位置決め、固定を容易にし、装置構成を小型、簡素化することができる第二次高調波光発生装置を提供する。この第二次高調波光発生装置は、開口を有した筐体と、筐体に固定された光源装置と、光源装置から出射される光を伝播させて第二次高調波光に変換する光導波路が形成された非線形光学結晶チップを中心孔に収め、開口に対して遊嵌される外形を有したスリーブと、筐体内に配置され、光源装置から出射される光を光導波路に結合させる結合光学系とを備え、スリーブが開口に挿入されて位置調整が行われた後、筐体に対して固定される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口を有した筐体と、
前記筐体に固定された光源装置と、
前記光源装置から出射される光を伝播させて第二次高調波光に変換する光導波路が形成された非線形光学結晶チップを中心孔に収め、前記開口に対して遊嵌される外形を有したスリーブと、
前記筐体内に配置され、前記光源装置から出射される光を前記光導波路に結合させる結合光学系とを備え、
前記スリーブが前記開口に挿入されて前記筐体に対して固定されてなることを特徴とする第二次高調波光発生装置。
【請求項２】
前記スリーブが接着又は溶着により前記筐体に対して固定されてなることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の第二次高調波光発生装置。
【請求項３】
前記結合光学系は、前記光導波路の軸方向に対して直交する２軸方向に像点を調整可能な可動レンズを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の第二次高調波光発生装置。
【請求項４】
前記光源装置がＴＯパッケージ化され、該ＴＯパッケージの光出力端部が前記筐体内に配置され、前記ＴＯパッケージ上に前記結合光学系が搭載されてなることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の第二次高調波光発生装置。
【請求項５】
前記筐体が、前記開口と同心に配置される円筒体を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の第二次高調波光発生装置。
【請求項６】
前記結合光学系を前記筐体内に配置するとともに、前記光源装置を前記筐体に固定し、前記スリーブを前記開口に挿入した後、前記スリーブの前記筐体に対する位置を調整することにより前記光源装置に対する前記光導波路の位置決めを行った上で、前記スリーブを前記筐体に対して固定することを特徴とする請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか一項に記載の第二次高調波光発生装置を製造する製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第二次高調波光発生装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１（段落０００３、図８）に記載されるように、第二次高調波光発生装置は、光源からの光を非線形光学結晶に通すことによって第二次高調波を発生させる。【０００３】
図３(a)に第二次高調波光発生装置の基本構成例を示す。【０００４】
図３(a)に示すように、第二次高調波光発生装置は、半導体レーザ等の光源装置１と、
非線形で大きな誘電率を有する非線形光学結晶チップ２と、光源装置１からの光Ｐ１を非線形光学結晶チップ２の光導波路に結合させる結合光学系３とを有し、これらの要素が筐体４に収められてなる。筐体４の外側には電極端子５が設けられる。【０００５】
波長λ１の光Ｐ１が非線形光学結晶チップ２の光導波路を通るとき、誘電分極の振動のわずかな非線形応答により入力波長λ１の整数倍の高調波が発生する。そのうち第二次高調波光Ｐ２（λ２＝（λ１）/２）が比較的強い値で得られる。【０００６】
図３(b)に、非線形光学結晶チップ２の断面図を示す。非線形光学結晶チップ２の光導波路２ａの幅は、シングルモードファイバーの２分の１から３分の１となっており非常に小さい。また、高効率な光結合のために、光導波路２ａの入力端においてシングルモードファイバのコアに比較してその面積の２５％から１０％程度の部分に基本波光Ｐ１を集光することが必要とされる。【０００７】
一方、組立工程において光源装置１と非線形光学結晶チップ２とを高効率な光結合が得られる相対的位置に固定することは難しい。【０００８】
そのため、光源装置１と非線形光学結晶チップ２との間に結合光学系３を配置し、組立工程後、この結合光学系３によって光路を調整し基本波光Ｐ１を光導波路２ａに結合させる。【０００９】
結合光学系３は、ＳＩＤＭ等のアクチュエータにより３軸〜１軸方向に移動可能にされた一又は複数のレンズ３ａ，３ｂを有する。アクチュエータを外部より制御してレンズの位置を調整することにより光導波路２ａに入射する基本波光Ｐ１の焦点位置を調整し、基本波光Ｐ１を光導波路２ａに良好に結合させる。【００１０】
しかしながら、特許文献１にも記載されるように、光源装置１と非線形光学結晶チップ２との位置決めを高精度に行うことは依然として重要な課題である。【００１１】
特許文献１には、非線形光学結晶による光導波路が構成された光導波路型波長変換デバイス（ＳＨＧ素子）を、コレットに吸着させ、紫外線硬化性の接着剤を介してサブマウント上に配置し、該コレットを移動させて位置決めを行い、接着剤に紫外線を照射して固定する方法が記載されている。特許文献１記載の発明にあっては、位置決め時にコレットの保持力を、接着剤から受ける摩擦力以上にすることで、コレットとデバイスの位置ずれを防止した。
【特許文献１】特開２００４−１２９９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、従来技術では、未だ位置決め、固定が難しく生産性が良好でない。装置が大型化するとサブマウントの反り等の機械的ひずみにより偏芯するおそれが高まる。【００１３】
したがって、さらに位置決め、固定を容易にして生産性を高め、装置構成を小型、簡素化することが望まれる。【００１４】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、第二次高調波光発生装置について、光源装置に対する光導波路の位置決め、固定を容易にし、生産設備構成を小型、簡素化し、加えて組立精度、信頼性、低コスト性、生産性を向上することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
以上の課題を解決するための請求の範囲第１項に記載の発明は、開口を有した筐体と、
前記筐体に固定された光源装置と、
前記光源装置から出射される光を伝播させて第二次高調波光に変換する光導波路が形成された非線形光学結晶チップを中心孔に収め、前記開口に対して遊嵌される外形を有したスリーブと、前記筐体内に配置され、前記光源装置から出射される光を前記光導波路に結合させる結合光学系とを備え、
前記スリーブが前記開口に挿入されて前記筐体に対して固定されてなることを特徴とする第二次高調波光発生装置である。【００１６】
請求の範囲第２項に記載の発明は、前記スリーブが接着又は溶着により前記筐体に対して固定されてなることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の第二次高調波光発生装置である。【００１７】
請求の範囲第３項に記載の発明は、前記結合光学系は、前記光導波路の軸方向に対して直交する２軸方向に像点を調整可能な可動レンズを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の第二次高調波光発生装置である。【００１８】
請求の範囲第４項に記載の発明は、前記光源装置がＣＤ光源用ＬＤパッケージなどで用いられるＴＯパッケージでパッケージ化され、該ＴＯパッケージの光出力端部が前記筐体内に配置され、前記ＴＯパッケージ上に前記結合光学系が搭載されてなることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の第二次高調波光発生装置である。【００１９】
請求の範囲第５項に記載の発明は、前記筐体が、前記開口と同心に配置される円筒体を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の第二次高調波光発生装置である。【００２０】
請求の範囲第６項に記載の発明は、前記結合光学系を前記筐体内に配置するとともに、前記光源装置を前記筐体に固定し、前記スリーブを前記開口に挿入した後、前記スリーブの前記筐体に対する位置を調整することにより前記光源装置に対する前記光導波路の位置決めを行った上で、前記スリーブを前記筐体に対して固定することを特徴とする請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか一項に記載の第二次高調波光発生装置を製造する製造方法である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、第二次高調波光発生装置において、光導波路が形成された非線形光学結晶チップを中心孔に収めたスリーブを、光源装置が固定された筐体の開口に挿入して位置決め固定する方法、構成を採用したことにより、従来の通信用ＬＤモジュール組立装置を利用できるようになり、スリーブを掴んで接着、溶接等で固定でき、生産設備構成が小型、簡素化され、加えて本装置の組立精度、信頼性、低コスト性、生産性が向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る第二次高調波光発生装置の縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る第二次高調波光発生装置の斜視図である。
【図３】(a)は従来の第二次高調波光発生装置の基本構成例を示す断面図、(b)は非線形光学結晶チップの断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るレンズを駆動する駆動装置の斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る積層型圧電アクチュエータの斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る駆動電圧パルスを示す波形図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  光源装置
２  非線形光学結晶チップ
１０  ＴＯパッケージ
１２  筐体
１２ｃ  開口
１３  結合光学系
１４  スリーブ
Ｐ１  基本波光
Ｐ２  第二次高調波光
ＢＳ  ベース
Ｃ  電極
ＤＨ１  レンズホルダ
ＤＨ２  レンズホルダ
ＤＨ１ａ  連結部
ＤＨ１ｂ  角溝
ＤＨ２ａ  連結部
ＤＨ２ｂ  角溝
ＤＲ  駆動装置
ＨＤ  支持体
ＨＧ  溝
Ｌ１  第１レンズ
Ｌ２  第２レンズ
ＰＥ  圧電セラミックス
ＰＺ  圧電アクチュエータ
Ｓ  開口絞り
ＸＤＳ  Ｘ軸駆動軸
ＸＰＺ  Ｘ軸圧電アクチュエータ
ＹＤＳ  Ｙ軸駆動軸
ＹＰＺ  Ｙ軸圧電アクチュエータ
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に本発明の一実施の形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。【００２５】
図１は本発明の一実施形態に係る第二次高調波光発生装置の縦断面図である。図２は本発明の一実施形態に係る第二次高調波光発生装置の斜視図である。図１及び図２に共通のＸ−Ｙ−Ｚ軸を記載した。光軸方向をＺ軸とする。【００２６】
ＴＯパッケージ１０は、端子１０ａ、ステム１０ｂ、キャップ１０ｃ等を有して構成され、キャップ１０ｃ内に光源装置１が封入されている。光源装置１としては半導体レーザが使用される。光源装置１の電極と端子１０ａとが電気的に接続されて構成されている。キャップ１０ｃ内に封止剤が充填されて光源装置１が封止されてパッケージングされている。キャップ１０ｃの中央には光源装置１からの光の出射口が設けられている。【００２７】
筐体１２は、円筒部１２ａと、円筒部１２ａの一端を覆う上端部１２ｂとを有する。但し、上端部１２ｂの中央には、スリーブ１４を挿入するための開口１２ｃが形成されている。開口１２ｃと円筒部１２ａとが同心に配置される。【００２８】
スリーブ１４の中心孔には、光源装置１から出射される光Ｐ１を伝播させて第二次高調波光Ｐ２に変換する光導波路が形成された非線形光学結晶チップ２が収められ、接着等により固定されている。【００２９】
開口１２ｃ及びスリーブ１４のＺ軸に垂直な断面の形状は円形である。開口１２ｃの内径より、スリーブ１４の外径がやや小さくされ、スリーブ１４は開口１２ｃに対して遊嵌可能である。すなわち、筐体１２とスリーブ１４の相対的位置を調整可能にするために開口１２ｃとスリーブ１４との間にあそびが設けられている。【００３０】
スリーブ１４の形状としては、図２に示すように円筒のほか、直方体の外形を成したものでもよい。スリーブ１４としては、その断面形状は問わず、中心部分に長手方向に貫通する孔を有した筒状体が適用される。非線形光学結晶チップ２は脆いため、スリープ１４はその保護部材となるだけの材質が必要である。スリーブ１４の材質にはステンレス鋼等の金属を使用し、スリーブ１４の中心孔を非線形光学結晶チップ２の外形に合せて高精度に加工することが好ましい。【００３１】
結合光学系１３は、レンズ１３ａと、レンズ１３ｂと、これらのレンズ１３ａ，１３ｂを微小に移動させるＳＩＤＭ（Ｓｍｏｏｔｈ  Ｉｍｐａｃｔ  Ｄｒｉｖｅ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；登録商標，図示せず）ユニットを備えて構成され、ＳＩＤＭユニットの端子１３ｃ，１３ｄが延出している。ＴＯパッケージ１０の光出力端部が筐体１２内に配置され、結合光学系１３がＴＯパッケージの光出力端に搭載される。すなわち、各ＳＩＤＭユニットの可動部にレンズ１３ａ，１３ｂが固定され、ＳＩＤＭユニットの固定部は、ＴＯパッケージ１０の光出力端に搭載、固定される。但し、ＳＩＤＭユニットや固定用の部材は、光路を遮らないように配置される。【００３２】
例えば、ＳＩＤＭユニットによるレンズ１３ａの可動方向は、Ｘ軸方向とされ、他のＳＩＤＭユニットによるレンズ１３ｂの可動方向はＹ軸方向とされる。【００３３】
レンズ１３ａ及びレンズ１３ｂに置き換わる単一のレンズを用い、その単一のレンズをＸ軸及びＹ軸方向のそれぞれに可動するようにしてもよい。【００３４】
任意にＺ軸方向にも可動するように構成してもよいし、レンズを３枚以上設けてもよい。【００３５】
すなわち、レンズを１枚又は２枚以上有し、少なくともＸ軸、Ｙ軸を可動方向とした可動レンズユニットを構成し、結合光学系１３が、光導波路の軸方向Ｚに対して直交する２軸方向Ｘ，Ｙに像点を調整可能な可動レンズを含むようにする。【００３６】
次に、組立について説明する。【００３７】
ＴＯパッケージ１０に結合光学系１３を付設し固定する。これに筐体１２を被せて、結合光学系１３を筐体１２内に配置し、筐体１２とＴＯパッケージ１０とを固定する。結果的に、光源装置１が筐体１２に固定される。【００３８】
次に、スリーブ１４を開口１２ｃに挿入する。【００３９】
その後、スリーブ１４の筐体１２から出ている部分を調芯器に保持させ、この調芯器により、スリーブ１４の筐体１２に対する位置を調整する。これは、光源装置１に対する非線形光学結晶チップ２の光導波路の位置決めを行うための調整である。調整方向は、Ｚ軸方向、Ｘ軸周りの角度及びＹ軸周りの角度である。【００４０】
スリーブ１４の位置調整が完了したら、スリーブ１４を筐体１２に対して固定する。固定は、スリーブ１４と筐体１２の接合部Ａを接着又は溶着することにより行う。【００４１】
以上により、本装置の組立が完成する。Ｘ軸方向及びＹ軸方向について調芯は、結合光学系１３により基本波光Ｐ１の像点の位置を調整することによって行う。スリーブ１４の調整及び結合光学系１３による調整によって、基本波光Ｐ１を高効率に非線形光学結晶チップ２の光導波路に結合させる。【００４２】
本装置を実装基板に実装する際には、端子１０ａに加え端子１３ｃ、１３ｄをも基板に接続し、結合光学系１３を制御できるようにすることが好ましい。実装後、経時変化や温度変化によって生じる調芯ズレを結合光学系１３を制御して補正する。【００４３】
次に、第１レンズ１３ａと、第２レンズ１３ｂと、これらのレンズ１３ａ，１３ｂを微小に移動させるアクチュエータであるＳＩＤＭ（Ｓｍｏｏｔｈ  Ｉｍｐａｃｔ  Ｄｒｉｖｅ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）ユニットの構成例につき説明する。図４は、レンズを駆動する駆動装置ＤＲの斜視図である。第２レンズＬ２と開口絞りＳとは、レンズホルダＤＨ２により保持されており、一体的に移動するようになっている。可動部材となるレンズホルダＤＨ２は、駆動力を受ける連結部ＤＨ２ａを有している。【００４４】
連結部ＤＨ２ａの端部には、四角柱状のＸ軸駆動軸ＸＤＳと対応する形状を有し且つそれに接する角溝ＤＨ２ｂが設けられ、また角溝ＤＨ２ｂとの間にＸ軸駆動軸ＸＤＳを挟むようにして板ばねＸＳＧが取り付けられている。連結部ＤＨ２ａと板ばねＸＳＧとの間で挟持された駆動部材であるＸ軸駆動軸ＸＤＳは、第２レンズＬ２の光軸に直交する方向（Ｘ軸方向）に延在しており、板ばねＸＳＧの付勢力で適度に押圧されている。Ｘ軸駆動軸ＸＤＳの一端は自由端であり、その他端は、電気機械変換素子であるＸ軸圧電アクチュエータＸＰＺに連結されている。Ｘ軸圧電アクチュエータＸＰＺは、ベースＢＳに立設された側壁ＳＷに取り付けられている。【００４５】
一方、第１レンズＬ１は、レンズホルダＤＨ１により保持されており、一体的に移動するようになっている。可動部材となるレンズホルダＤＨ１は、駆動力を受ける連結部ＤＨ１ａを有している。【００４６】
連結部ＤＨ１ａの端部には、四角柱状のＹ軸駆動軸ＹＤＳと対応する形状を有し且つそれに接する角溝ＤＨ１ｂが設けられ、また角溝ＤＨ１ｂとの間にＹ軸駆動軸ＹＤＳを挟むようにして板ばねＹＳＧが取り付けられている。連結部ＤＨ１ａと板ばねＹＳＧとの間で挟持された駆動部材であるＹ軸駆動軸ＹＤＳは、Ｘ軸方向及び第１レンズＬ１の光軸に直交する方向（Ｙ軸方向）に延在しており、板ばねＹＳＧの付勢力で適度に押圧されている。Ｙ軸駆動軸ＹＤＳの一端は自由端であり、その他端は、電気機械変換素子であるＹ軸圧電アクチュエータＹＰＺに連結されている。Ｙ軸圧電アクチュエータＹＰＺは、ベースＢＳの上面に取り付けられている。【００４７】
圧電アクチュエータＸＰＺ、ＹＰＺは、ＰＺＴ(ジルコン・チタン酸鉛)などで形成された圧電セラミックスを積層してなる。圧電セラミックスは、その結晶格子内の正電荷の重心と負電荷の重心とが一致しておらず、それ自体分極していて、その分極方向に電圧を印加すると伸びる性質を有している。しかし、圧電セラミックスのこの方向への歪みは微小であり、この歪み量により被駆動部材を駆動することは困難であるため、図５に示すように、複数の圧電セラミックスＰＥを積み重ねてその間に電極Ｃを並列接続した構造の積層型圧電アクチュエータが実用可能なものとして提供されている。本実施の形態では、この積層型圧電アクチュエータＰＺを駆動源として用いている。【００４８】
次に、このレンズＬ１、Ｌ２の駆動方法について説明する。一般に、積層型圧電アクチュエータは、電圧印加時の変位量は小さいが、発生力は大でその応答性も鋭い。したがって、圧電アクチュエータＸＰＺに、図６（ａ）に示すように立ち上がりが鋭く立ち下がりがゆっくりとした略鋸歯状波形のパルス電圧を印加すると、圧電アクチュエータＸＰＺは、パルスの立ち上がり時に急激に伸び、立ち下がり時にそれよりもゆっくりと縮む。したがって、圧電アクチュエータＸＰＺの伸長時には、その衝撃力でＸ軸駆動軸ＸＤＳが図４の手前側へ押し出されるが、レンズＬ２及び開口絞りＳを保持したレンズホルダＤＨ２の連結部ＤＨ２ａと板ばねＸＳＧは、その慣性により、Ｘ軸駆動軸ＸＤＳと一緒には移動せず、Ｘ軸駆動軸ＸＤＳとの間で滑りを生じてその位置に留まる（わずかに移動する場合もある）。一方、パルスの立ち下がり時には立ち上がり時に比較してＸ軸駆動軸ＸＤＳがゆっくりと戻るので、連結部ＤＨ２ａと板ばねＸＳＧがＸ軸駆動軸ＸＤＳに対して滑らずに、Ｘ軸駆動軸ＸＤＳと一体的に図４の奥側へ移動する。即ち、周波数が数百から数万ヘルツに設定されたパルスを印加することにより、レンズＬ２及び開口絞りＳを保持したレンズホルダＤＨ２を、Ｘ軸方向に所望の速度で連続的に移動させることができる。【００４９】
同様に、圧電アクチュエータＹＰＺに、図６（ａ）に示すように立ち上がりが鋭く立ち下がりがゆっくりとした略鋸歯状波形のパルス電圧を印加すると、圧電アクチュエータＹＰＺは、パルスの立ち上がり時に急激に伸び、立ち下がり時にそれよりもゆっくりと縮む。したがって、圧電アクチュエータＹＰＺの伸長時には、その衝撃力でＹ軸駆動軸ＹＤＳが図４の上側へ押し出されるが、レンズＬ１を保持したレンズホルダＤＨ１の連結部ＤＨ１ａと板ばねＹＳＧは、その慣性により、Ｙ軸駆動軸ＹＤＳと一緒には移動せず、Ｙ軸駆動軸ＹＤＳとの間で滑りを生じてその位置に留まる（わずかに移動する場合もある）。一方、パルスの立ち下がり時には立ち上がり時に比較してＹ軸駆動軸ＹＤＳがゆっくりと戻るので、連結部ＤＨ１ａと板ばねＹＳＧがＹ軸駆動軸ＹＤＳに対して滑らずに、Ｙ軸駆動軸ＹＤＳと一体的に図４の下側へ移動する。即ち、周波数が数百から数万ヘルツに設定されたパルスを印加することにより、レンズＬ１を保持したレンズホルダＤＨ１を、Ｙ軸方向に所望の速度で連続的に移動させることができる。【００５０】
即ち、所定のパルス入力を印加することにより、レンズＬ２及び開口絞りＳをＸ軸方向に、レンズＬ１をＹ軸方向に所望の速度で連続的に移動させることができるのである。尚、以上より明らかであるが、図６（ｂ）に示すように電圧の立ち上がりがゆっくりで、立ち下がりが鋭いパルスを印加すれば、レンズホルダＤＨ１，ＤＨ２を逆の方向へ移動させることができる。本実施の形態では、Ｘ軸駆動軸ＸＤＳ及びＹ軸駆動軸ＹＤＳを四角柱状（回り止め機構）としているので、レンズホルダＤＨ１，ＤＨ２の回り止め機能が発揮され、レンズＬ２，Ｌ１のチルトが抑制されるので、別個にガイド軸を設ける必要はない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2008126467.tif 000009
2008126467.tif 000010
2008126467.tif 000011
2008126467.tif 000012