(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線状の電流注入領域と、曲がり導波路とを有し、レーザ光の出射方向が出射端面の法線に対して所定の角度をもつレーザ素子と、
入射された前記レーザ光を波長変換し、変換光として出射する光導波路が形成された光学素子と、を備えたレーザ光源であって、
前記レーザ素子の出射端面と前記光学素子の入射端面とが平行であり、前記レーザ素子の前記電流注入領域の形成方向と前記光学素子からの光の出射光の方向とを平行とするために、
前記レーザ素子の前記レーザ光の出射角度をθａ１、
当該光導波路の前記レーザ光の基本波に対する実効屈折率をｎｅＦとしたとき、
前記光学素子は、前記光導波路が、
θｗ１＝ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎθａ１／ｎｅＦ）
で示されるθｗ１の方向に形成され、
前記光導波路の結晶の異常光軸の方向が、前記θｗ１の方向と直交し、
前記光導波路の前記変換光に対する実効屈折率をｎｅＳＨ、前記光導波路が形成された方向と前記光学素子の出射面の法線とがなす角をθｗ２とし、前記光学素子の出射面の法線に対する出射光の屈折角度をθａ２としたとき、
θｗ２＝ａｒｃｔａｎ（ｓｉｎθｗ１／（ｎｅＳＨ−ｃｏｓθｗ１））、
および、
θｗ２＋θｗ１＝θａ２
のそれぞれを満たし、前記光学素子の入射面がθｗ１で傾斜する所定角度を有し、前記光学素子の出射面がθｗ２で傾斜する所定角度を有することを特徴とするレーザ光源。
【請求項２】
前記光学素子は、異方性媒質を用いて形成され、前記異方性媒質の異方性軸と直交する方向に前記光導波路を形成したことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源。
【請求項３】
前記レーザ素子のレーザ光の偏光が基板に沿った方向のＴＥモードであり、
前記光学素子は、前記基板面に対して水平方向に分極反転が形成されたｘ−Ｃｕｔあるいはｙ−Ｃｕｔまたは、１０度以内の傾斜角を持ったｘ−Ｃｕｔあるいはｙ−Ｃｕｔの波長変換素子であることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ光源。
【請求項４】
前記レーザ素子のレーザ光は、前記光学素子の前記光導波路に直接結合されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のレーザ光源。
【請求項５】
前記レーザ素子から前記レーザ光を前記出射角度θａ１で出射させるよう前記レーザ素子を保持する基台と、
前記基台上に設けられ、前記レーザ素子から出射されるレーザ光の出射角度に対応して、前記光導波路が前記θｗ１を有するよう、前記光学素子を保持する保持部材とを備え、
前記保持部材は、基台の面に平行な面の方向と、当該平行な面の方向と直交する方向とが独立して移動自在に固定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のレーザ光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出射端面から所定の角度でレーザ光が出射するレーザ素子と、このレーザ素子に直接結合する光導波路とを有するレーザ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザダイオード（ＬＤ）から出射された光について、出射端面での戻り光を低減させる構成として、励起領域の外部（非励起領域）の導波路を曲げた曲がり導波路を有するレーザ素子がある（下記特許文献１参照。）。
【０００３】
また、このレーザ素子に光結合され、レーザ光を受ける他の光素子としては、光ファイバ、光導波路等がある。例えば、レーザ素子とＳＨＧ素子を組み合わせたＳＨＧレーザがある。レーザ素子と、光導波路との接続の構造としては、例えば特許文献２に記載の技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−１４６７７８号公報
【特許文献２】特開平７−２０９５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来のレーザ素子と他の光素子との直接光結合は、結合損失が大きい、あるいは、互いの光軸調整（調芯）に手間がかかるという問題を有していた。一般的には、レーザ素子と、光導波路との間には、レンズが配置されてレンズ結合するが、この構成では、レンズを設けたことによる光損失が生じる場合があり、また、レンズが必要であるため部品点数が増加し、コスト高となる。また、レンズを含めた３つの部品間での光軸調整が必要になり、全体の大きさも大型化する。
【０００６】
特許文献２に記載の構成によれば、レンズは不要であるが、レーザ素子と光導波路は、互いに接する端面を平行に設けることができず、光軸調整に手間がかかる。光軸調整は、隣接する互いの素子を光軸方向に沿ったｚ軸方向で位置決めし、また、ｚ軸方向に直交するｘ−ｙ軸方向の位置決めを行うことが望ましい。
【０００７】
しかし、特許文献２に記載の技術では、互いの光学素子が斜めに接するものであるため、いずれか一つの軸を独立した調整が行えず、一つの軸（例えばｚ軸）の調整時に他の軸（ｘ−ｙ軸）が移動する影響が出るため、複数の軸を同時に調整する必要が生じ、光軸調整が困難である、という問題がある。
【０００８】
ここで、互いの光学素子をレンズを介さずに直接結合するためには、互いの光学素子を近接配置させる必要がある。互いの光学素子が斜めに接する構造では、光軸調整時に、互いの光学素子の端面同士が接触する状態となって光軸合わせができなくなる、あるいは逆に、互いの光学素子の端面同士が離れる状態となって直接結合ができなくなる場合もある。
【０００９】
本発明は、上述の従来技術による問題点を解消するため、レーザ素子と、他の光学素子の端面同士を互いに接近して配置でき、低光損失で簡単に直接結合できるレーザ光源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかるレーザ光源は、直線状の電流注入領域と、曲がり導波路とを有し、レーザ光の出射方向が出射端面の法線に対して所定の角度をもつレーザ素子と、入射された前記レーザ光を波長変換し、変換光として出射する光導波路が形成された光学素子と、を備えたレーザ光源であって、前記レーザ素子の出射端面と前記光学素子の入射端面とが平行であり、前記レーザ素子の前記電流注入領域の形成方向と前記光学素子からの光の出射光の方向とを平行とするために、前記レーザ素子の前記レーザ光の出射角度をθａ１、当該光導波路の前記レーザ光の基本波に対する実効屈折率をｎｅＦとしたとき、前記光学素子は、前記光導波路が、
θｗ１＝ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎθａ１／ｎｅＦ）
で示されるθｗ１の方向に形成され、前記光導波路の結晶の異常光軸の方向が、前記θｗ１の方向と直交し、前記光導波路の前記変換光に対する実効屈折率をｎｅＳＨ、前記光導波路が形成された方向と前記光学素子の出射面の法線とがなす角をθｗ２とし、前記光学素子の出射面の法線に対する出射光の屈折角度をθａ２としたとき、
θｗ２＝ａｒｃｔａｎ（ｓｉｎθｗ１／（ｎｅＳＨ−ｃｏｓθｗ１））、
および、
θｗ２＋θｗ１＝θａ２
のそれぞれを満たし、前記光学素子の入射面がθｗ１で傾斜する所定角度を有し、前記光学素子の出射面がθｗ２で傾斜する所定角度を有することを特徴とする。
【００１１】
上記の構成により、レーザ素子から低損失なレーザ光を出射でき、後段の光学素子においても低損失なまま光を入射および導波させることができる。また、レーザ素子から低損失なレーザ光を出射でき、後段の光学素子においても低損失なまま光を入射および導波させることができる。また、レーザ素子の出射端面と光学素子の入射端面とが平行であるので、光軸調整を容易に行える。また、レーザ素子のレーザ素子の前記電流注入領域の形成方向と前記光学素子からの光の出射光の方向とを平行にすることができる。
【００１２】
また、前記光学素子は、異方性媒質を用いて形成され、前記異方性媒質の異方性軸と直交する方向に前記光導波路を形成したことを特徴とする。
【００１６】
また、前記レーザ素子のレーザ光の偏光が基板に沿った方向のＴＥモードであり、前記光学素子は、前記基板面に対して水平方向に分極反転が形成されたｘ−Ｃｕｔあるいはｙ−Ｃｕｔまたは、１０度以内の傾斜角を持ったｘ−Ｃｕｔあるいはｙ−Ｃｕｔの波長変換素子であることを特徴とする。
【００１８】
また、前記レーザ素子のレーザ光は、前記光学素子の前記光導波路に直接結合されていることを特徴とする。
【００１９】
また、前記レーザ素子から前記レーザ光を前記出射角度θａ１で出射させるよう前記レーザ素子を保持する基台と、前記基台上に設けられ、前記レーザ素子から出射されるレーザ光の出射角度に対応して、前記光導波路が前記θｗ１を有するよう、前記光学素子を保持する保持部材とを備え、前記保持部材は、基台の面に平行な面の方向と、当該平行な面の方向と直交する方向とが独立して移動自在に固定されることを特徴とする。
【００２０】
上記の構成により、基台の面に平行な面の方向と、および当該平行な面の方向と直交する方向とを独立して光軸調整でき、レーザ素子から傾斜するレーザ光が出射する構成であっても、光軸調整を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明にかかるレーザ光源によれば、レーザ素子の出射端面と光学素子の入射端面とが平行にできるため、レーザ素子と光学素子とを接近させた直接結合が可能となり、低損失なレーザ光源を提供できる。また、レーザ素子の出射端面と光学素子の入射端面とを基準として容易に光軸調整できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施の形態にかかるレーザ光源の構成を示す概要図である。
【図２】導波路における光の屈折の説明図である。
【図３】屈折率楕円体の各種パラメータを示す図である。
【図４−１】ＬＮ基板における波長に対する屈折率分布特性を示す特性図である。
【図４−２】セルマイヤー分散式の係数の例を示す図表である。
【図５】レーザ素子と光学素子の接続例１を示す概要図である。
【図６】光学素子の端面の切り出し角度の２つの例を説明する図である。
【図７】光学素子とファイバ端面を斜めにカットした斜めカット光ファイバとの接続例を示す概要図である。
【図８】レーザ素子と光学素子の接続例２を示す概要図である。
【図９】レーザ素子と光学素子の接続例３を示す概要図である。
【図１０】レーザ素子と光学素子の接続例４を示す概要図である。
【図１１】レーザ光源のモジュール構造例を示す外観斜視図である。
【図１２】レーザ光源の分解斜視図である。
【図１３】ＳＨＧホルダを示す斜視図である。
【図１４】レーザ光源全体の正面断面図である。
【図１５】レーザ光源のＳＨＧ素子部分の側断面図である。
【図１６】他の実施の形態にかかるレーザ光源の構成を示す概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかるレーザ光源の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２４】
（実施の形態）
（レーザ光源の構成）
以下の説明では、各デバイスの位置関係を大文字のＸ−Ｙ−Ｚ軸で示し、各デバイスの結晶軸を小文字のｘ−ｙ−ｚ軸で示す。
【００２５】
図１は、実施の形態にかかるレーザ光源の構成を示す概要図である。図中横方向はＺ、縦はＸ、手前方向はＹとする。このレーザ光源１００は、レーザ素子１０１と、レーザ素子を受光し導波する光学素子１１０からなる。
【００２６】
レーザ素子１０１の電流注入領域１０２の活性層は、レーザ素子１０１の一端面１０１ａに対して垂直な方向に直線状に形成される。また、電流注入領域１０２で発光した光は、非励起領域１０３に形成され、Ｚ軸方向にθＬ傾斜する曲がり形状の光導波路（曲がり導波路）１０４を介してレーザ素子１０１の出射端面１０１ｂと垂直な法線（Ｚ軸方向）に対し所定角度θａ１を有して出射される。
【００２７】
ここでは、簡単のため、電流注入領域１０２を直線領域、曲がり導波路を有する非励起領域１０３として説明をおこなうが、曲がり導波路部まで電流注入領域を延長する、または、電流注入領域を２つの領域に分割し、片側を光変調領域（位相または強度）若しくは増幅器とした構成にしても良い。
【００２８】
光学素子１１０は、光導波路１１１を有する構成であり、例えば、波長変換素子等からなる。この光学素子１１０は、基板に対して水平方向に分極反転が形成されたｘ−Ｃｕｔあるいはｙ−Ｃｕｔの周期分極ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）基板からなる。図１中、矢印（⇔）で示す方向が光路上の偏光方向を示し、この構成では、いずれも基板の平面に沿った方向が偏光方向（ＴＥモード）となる。なお、使用する波長変換素子の基板は基板面に対して１０度以内の傾斜角を持つｘ−Ｃｕｔまたはｙ−Ｃｕｔ基板としても良い。
【００２９】
この光学素子１１０の入射端面１１０ａは、レーザ素子１０１の出射端面１０１ｂと所定距離Ｌ離れて互いに平行（ｘ軸方向に平行）に配置される。この光学素子１１０には、入射端面１１０ａの垂直な法線（ｚ軸方向）に対し所定角度θｗ１を有する傾斜した直線状の光導波路１１１が設けられる。光学素子１１０の出射端面１１０ｂは、Ｘ軸方向に対し所定角度θａ２傾斜して形成され、出射光はＺ軸方向に沿って出射する。
【００３０】
上記構成のレーザ光源１００は、レーザ素子１０１の出射端面１０１ｂと、光学素子１１０の入射端面１１０ａとが互いに平行に設けられ、これにより、レーザ素子１０１の出射端面１０１ｂと、光学素子１１０の入射端面１１０ａとを近接させることができ、これらレーザ素子１０１と光学素子１１０との直接結合が可能となる。
【００３１】
波長変換素子としては、ＱＰＭ（Ｑｕａｓｉ  Ｐｈａｓｅ  Ｍａｔｃｈｉｎｇ）素子、ＱＰＭ素子の中で第２高調波（ＳＨ波）を主に利用するＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）素子等があり、光学素子１１０がＳＨＧである場合、ＳＨＧレーザ光源を構成できる（詳細は後述する）。そして、レーザ素子１０１と光学素子１１０との間を近接させて直接結合できるようになるため、低コスト化と、空間結合をおこなうためのレンズなどの付加的な素子が不要となるため、Ｚ軸方向の大きさの小型化が達成できるようになる。また、レーザ素子１０１の出射端面１０１ｂと、光学素子１１０の入射端面１１０ａとが互いに平行に設けられるため、Ｚ軸方向の光軸調整と、Ｘ−Ｙ軸方向の光軸調整を分離して行えるため、光軸調整を容易に行えるようになる。
【００３２】
（導波路における光の屈折の検討）
図２は、導波路における光の屈折の説明図である。異方性媒質を用いたＮＬＣ（非線形光学結晶）界面の概要を示し、ここでは簡単のため、導波路構造を考慮しない平面波近似による解析を説明する。光の入射側は空気（ｎａｉｒ＝１）とする。低屈折率媒質から高屈折率媒質（この場合ＮＬＣ）へ光を入射させた場合、一般に一部が界面で反射し残りの成分が屈折して伝搬する。ここでは、表面に理想的な無反射コート（ＡＲコート）があることを仮定するため反射波については考慮しない。
【００３３】
また、異方性媒質中では、入射光の波面法線ベクトルｋ１と出射波面法線ベクトルｋ２とが、伝搬する媒質の屈折率楕円体と入射光の持つ偏光成分の方向との関係で決まる境界条件を満たす必要がある。説明を簡単にするため、ここでは、異方性媒質を負の一軸性結晶（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｕｎｉａｘｉａｌ  ｃｒｙｓｔａｌ，  ｎｏ＞ｎｅ）と仮定する。
【００３４】
λ１：λ２＝ｃ／ｎ１：ｃ／ｎ２    …（１）
【００３５】
式（１）のλ１とλ２は、それぞれ入射側・出射側の波長、ｃは光速度、ｎ１およびｎ２は、それぞれ、入射時・出射時の屈折率である。また、境界条件（電場ベクトルの接線方向成分の一致）から入射角θ１および出射角θ２と波長λ１およびλ２との間で、波面を考慮して、図２から下記式（２）の関係が成立する必要がある。
【００３６】
ｌｓｉｎθ１＝λ１
ｌｓｉｎθ２＝λ２    …（２）
【００３７】
ここで、ｌは、波長の境界面への射影成分の長さである。上記式（１）および（２）から、入射光と屈折光に対する関係式（３）が導かれる。
【００３８】
ｎ１ｓｉｎθ１＝ｎ２ｓｉｎθ２    …（３）
【００３９】
上記式（３）の形は、スネル（Ｓｎｅｌｌ’ｓ  ｌａｗ）の式である。次に、実際の結晶方位を仮定して説明する。ＮＬＣ（ここでは、ＬＮを仮定）のｃ軸をＺ軸方向に平行とする。入射光がＮＬＣに入射して屈折後の波面法線ｋ２方向をｘ軸に平行となるようにすることを考える。このとき、
【００４０】
ｎ２＝ｎｅ    …（４）
【００４１】
式（３）において式（４）と置けばよい。図３は、屈折率楕円体の各種パラメータを示す図である。図３の角度の定義からわかるように式（３）を満たすようにＮＬＣの結晶界面を設定した場合、
【００４２】
θＮＬＣ＝θ２    …（５）
【００４３】
となるように結晶軸と界面法泉とのなす角θＮＬＣを決める。後述する導波路方向は、結晶軸と平行に設定することが望ましいがこのときθＮＬＣを求めるための異常光屈折率ｎｅは、導波路構造や使用温度範囲を考慮した実効屈折率とする。
【００４４】
（ＬＮ（ニオブ酸リチウム）基板を用いた屈折率分散特性について）
セルマイヤー（Ｓｅｌｌｍｅｉｅｒ）分散式による、ＭｇＯ  ５ｍｏｌ％ドープ  ＬＮ基板の屈折率分散特性を検討する。図４−１は、ＬＮ基板における波長に対する屈折率分散特性を示す特性図である。Ｓｅｌｌｍｅｉｅｒ分散式による、ＭｇＯ５ｍｏｌ％をドープしたＬＮの屈折率ｎｅ、ｎｏの分散特性を示す。例えば３−ｔｅｒｍ  Ｓｅｌｌｍｅｉｅｒの分散式は下記式（６）で示すことができる。また、図４−２は、セルマイヤー分散式の係数の例を示す図表である。
【００４５】
【数１】
0005548422.tif 000002
【００４６】
図４−１により、レーザ素子１０１が出射する光（基本波）を１０６４ｎｍとした場合、ＮＬＣの異常光屈折率は、ｎｅＦ＝２．１５６２２＠３０ｄｅｇＣ
また、ＳＨ波５３２ｎｍでは、ｎｅＳＨ＝２．２３４５１＠３０ｄｅｇＣである。
【００４７】
（レーザ素子と光学素子の接続：その１）
図５は、レーザ素子と光学素子の接続例１を示す概要図である。光学素子（ＬＤ）１０１の偏光は、ＴＥモードであり、光学素子（ＱＰＭ）１１０は、ｙ−ＣｕｔＰＰＬＮとする。また、曲がり導波路をもったＬＤ１０１の出射端面１０１ｂと、ＱＰＭ１１０の入射端面１１０ａは平行である。
【００４８】
図５に示す例では、ＬＤ１０１の出射端面１０１ｂとＱＰＭ１１０の入射端面１１０ａとに垂直なＬＤ端面法線１０４を、Ｚ軸に対して平行とする。また、図５中θａ２で定義される出射光の方向が、ＬＤ端面法線１０４に対して（すなわちＺ軸に対して）１０度以内であり、望ましくは、θａ２で定義される出射光の方向がＬＤ端面法線１０４に対して平行であることを特徴とする。
【００４９】
ＬＤ１０１は、Ｚ軸に対しθＬ曲がった曲がり導波路をもつ。このＬＤ１０１の出射端面１０１ｂからの光の出射角をθａ１とすると、ＱＰＭ１１０の入射端面１１０ａの法線に対する屈折角θｗ１は、入射する基本波に対する異常光の実効屈折率をｎｅＦと置くと、下記式（７）で表すことができる。
【００５０】
θｗ１＝ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎθａ１／ｎｅＦ）    …（７）
【００５１】
ＬＤ１０１の出射端面１０１ｂのＬＤ端面法線１０４と平行な光線がＱＰＭ１１０の出射端面１１０ｂから出射するように考えると、図５の各角度の定義から、下記式（８），（９）となる。
【００５２】
θｗ２＋θｗ１＝θａ２    …（８）
ｎｅＳＨ ｓｉｎθｗ２＝ｓｉｎθａ２    …（９）
【００５３】
ここで、ｎｅＳＨは、ＳＨ波に対する異常光の実効屈折率である。上記式（８）、（９）式と、式（７）の関係から、下記式（１０）が得られる。
【００５４】
θｗ２＝ａｒｃｔａｎ（ｓｉｎθｗ１／（ｎｅＳＨ−ｃｏｓθｗ１））  …（１０）
【００５５】
図６は、光学素子の端面の切り出し角度の２つの例を説明する図である。ＱＰＭ１１０の入射端面１１０ａ、および出射端面１１０ｂの具体的な切り出し角度について説明する。例えば、図５に示したθａ１を２０．９°とする。また、屈折率は図４−１から求めた値をここでは実効屈折率と考えると、上記式（７）、（１０）、（８）により、
θｗ１＝９．５２３１５［ｄｅｇ］
θｗ２＝７．５４９８７［ｄｅｇ］
θａ２＝１７．０７３  ［ｄｅｇ］
と求めることができる。
【００５６】
同様に、θａ１を１７．５°とすると、上記式（７）、（１０）、（８）により、
θｗ１＝８．０１６５８［ｄｅｇ］
θｗ２＝６．３９５０５［ｄｅｇ］
θａ２＝１４．４１６  ［ｄｅｇ］
と求めることができる。
【００５７】
（光学素子と光ファイバとの接続）
図７は、光学素子とファイバ端面を斜めにカットした斜めカット光ファイバとの接続例を示す概要図である。ＱＰＭ１１０の出射端面１１０ｂから出射光を、入射端面７０１ａが斜めカットされた光ファイバ７０１に入射させる構成であり、これらＱＰＭ１１０の出射端面１１０ｂと光ファイバ７０１の入射端面７０１ａを平行に配置した場合の各部の数値例を示した。ＬＤ１０１，ＱＰＭ１１０、光ファイバ７０１は、いずれも空気（ｎ＝１）を介して光が入出射され、光ファイバの屈折率ｎは、１．４とした。
【００５８】
ＬＤ１０１の曲がり導波路の曲がり角度θＬ、ＬＤ１０１の出射端面１０１ｂからの光の出射角θａ１、ＱＰＭ１１０の入射端面１１０ａの法線に対する屈折角θｗ１、ＱＰＭ１１０の出射端面１１０ｂからの出射角θａ２、光ファイバ７０１の入射端面７０１ａに対する入射角θｆとするとき、
θＬ＝６．００［ｄｅｇ］、θａ１＝２０．１８［ｄｅｇ］、θｗ１＝９．０２［ｄｅｇ］、θａ２＝２０．１８［ｄｅｇ］、θｆ＝１４．２６［ｄｅｇ］となる。
仮に、θＬ＝１０．００［ｄｅｇ］とすると、θａ１＝３４．９６［ｄｅｇ］、θｗ１＝１５．１０［ｄｅｇ］、θａ２＝３４．９６［ｄｅｇ］、θｆ＝２４．１６［ｄｅｇ］となる。この構成では、θａ１とθａ２が同一の値になる。
【００５９】
（レーザ素子と光学素子の接続：その２）
図８は、レーザ素子と光学素子の接続例２を示す概要図である。この構成例では、光学素子１１０をＳＨＧ素子としたＳＨＧレーザの例である。そして、ＱＰＭ１１０の入射端面１１０ａをＬＤ１０１の出射端面１０１ｂに平行に形成している。また、ＱＰＭ１１０の出射端面１１０ｂと、出力側の光ファイバ８０１の端面８０１ａは、互いに所定のギャップを有して平行に配置してある。
【００６０】
ＱＰＭ１１０は、Ｓｉ基材８１０上にウェット法（異方性）でＶ溝８１１を形成し、このＶ溝８１１上にｙ−ＣｕｔＰＰＬＮ８１２を導波路側をＶ溝８１１側の下に向け位置決めして設ける。Ｖ溝８１１は、出力側の光ファイバ８０１部分にも設けられている。このＶ溝８１１は、光軸調整をするため、Ｚ軸に沿って形成されている。
【００６１】
上記構成のＳＨＧレーザは、曲がり導波路を使わないモジュールに近い形状にでき、また、Ｓｉ基材８１０上にウェット法でＶ溝８１１を形成しており、ＱＰＭ１１０をＺ軸に一直線に延ばして、このＱＰＭ１１０をフェースダウンで（導波路８１３を下面に向けて）用いる場合、Ｖ溝８１１は、光ファイバ８０１の位置決めのためと導波路８１３の導波路の逃げ部分を形成するための２つの目的を一つの連続した構造と工程で実現できるという利点がある。
【００６２】
（レーザ素子と光学素子の接続：その３）
図９は、レーザ素子と光学素子の接続例３を示す概要図である。光学素子１１０はＳＨＧ素子であり、ＱＰＭ１１０の入射端面１１０ａをＬＤ１０１の出射端面１０１ｂに平行に形成している。また、ＱＰＭ１１０の出射端面１１０ｂが入射端面１１０ａと平行になるように斜めカットしてある。
【００６３】
この場合、Ｖ溝８１１は、ＱＰＭ１１０の導波路の角度に対し、光ファイバ８０１の角度がＱＰＭ１１０の出射角θａ２分だけ異なるよう形成する。上記構成によれば、ＱＰＭ１１０の入射端面１１０ａおよび出射端面１１０ｂが平行であり、これら両端面を容易に形成できる。また、ＬＤ１０１から出射される光の角度θａ１と、ＱＰＭ１１０から出射される光の角度θａ２とが同一となり、ＱＰＭ１１０接続前後の光の出射方向が同一となるため調整工程が容易であるＳＨＧレーザが得られる。
【００６４】
（レーザ素子と光学素子の接続：その４）
図１０は、レーザ素子と光学素子の接続例４を示す概要図である。光学素子１１０はＳＨＧ素子であり、ＱＰＭ１１０の入射端面１１０ａをＬＤ１０１の出射端面１０１ｂに平行に形成し、この方向を調芯のＹ軸（Ｘ−Ｙ面）としている。また、光ファイバ８０１をＺ軸に沿って設け、ＱＰＭ１１０の出射端面１１０ｂを斜めカットしてある。
【００６５】
この場合、ＱＰＭ１１０の入射端面１１０ａ、出射端面１１０ｂは台形状にカットされている。カットは、単個でおこなう場合、通常のダイシングと研磨法を用いることが出来るが、ウェハレベルで加工を行うためにはレーザやドライエッチングが用いられる。この構成によれば、光ファイバ８０１へ出射される光を調芯のＺ軸方向に平行としたＳＨＧレーザが得られる。
【００６６】
（実施例：レーザ光源のモジュール構造例）
次に、上記のＬＤおよび光学素子を備えたレーザ光源のモジュールの実施例を説明する。図１１は、レーザ光源のモジュール構造例を示す外観斜視図である。図１１に示すように、レーザ光源１１００は、ＴＯキャンパッケージ形状であり、基台１１０１にキャップ１１０２が装着されてなる。
【００６７】
キャップ１１０２は、ＳＵＳの薄板を絞り加工により円筒形に形成してなり、上面の開口部にはレーザ光が出射されるフィルタ１１０３が設けられ、下端部は基台１１０１に抵抗溶接される。これにより、ＬＤ１０１および光学素子１１０（後述するＳＨＧ素子１２０５）を気密封止して、ＴＯキャンパッケージ形状とされる。フィルタ１１０３は、基本波となる例えば赤色あるいは赤外レーザ光を遮断し、緑色等の波長変換されたＳＨ波レーザ光を透過させる特性をもっている。基台１１０１にはレーザ光源駆動用の複数本のリード端子１１０４が突出形成されている。
【００６８】
このレーザ光源１１００は、レーザ素子（ＬＤ）により発光されたレーザ光を、ＳＨＧ素子で波長変換して出射するＳＨＧレーザ光源である。基台１１０１の面をＸ軸、Ｙ軸とし、このＸ−Ｙ平面に対して直交する方向をＺ軸とする。
【００６９】
図１２は、レーザ光源の分解斜視図である。基台１１０１は、例えばＳＰＣまたはコバールからなり、表面がＡｕメッキされている。基台１１０１上には、ブロック１２０１がＺ軸方向に突出形成され、このブロック１２０１の側面に上述したレーザ素子（ＬＤ）１０１が固定されている。ブロック１２０１は、基台１１０１と一体で形成されるか、溶着等の手段により一体的に基台１１０１に固着されている。ＬＤ１０１は、リード端子１１０４とワイヤボンディング（図示せず）されて電気的に接続されている。
【００７０】
基台１１０１上には、下から順に円環状の支持台１２０２と、フランジ１２０３と、ＳＨＧ素子ホルダ１２０４が載置され、互いに固定される。ＳＨＧ素子ホルダ１２０４は、ＳＨＧ素子（上記光学素子１１０）１２０５を保持する。フランジ１２０３は、ガイド孔１２１３が形成された円筒形の胴部１２１４と、胴部１２１４の下部にやや大径な円筒形のフランジ部１２１５とからなる。このフランジ１２０３は、材質が例えばＳＵＳ３０４からなる。
【００７１】
支持台１２０２は、円筒にフランジを形成した形状で、フランジ１２０３の下面に摺接する部分に円環状の平面部１２２２が形成され、平面部１２２２の内側には円筒リング状に突設された隔壁１２２３が形成されている。フランジ１２０３は、フランジ部１２１５の下面が支持台１２０２の平面部１２２２と面接触して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に安定した移動が可能に形成される。フランジ１２０３の円筒中心軸は、基台１１０１の上面に垂直な方向（Ｚ軸方向）に形成される。
【００７２】
支持台１２０２の下面は、基台１１０１の平面部１１１１にロー付けまたは接着されて、基台１１０１と一体に固着される。支持台１２０２の平面部１２２２は、基台１１０１の平面部１１１１と平行な平面である。平面部１２２２のＺ軸方向の高さ位置は、ＬＤ１０１の発光点より少し低い位置に設定されている。
【００７３】
支持台１２０２に設けられた隔壁１２２３は、例えば、ＬＤ１０１の発光点と平面部１２２２のほぼ中間の高さに形成されている。この隔壁１２２３は、後述するように、調整方法の最終の工程で実施されるフランジ１２０３と支持台１２０２のレーザスポット溶接において飛び出すスパッタされた材料またはコンタミや酸化物などの異物が、この隔壁１２２３に遮られて、ＬＤ１０１の発光点に付着することを防ぐ。
【００７４】
図１３は、ＳＨＧホルダを示す斜視図である。図１３に示すように、ＳＨＧ素子ホルダ１２０４は、円柱形をなす。そして、下端面１２０４ｂの円柱中心位置から上端面１２０４ａにかけて上述した傾斜角度θｗ１を有する溝１３０１が形成されている。ＳＨＧ素子ホルダ１２０４は、材質が例えばＳＵＳ３０４からなる。
【００７５】
ＳＨＧ素子ホルダ１２０４の溝１３０１には、上述したＳＨＧ素子１２０５がエポキシ系接着剤等により固着保持される。このＳＨＧ素子１２０５は、図５でみて、入射端面１１０ａがＳＨＧ素子ホルダ１２０４の下端面１２０４ｂに位置し、出射端面１１０ｂがＳＨＧ素子ホルダ１２０４の上端面１２０４ａに位置する。
【００７６】
これにより、ＬＤ１０１の出射端面１０１ｂと、ＳＨＧ素子１２０５の入射端面１１０ａは、図５に示したように、互いに平行状態が保持され、ＬＤ１０１と、ＳＨＧ素子１２０５とは直接結合（Ｂｕｔｔ結合）が可能である。また、これらＬＤ１０１と、ＳＨＧ素子１２０５は、Ｘ−Ｙ軸方向と、Ｚ軸方向に独立して移動（光軸調整）可能となっている（光軸調整については後述する）。
【００７７】
ＳＨＧ素子ホルダ１２０４は、フランジ１２０３のガイド孔１２１３に対し、Ｚ軸方向に摺動可能に嵌合し、その円柱中心軸は、フランジ１２０３の円筒中心軸に一致している。これにより、ＳＨＧ素子１２０５は、ＳＨＧ素子ホルダ１２０４と一体化してＺ軸方向に移動可能に構成されている。
【００７８】
上述した構成を備えるレーザ光源１１００において、基台１１０１に実装されたＬＤ１０１から出射した赤色または赤外のレーザ光は、ＳＨＧ素子１２０５の光導波路１２０６（１１１）を透過し、波長変換され、緑色等のＳＨ波レーザ光となりフィルタ１１０３を透過して出射される。
【００７９】
（光軸調整方法について）
次に、上述したレーザ光源１１００の光軸調整方法について説明する。図１４は、レーザ光源全体の正面断面図、図１５は、レーザ光源のＳＨＧ素子部分の側断面図である。図１４は、図１２のＡ−Ａ線断面、すなわち、ＳＨＧ素子１２０５の面に沿った断面を示している。
【００８０】
図１４において、ＬＤ１０１から出射される光はＺ軸方向に対して角度θａ１で傾斜して出射され、ＳＨＧ素子ホルダ１２０４の溝１３０１は、θｗ１傾斜している。また、ＳＨＧ素子１２０５の入射端面１１０ａは、Ｘ−Ｙ平面に対して角度θｗ１を有してカットされ、また、出射端面１１０ｂは、角度θｗ２を有してカットされている。そして、レーザ光源１１００からは、Ｚ軸方向に対して角度θａ２傾斜した光が出射される（各角度は図５等を参照）。
【００８１】
調整装置（図示せず）は、フランジ１２０３をＸ軸、Ｙ軸方向に移動させ、ＳＨＧ素子ホルダ１２０４をＺ軸方向に移動させる。この際、図示しないカメラの基本波およびＳＨ波の検出画像を用いて調整する。基本波およびＳＨ波はカメラ前部に設けた光学フィルタを切り替えることにより独立に観察可能な構成とする。Ｚ軸方向の位置合わせは、ＬＤ１０１とＳＨＧ素子１２０５の入射端面１１０ａとの間隙の調整であり、フランジ１２０３に支持されたＳＨＧ素子ホルダ１２０４をＺ軸方向に移動して行う。そして、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の位置合わせは、フランジ１２０３のフランジ部１２１５の下面を基台１１０１の平面部１１１１で面接触させながらフランジ１２０３を前後左右に移動して行う。
【００８２】
そして、レーザ光源１１００から出射されるレーザ光（基本波および変換されたＳＨ波）の光強度が最大値になったＳＨＧ素子ホルダ１２０４の位置で、フランジ１２０３の胴部１２１４にレーザスポット溶接機（ＹＡＧ溶接機）のレーザスポットを同時に複数個所照射し、フランジの胴部１２１４とＳＨＧ素子ホルダ１２０４とを固着する。これにより、Ｚ軸方向の光軸調整は完了する。
【００８３】
次に、Ｘ軸、Ｙ軸方向の光軸調整を行う。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の光軸調整は、レーザ光（基本波およびＳＨ波）の光強度が最大値になるように、フランジ１２０３を基台１１０１の平面部１１１１上でＸ軸方向、Ｙ軸方向に沿って移動させる。そして、レーザ光（基本波およびＳＨ波）の光強度が最大値になるフランジ１２０３の位置で、フランジ１２０３のフランジ部１２１５にレーザスポット溶接機のレーザスポットを同時に複数個所照射し、フランジ１２０３のフランジ部１２１５の下面を基台１１０１に固着する。
【００８４】
上述したように、ＬＤ１０１の出射端面１０１ｂと、ＳＨＧ素子１２０５の入射端面１１０ａはいずれもＸ−Ｙ面に対して平行である。そして、フランジ１２０３と、ＳＨＧ素子ホルダ１２０４を用いることにより、Ｘ−Ｙ面およびＺ軸方向を独立に光軸調整できるようになる。これにより、ＬＤ１０１から出射される光がθａ１で傾斜し、かつ、ＳＨＧ素子の光導波路１２０６（光学素子１１０の光導波路１１１）がθｗ１で傾斜する構成であっても、光軸調整を既存の調整装置を用いて光軸調整でき、組み立て作業を容易かつ精度よく行うことができるようになる。
【００８５】
また、ＬＤ１０１と、ＳＨＧ素子１２０５（光学素子１１０）とはレンズを設けずとも直接結合することができる。これにより、Ｚ軸方向の長さについては、レンズ挿入分のスペースを削減して小型化でき、組み立てが容易であり、部品点数を削減して低コスト化できるようになる。
【００８６】
また、以上の説明では、光学素子１１０が、ｘ−Ｃｕｔあるいはｙ−ＣｕｔのＰＰＬＮを例に説明したが、ｚ−ＣｕｔのＰＰＬＮを用いる構成にもできる。図１６は、他の実施の形態にかかるレーザ光源の構成を示す概要図である。ｚ−ＣｕｔのＰＰＬＮを用いる場合の構成例を示してある。
【００８７】
ｚ−ＣｕｔのＰＰＬＮを用いる場合には、図１を用いて説明した構成のレーザ素子１０１の配置はそのままとし、このレーザ素子１０１から出射される光の偏光方向とニオブ酸リチウム結晶の異常光線軸であるｚ軸が同じとなるよう、光学素子１１０は、基板の平面をレーザ素子１０１と９０度直交させて配置する。図示の例では、光導波路１１１が下面を向いている。なお、光学素子１１０をθｗ１で傾斜させて配置したときに、光学素子１１０の入射端面１１０ａがレーザ素子１０１の出射端面１０１ｂと平行になるように、光学素子１１０の入射端面１１０ａは研磨される。
【００８８】
なお、以上の説明では、ｘ−Ｃｕｔ、ｙ−Ｃｕｔおよびｚ−ＣｕｔのＰＰＬＮを波長変換の光学素子１１０で用いた例を挙げたが各実施例においてＰＰＬＮの結晶軸が１０度以内の傾斜角で傾いた基板を用いても良い。また、以上の説明で、調芯のＺ軸に平行になるように光学素子１１０からの出射方向を合わせる例ではＺ軸に平行であることが望ましいが、実用上はＺ軸から１０度以内の傾きを持たせてＺ軸方向に出射するように構成しても良い。
【００８９】
以上説明したレーザ光源によれば、レーザ素子から出射される光がレーザ素子内部の曲がり導波路により、所定角度斜めに出射させることができ、光損失を低減させることができる。そして、このレーザ光源は、このレーザ素子の後段に設けられるＳＨＧ素子等の光学素子との光結合について、斜め出射された光であっても、直接結合させることができるため、光損失を低減させたレーザ光源を提供することができる。
【００９０】
また、レーザ光源の出射端面と、光学素子の入射端面とは互いに平行に配置されているため、調芯の光軸方向のＺ軸と、Ｚ軸に直交するＸ−Ｙ軸平面とでそれぞれ独立して光軸調整することができ、組み立ておよび光軸調整の精度を向上できるレーザ光源を提供できるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
以上のように、本発明にかかるレーザ光源は、曲がり導波路を有するレーザ素子と、このレーザ素子の後段に設けられる光学素子を介して光を出射するレーザ光源に有用であり、特に、光通信システムやレーザプロジェクタなどディスプレイシステムにおける光源に適している。光学素子としては、ＳＨＧ素子等の波長変換素子や、変調素子等が適用できる。
【符号の説明】
【００９２】
１００  レーザ光源
１０１  レーザ素子
１０１ｂ  出射端面
１０２  電流注入領域
１０３  非励起領域
１１０  光学素子
１１０ａ  入射端面
１１０ｂ  出射端面
１１１  光導波路
１１００  レーザ光源
１１０１  基台
１１１１  平面部
１２０１  ブロック
１２０２  支持台
１２０３  フランジ
１２０４  ＳＨＧ素子ホルダ
１２０４ａ  上端面
１２０４ｂ  下端面
１２０５  ＳＨＧ素子
１２０６  光導波路
１２１５  フランジ部
１２２２  平面部
１２２３  隔壁
１３０１  溝
【図１】
0005548422.tif 000003
【図２】
0005548422.tif 000004
【図３】
0005548422.tif 000005
【図４−１】
0005548422.tif 000006
【図４−２】
0005548422.tif 000007
【図５】
0005548422.tif 000008
【図６】
0005548422.tif 000009
【図７】
0005548422.tif 000010
【図８】
0005548422.tif 000011
【図９】
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【図１０】
0005548422.tif 000013
【図１１】
0005548422.tif 000014
【図１２】
0005548422.tif 000015
【図１３】
0005548422.tif 000016
【図１４】
0005548422.tif 000017
【図１５】
0005548422.tif 000018
【図１６】
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