(57)【要約】【課題】本発明は、レーザ光源から射出された光束を２次高調波に変換し射出するレーザ光源ユニットに関し、ＳＨＧ素子の変換効率を高めてレーザ光源ユニットの高出力化を目的とする。【解決手段】この目的を達成するために本発明は、レーザ光源１と集光光学素子４とＳＨＧ素子２とビーム成形素子を備えたレーザ光源ユニットにおいて、ＳＨＧ素子２はオフカット角を有する単結晶からなる強誘電体基板６に分極反転領域を設けた光導波路３を有し、レーザ光源１から射出される光束の偏波面１２の傾きと強誘電体基板６におけるＣ軸９の傾きを一致させるとともに、集光光学素子４としてアナモフィックレンズ４ｂを用いレーザ光源１から射出された光束のアスペクト比を調節し光導波路３内に集光させる構造とした。【選択図】図４
2011107551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、このレーザ光源から射出された光束を２次高調波に変換するＳＨＧ素子と、前記レーザ光源から射出された光束を前記ＳＨＧ素子に集光させる集光光学素子と、前記ＳＨＧ素子から射出された光束を所定のビーム形状に成形するビーム成形素子とを備え、前記ＳＨＧ素子はオフカット角を有する単結晶からなる強誘電体基板に分極反転領域を設けた光導波路を有し、前記レーザ光源から射出される光束の偏波面の傾きと前記強誘電体基板におけるＣ軸の傾きを一致させるとともに、前記集光光学素子としてアナモフィックレンズを用い前記レーザ光源から射出された光束のアスペクト比を調節し前記光導波路内に集光させたことを特徴とするレーザ光源ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源から射出された基本を２次高調波に変換し射出するレーザ光源ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＳＨＧ素子（光第２高調波発生素子）を用いたレーザ光源ユニットは、図１に示すように半導体レーザを用いたレーザ光源１と、このレーザ光源１から射出された光束をＳＨＧ素子２の光導波路３の端面に集光する集光光学素子４と、ＳＨＧ素子２により２次高調波に変換し射出された光束を所定のビーム形状に成形するビーム成形素子５により構成される。
【０００３】
また、ＳＨＧ素子２は、ＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3といった単結晶からなる強誘電体基板６に光導波路３を形成するとともに、この光導波路３に周期的な分極反転領域７を付与することで入射波と射出波の波数を擬似的に整合させる構造が採用されている。
【０００４】
なお、分極反転領域７の形成は図６に示すように、単結晶からなる強誘電体基板６の表裏面に電極８を形成しこの電極８間に高電圧を印加し分極反転領域７を形成するもので、この分極反転領域７を基板の厚み方向に延伸させるために強誘電体基板６のＣ軸９を傾けたオフカット基板を用いている。
【０００５】
そして、従来のレーザ光源ユニットを構成する集光光学素子４としては光軸１０に対して回転対称な対物レンズ４ａを用い、レーザ光源１から射出された光束を相似変形させＳＨＧ素子２の光導波路３に集光させていた。
【０００６】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２３６９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そして、このようなレーザ光源ユニットを構成する場合、図７に示すように、レーザ光源１、集光光学素子４、ＳＨＧ素子２およびビーム形成素子５はそれぞれの光軸を一致させるように実装面１１が一水平面を基準とした同一平面内あるいは平行平面である。
【０００９】
また、強誘電体基板６を構成するＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3は、非線形光学定数がＣ軸９において最大となる。
【００１０】
しかしながら、レーザ光源１から射出される光束は実装面１１と平行な偏波面１２を有し、この偏波面１２を有する光束は対物レンズ４ａにより相似変形されＳＨＧ素子２に入射されるため、この入射光束の偏波面１２の傾きが水平であるのに対して、光導波路３のＣ軸９の傾きがオフカット角の分だけ水平からズレてしまうこととなり、ＳＨＧ素子２における最大変換効率が劣化し、結果的にレーザ光源ユニットの出力レベルを低下させてしまうといった課題を有していた。
【００１１】
そこで、本発明はこのような課題を解決しレーザ光源ユニットの高出力化を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そして、この目的を達成するために本発明は、レーザ光源と集光光学素子とＳＨＧ素子とビーム成形素子を備えたレーザ光源ユニットにおいて、ＳＨＧ素子はオフカット角を有する単結晶からなる強誘電体基板に分極反転領域を設けた光導波路を有し、レーザ光源から射出される光束の偏波面の傾きと強誘電体基板におけるＣ軸の傾きを一致させるとともに、集光光学素子としてアナモフィックレンズを用いレーザ光源から射出された光束のアスペクト比を調節し光導波路内に集光させる構造としたのである。
【発明の効果】
【００１３】
この構造により本発明は、レーザ光源ユニットの高出力化が出来るのである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のレーザ光源ユニットを示す模式図
【図２】同レーザ光源ユニットを構成するＳＨＧ素子の正面図
【図３】同ＳＨＧ素子の製造方法を示す模式図
【図４】同レーザ光源ユニットのレーザ光源からＳＨＧ素子に至る光束の変化を示す模式図
【図５】比較例におけるレーザ光源ユニットのレーザ光源からＳＨＧ素子に至る光束の変化を示す模式図
【図６】ＳＨＧ素子における分極反転構造の製造方法を示す図
【図７】従来のレーザ光源ユニットのレーザ光源からＳＨＧ素子に至る光束の変化を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態について図を用いて説明する。図１はレーザ光源１から射出された光束を集光光学素子４でＳＨＧ素子２の光導波路３の端面に集光させ、ＳＨＧ素子２により２次高調波の光束に変換し射出された光束をビーム成形素子５で所望のビーム形状に成形するレーザ光源ユニットを示したもので、例えば汎用化されている赤外レーザ光源を使用しグレーンレーザ光を形成するユニットとして利用される。
【００１６】
また、ＳＨＧ素子２は図２に示すように、ＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3といった非線形光学定数が大きい単結晶からなる強誘電体基板６にグラッド１３とリッジ１４を設け、これらで囲まれた領域を光導波路３とし、この光導波路３の光軸方向に図１に示す周期的な分極反転領域７を付加し擬似位相整合を行う構造としている。
【００１７】
なお、ＳＨＧ素子２の作り方は、図３に示すようにウエハ状の強誘電体基板６の主面に分極反転領域７のピッチ幅に相当するパターンを有するアルミの電極８をフォトリソグラフィーによって形成するとともに、裏面のほぼ全面に電極８を形成する。次いで、表裏面のアルミ電極８の間にパルス電界を印加してＣ軸９の方向に分極反転領域７を形成し、その後、アルカリ性のエッチング液に浸漬して電極８を除去し、ドライエッチングによりグラッド１３となる凹部１３ａを形成する。
【００１８】
次いで、この凹部１３ａを形成した面を接合面として支持基板１５に直接接合した後に、強誘電体基板６を所定の厚みとなるよう鏡面研磨し、その後ドライエッチングにより一対のトレンチ１６を形成してその間にリッジ１４を形成することで、このリッジ１４とグラッド１３で囲まれた領域に周期的な分極反転領域７を有する光導波路３を形成する。
【００１９】
なお、強誘電体基板６は分極反転領域７を基板の厚み方向に形成するため、Ｃ軸９を５度程傾けたオフカット基板を用いている。
【００２０】
そして、この一実施の形態においては図４に示すようにレーザ光源１の実装面１１を傾斜させ、レーザ光源１から射出される光束１ａの偏波面１２とＳＨＧ素子２のＣ軸９の傾きを一致させるとともに、集光光学素子４としてアナモフィックレンズ４ｂを用いレーザ光源１から射出された光束のアスペクト比を調節し光導波路３内に集光させる構造としてレーザ光源ユニットの高出力化を行っている。
【００２１】
すなわち、図７で説明した集光光学素子４として対物レンズ４ａを用いた従来のレーザ光源ユニットであれば、実装面１１と平行な偏波面１２を有するレーザ光源１からの射出光束は、対物レンズ（集光光学素子４）により相似変形されるものの偏波面１２の傾きが変わらないままＳＨＧ素子２に入射されて強誘電体基板６のＣ軸９の傾きと一致せず変換効率が劣化していた。
【００２２】
また、図５に示す対物レンズ４ａを用いた別の構成として、レーザ光源１の実装面１１を傾斜させ偏波面１２の傾きをＣ軸９の傾きに一致させた組み合わせも考えられるが、この場合、光導波路３に対して入射する光束がはみ出して伝搬ロスが生じたり、対物レンズ（集光光学素子４）の開口数を変更しはみ出しを抑制するにしても相似変形であり最適化は困難である。
【００２３】
しかしながら、図４に示すようレーザ光源１の実装面１１を傾斜させ偏波面１２の傾きをＣ軸９の傾きに一致させた状態で、集光光学素子４にアナモフィックレンズ４ｂを用いることで、縦横の倍率を自在に設定できるため、光導波路３に入射する光束の形状を最適化することができ、伝搬ロスを最小化するとともに変換効率の劣化を抑制できる。つまり、このようなＳＨＧ素子２を用いることでレーザ光源ユニットの高出力化が出来るのである。
【００２４】
なお、集光光学素子４としてアナモフィックレンズ４ｂを用いる場合、レーザ光源１から射出される光束の偏波面１２の傾きとアナモフィックレンズ４ｂの母線１７の傾きを一致させなければならず、この母線１７の傾きを実装面１１に対して調節することが困難であるため、アナモフィックレンズ４ｂの外周部分に配置されるコバ部１８に実装面１１に接続する平坦面１８ａを一体成形しておくことで実装性を高められ、レーザ光源ユニットの生産性を向上出来る。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明はＳＨＧ素子を用いたレーザ光源ユニットの高出力化ができ、レーザヘッドディスプレイなどの高出力用途のレーザ光源ユニットにおいて有用となる。
【符号の説明】
【００２６】
１  レーザ光源
２  ＳＨＧ素子
３  光導波路
４  集光光学素子
４ｂ  アナモフィックレンズ
５  ビーム成形素子
６  強誘電体基板
７  分極反転領域
９  Ｃ軸
１２  偏波面
【図１】
2011107551.tif 000003
【図２】
2011107551.tif 000004
【図３】
2011107551.tif 000005
【図４】
2011107551.tif 000006
【図５】
2011107551.tif 000007
【図６】
2011107551.tif 000008
【図７】
2011107551.tif 000009