相干光源及其制造方法

專利名稱：相干光源及其制造方法
技術領域：
本發明涉及具有半導體激光器和光波導器件，并將其固定在管殼內的相干光源及其制造方法。
背景技術：
作為小型短波長光源，利用半導體激光器和偽相位匹配(以下稱「QPM」)方式光波導型第二諧波發生(以下稱「SHG」)器件(光波導型QPM-SHG器件)的相干光源引起了人們的注意(參照山本等的optics Letters Vol.16，No.15，1156(1991))。
圖12是使用光波導型QPM-SHG器件的SHG藍色光源結構概略圖。
如圖12所示，在該SHG藍色光源中，作為半導體激光器使用了具有分布布拉格反射器(以下稱「DBR」)區的波長可變DBR半導體激光器54。波長可變DBR半導體激光器54是0.85μm帶的100mW級AlGaAs系列波長可變DBR半導體激光器，具有活性層區56和相位調整區57以及DBR區58。通過同時改變流向相位調整區57和DBR58的注入電流來連續地改變振蕩波長。
作為波長變換元件的光波導型QPM-SHG器件55由形成在0.5mm厚的X板MgO摻雜LiNbO3襯底59上的光波導60和周期性分極反轉區61構成。光波導60是通過在焦磷酸中進行質子交換而形成的。另外，周期性的分極反轉區61是通過在X板MgO摻雜LiNbO3襯底59上形成梳子型電極后施加電場而制成的。
在上述結構的SHG藍色光源中，安裝在Si底座62上的波長可變DBR半導體激光器54和光波導型QPM-SHG器件55，使光源對100mW的激光輸出有60mW的激光與光波導60結合。其次，通過控制流向波長可變DBR半導體激光器54的相位調整區57和DBR區58的注入電流將振蕩波長固定在光波導型QPM-SHG器件(波長變換器件)55的相位匹配波長的允許范圍內。利用該SHG藍色光源能夠獲得425nm波長、10mV左右的藍光，該藍光的橫振蕩模為TE00振蕩模時具有衍射界限的集光特性，噪聲特性中的相對噪聲強度也很小，在-140dB/Hz以下。
通常，在半導體激光器中，對于從光盤等外部反射回來的光會產生強噪聲增加的反回光噪聲。可是在SHG藍色光源中，由于藍色光通過波長變換被引到了外部，所以不產生該反回光噪聲。而作為基本波的半導體激光卻因反回光而噪聲增大，所以需要減小射向半導體激光器的反回光。即，要減小來自光波導型QPM-SHG器件的反回光。
為了減小來自光波導型QPM-SHG器件的反回光，有人提出了通過將器件的射出端面切成斜面的方法(特開2000-171653)。通過將射出端面斜切成6°，可將反回光量減小到幾百分之一左右，這樣就會實現穩定的輸出工作和噪聲的降低。
在這種斜切的光波導型QPM-SHG器件和半導體激光器構成的SHG藍色光源中，從射出端面獲得的光束會因斯涅爾定律而向斜方向彎曲。將該SHG藍色光源用于光盤裝置等時，需要進行控制，使射出的光束垂直于管殼的射出端面即射出窗。通常，在射出端面上裝有射出窗(透明玻璃等)，若射出的光不與射出窗垂直，則在對該光進行聚光時會產生像散差。即，需要高精度地控制射出角和發光位置。其次，若這樣高精度地控制射出角和發光位置，還可以提高光的傳播效率。

發明內容
本發明是鑒于上述問題而實施的，目的是提供一種能夠高精度地控制射出角和發光位置的相干光源及其制造方法。
為了達到上述目的，本發明相干光源第一結構的特征為，至少將半導體激光器和光波導器件裝在底座上，并將上述底座固定在管殼內，在上述管殼的底座固定面上形成固定上述底座時的基準標記。該相干光源的第一結構高精度地形成基準標記，以形成在管殼底座固定面上的基準標記為基準來固定底座，由此來實現高精度地調整射出角和發光位置的相干光源。
另外，在上述本發明的相干光源的第一結構中，最好是在固定上述底座時，使上述光波導器件的射出面與由上述基準標記檢測出的基準線或由連接兩個以上基準點的線決定的假想基準線大致平行。
另外，在上述本發明相干光源的第一結構中，最好是在上述光波導器件上的以光波導為中心在波導方向對稱的位置上，形成調整標記。這種理想結構可以通過求出兩個調整標記之間的中線來檢測出光波導的位置。另外，此時，最好是上述調整標記為平行地形成在上述光波導兩側的條形標記，上述光波導位置為上述兩個條形標記的中線。因為這種理想結構不論光波導器件射出端面的位置如何，調整標記總是在射出端面的兩側，所以能夠高精度地檢測出光波導位置。
本發明相干光源的第二結構的特征為，至少將半導體激光器和光波導器件裝在底座上，并將上述底座固定在管殼內，且上述光波導器件上的光波導與上述光波導器件的射出端面構成的角θ(＜90°)、上述光波導的有效折射率n、以及上述管殼的射出端面或射出窗的法線與上述基準線構成的角θ3大致滿足以下的(式10)～(式12)的關系。
(式10)θ1＝90°-θ(式11)θ2＝sin-1(n×sinθ1)(式12)θ3＝90°-θ2該相干光源的第二結構能夠將射出的光束控制得與管殼的射出端面垂直。
另外在上述本發明相干光源的第二結構中，最好是在上述光波導器件上的以光波導為中心在波導方向對稱的位置上形成調整標記。另外，此時最好是上述調整標記為平行地形成在上述光波導兩側的條型標記，上述光波導位置為上述兩個條形標記的中線。另外，此時最好是由上述調整標記檢測出的上述光波導和上述光波導器件射出端面構成的角θ在87°以下。另外，此時固定上述底座時，最好是使由上述調整標記檢測出的上述光波導與上述光波導器件射出端面的交點，大致位于經過由上述基準標記檢測出的基準點或由兩個以上的基準點決定的假想點的上述底座固定面的法線上。另外，此時最好是上述基準點形成在相對于上述管殼的光的射出方向左右不對稱的位置上。若在左右對稱的位置上形成基準點，管殼的一側會剩余空間，難以制造小型管殼。
另外，在上述本發明相干光源的第二結構中，上述光波導器件最好是利用產生第二諧波的波長變換器件。
另外，在上述本發明相干光源的第二結構中，最好上述光波導器件是利用產生第二諧波的波長變換器件，上述有效折射率n是對上述第二諧波光的有效折射率。這是因為，在從管殼射出的光中，所利用的光是諧波光，而諧波光需要垂直于管殼射出端面的緣故。
另外，在本發明相干光源的第一或第二結構中，上述管殼最好是由金屬、塑料、或陶瓷中的至少一種制成。
另外，在本發明相干光源的第一或第二結構中，上述基準標記最好是形成在上述管殼的底座固定面上的凹凸。
另外，在本發明相干光源的第一或第二結構中，上述基準標記最好是形成在上述管殼的底座固定面上的反射體或光吸收體。這是因為，用塑料或陶瓷作為管殼材料時，凹凸的反差小，難以檢測的緣故。另外，作為反射體，可以使用Au等蒸鍍膜。另外，在整個管殼上鍍金，只留出基準標記部分，也可以起到光吸收體的作用。這樣就可以高精度地檢測基準標記。
另外，在本發明相干光源的第一結構中，最好是在上述管殼的射出端面上形成用于透光的射出窗，且上述基準標記為經過上述射出窗中心的上述射出窗的法線。這種理想結構能夠對管殼高精度地調整發光點位置，而且以管殼外側的面作為基準面時，也能控制發光點位置，所以將其固定在使用相干光源的裝置上時十分方便。另外，此時最好是能從上述射出窗中檢測出上述基準標記。用手操作固定了光波導器件的底座時，有時會遮擋從上面檢測，但該理想結構可以從射出窗觀察，所以不需要手操作，固而十分方便。
本發明相干光源的第三結構的特征為，至少將半導體激光器和光波導器件裝在底座上，并將上述底座固定在管殼內，在上述管殼的射出端面上形成用于透光的射出窗，且形成在左右不對稱的位置上。若在左右對稱的位置上形成射出窗，則在管殼的一側會有剩余空間，難以制造小型管殼。
本發明相干光源的第四結構的特征為，至少將半導體激光器和光波導器件裝在底座上，并將上述底座固定在管殼內，上述光波導器件上的光波導和上述管殼的側面大致平行，同時在上述管殼的射出端面上形成用于透光的射出窗，且上述管殼側面與上述射出窗不垂直，上述光波導與上述光波導器件射出端面構成的角θ(＜90°)、上述光波導有效折射率n、以及上述管殼的上述射出窗法線與上述光波導器件的射出端面構成的角θ3大致滿足以下(式13)～(式～15)的關系。
(式13)θ1＝90°-θ(式14)θ2＝sin-1(n×sinθ1)(式15)θ3＝90°-θ2本相干光源的第四結構將底座固定在管殼內時，可以使半導體激光器與安裝了光波導器件的底座，即光波導與管殼側面平行，所以可以使管殼變窄，體積變小。
本發明相干光源的第五結構的特征為，至少將半導體激光器和光波導器件裝在底座上，并將上述底座固定在管殼內，在上述管殼的一部分形成固定上述底座時的基準面。本相干光源的第五結構通過將光波導器件的射出端面碰接在基準面上的簡單操作就可以高精度地控制出射角和發光位置。
另外，在上述本發明相干光源的第五結構中，上述光波導器件的射出端面最好是與上述基準面接觸。
另外，本發明相干光源的制造方法的特征為，至少將半導體激光器和光波導器件裝在底座上，并將上述底座固定在管殼內，以形成在上述管殼的底座固定面上的基準標記或由兩個以上的基準點決定的假想基準線或假想基準點為基準，固定上述底座。
另外，在上述本發明相干光源的制造方法中，最好是在固定上述底座時，使上述光波導器件的射出面與由上述基準標記檢測出的基準線大致平行。
另外，在上述本發明相干光源的制造方法中，最好是在以上述光波導器件上的以光波導為中心在波導方向對稱的位置上形成調整標記，由上述調整標記檢測出的上述光波導與上述光波導器件的射出端面構成的角度θ(＜90°)、上述光波導的有效折射率n、以及上述管殼的射出端面或射出窗與上述基準線構成的角θ3大致滿足以下(式16)～(式18)的關系。
(式16)θ1＝90°-θ(式17)
θ2＝sin-1(n×sinθ1)(式18)θ3＝90°-θ2另外，此時最好是利用位于上述底座固定面法線方向上的圖象處理裝置，測量上述光波導與上述光波導器件的射出端面構成的角θ后，利用上述(數16)、(數17)求出θ2，調整上述基準線與上述光波導器件的射出端面構成的角，使其成為所需的值。這種理想方法可以在加工光波導器件的射出端面時修正角度偏差。
另外，此時在固定上述底座時，最好是使由上述調整標記檢測出的上述光波導與上述光波導器件射出端面的交點大致位于經過由上述基準標記檢測出的基準點或由兩個以上基準點決定的假想基準點的上述底座固定面的法線上。


圖1是本發明第一實施方案的相干光源(沒有管殼)結構略圖；圖2是構成本發明第一實施方案相干光源的光波導器件的平面圖；圖3是本發明第一實施方案的管殼剖面圖；圖4是本發明第一實施方案的管殼的其它實例剖面圖(圖4A中有兩條假想基準線，圖4B中有一條假想基準線)；圖5是本發明第一實施方案的加工光波導射出端面時角度偏差修正方法的結構略圖；圖6是表示在本發明第一實施方案中將射出窗設在管殼的左右對稱位置上的狀態的結構略圖；圖7是表示在本發明第一實施方案中固定在管殼上的相干光源的結構略圖；圖8A是表示在本發明第一實施方案中固定在管殼上的相干光源的其它實例的剖面圖，圖8B是其管殼的剖面圖；圖9A是本發明第一實施方案管殼的另一實例的剖面圖，圖9B是檢測出的圖象模型圖；圖10是本發明第二實施方案相干光源的結構略圖；圖11是本發明第三實施方案相干光源管殼的結構略圖(圖11A是剖面圖，圖11B是端面圖)；
圖12是利用光波導型QPM-SHG器件的SHG藍色光源結構略圖。
優選實施方案下面利用實施方案進一步具體說明本發明。
第一實施方案圖1是本發明第一實施方案相干光源的結構略圖。
如圖1所示，在本發明實施方案中，作為基本波的半導體激光，由具有分布布拉格反射器(以下稱「DBR」)區8和相位調整區9以及活性區10的0.85μm帶100mW級AlGaAs系列波長可變DBR半導體激光器1來產生。該波長可變半導體激光器1可以通過同時改變流向相位調整區9和DBR區8的注入電流來連續地改變振蕩波長。另外，作為光波導器件使用了偽相位匹配(以下稱「QPM」)方式的光波導型第二諧波發生(以下稱「SGH」)器件(光波導型QPM-SHG器件)2。該光波導型QPM-SHG器件2由形成在0.5mm厚的X板MgO摻雜LiNbO3襯底3上的光波導4和與其正交的周期性的分極反轉區5構成。光波導型QPM-SHG器件2可以利用大的非線性光學常數，而且是光波導型，可以作為長的相互作用長度，所以能夠實現高變換效率。另外，如圖2所示，在光波導型QPM-SHG器件2上的以光波導4為中心在波導方向對稱的位置上形成了調整標記6。即，該調整標記6在光波導4的兩側與光波導4平行。
如上所述，本實施方案的相干光源是由波長可變DBR半導體激光器1和光波導型QPM-SHG器件2構成的SHG藍色光源。波長可變DBR半導體激光器1和光波導型QPM-SHG器件2固定在Si底座7的上表面上，前者的活性層面與后者的光波導的形成面對置。
下面說明光波導型QPM-SHG器件的制作方法。
如上所述，光波導型QPM-SHG器件2由形成在0.5mm厚的X板MgO摻雜LiNbO3襯底3上的光波導4和與其正交的周期性的分級反轉區5構成(參照圖1、圖2)。周期性的分級反轉區5是通過在X板MgO摻雜LiNbO3襯底上形成梳子形電極后施加電場而形成的。光波導4形成在與周期性的分極反轉區5正交的方向，此時，調整標記6也同時形成。即，在X板MgO摻雜LiNbO3襯底3上蒸鍍Ta膜，通過曝光工序和干刻工序同時形成用于形成光波導4的5μm寬的條形掩膜和調整標記6。然后，通過在焦磷酸(200℃，7分鐘)中進行質子交換、退火處理(330℃，200分鐘)形成光波導4。然后，用抗蝕層掩蓋調整標記，通過濕刻去除Ta膜。最后，通過形成SiO2保護膜來制作出形成了調整標記6的光波導型QPM-SHG器件2。
如圖2所示，本實施方案的光波導型QPM-SHG器件2的射出端面被切成了斜面。光波導4與光波導型QPM-SHG器件2的射出端面構成的角θ最好在87°以下，在本實施方案中設定θ＝84°。這樣，反回波長可變DBR半導體激光器1的光量會減小到千分之一左右。另外，為了實現與波長可變DBR半導體激光器1的高效率光耦合，使光波導型QPM-SHG器件2的射出端面垂直于光波導4。另外，在光波導型QPM-SHG器件2的射出端面上形成了對藍色光的無反射涂層。
在本實施方案中，作為調整標記6使用了條形標記。即，在兩個條形標記的中線上形成了光波導4。條形標記不論光波導型QPM-SHG器件2射出端面的位置如何，總是在射出端面的兩側，所以其形狀適合于高精度地檢測光波導4的位置。調整標記6是在形成光波導4時留下Ta掩膜而形成的，所以其精度取決于形成Ta掩膜時光掩膜的制作精度，因而能夠高精度地形成。因此，調整標記6與光波導4平行，通過測量調整標記6與光波導型QPM-SHG器件2的射出端面構成的角度能夠求出光波導4與光波導型QPM-SRG器件2的射出端面構成的角θ。在本實施方案中，θ＝84.2°。
通過測量出的光波導4與光波導型QPM-SHG器件2的射出端面構成的角θ求出在管殼的安裝角度，將安裝了波長可變DBR半導體激光器1和光波導型QPM-SHG器件2的Si底座7固定在管殼上。
圖3是用于本實施方案的管殼的剖面圖。
如圖3所示，在管殼11的Si底座固定面上形成了基準標記(基準線A)。基準線A與光波導4和光波導型QPM-SHG器件2的射出端面的設定角θ＝84°對應。在X板MgO摻雜LiNbO3襯底3上的質子交換光波導4中，對諧波光(藍色光)的有效折射率n為2.32。
在此，使用對諧波光(藍色光)的有效折射率是因為，從管殼11射出的光中被利用的光是諧波光，而射出的諧波光需要垂直于管殼11的射出端面即射出窗的緣故。因此，在圖2中，光波導4與光波導型QPM-SHG器件2的射出端面構成的角θ＝84°(＜90°)時，藍色光沿滿足以下(式19)、(式20)的θ2的方向從端面射出。
(式19)θ1＝90°-θ(式20)θ2＝sin-1(n×sinθ1)另外，基準線A與管殼11的射出端面的法線構成的角θ3由以下的(式21)決定。另外，在本實施方案中，管殼射出端面與用于透光的射出窗平行。
(式21)θ3＝90°-θ2將具體數字代入上述(式19)～(式21)中可求出基準線A與管殼11的射出端面的法線構成的角θ3為75.97°。
如圖3所示，在管殼11的射出端面上設置了用于透光的射出窗12。在管殼11的Si底座固定面上形成了基準標記(基準線A和基準線B)。在此，基準線B為射出窗12的法線。
利用位于管殼11的SHG藍色光源安裝面的法線方向的圖象處理裝置來調整光波導型QPM-SHG器件2，使其射出端面與管殼11的基準線A平行。另外，將SHG藍色光源的發光點D(參照圖2)調到指定位置上。如圖2所示，在本實施方案中，光波導4位于兩個條形標記(調整標記6)的中線上，因此，該中線與光波導型QPM-SHG器件2的射出端面的交點為發光點D。另外，基準線A與基準線B的交點為用于調整發光點D的基準點C，該基準點C設置在對管殼11的光射出方向左右不對稱的位置上。利用圖象處理裝置調整發光點D和基準點C，使兩者一致，然后用粘合劑將SHG藍色光源的Si底座7固定在管殼11上。即，固定Si底座7時，使由調整標記6檢測出的光波導4和光波導型QPM-SHG器件2的射出端面的交點(發光點D)位于經過基準線A和基準線B的交點(基準點C)的Si底座固定面的法線上。
另外，在本實施方案中，以基準線A與基準線B的交點作為用于調整發光點D的基準點C，但是也可以不形成基準線A與基準線B，而是在形成兩個以上的基準標記(基準點)時，把連接基準標記的假想線想象成基準線A和基準線B來求出用于調整發光點D的基準點C。此時，也可以形成實際的基準點C。
下面利用圖4說明實際形成兩個以上的基準標記時，求出假想基準線A’、B’的結構和方法。
在圖4所示的管殼11中，作為連接兩個以上基準點而決定的假想基準線，利用了從兩個基準標記(基準點E和基準點F)得出的假想基準線A’和從兩個基準標記(基準點G和基準點H)得出的假想基準線B’。另外，從假想基準線A’和假想基準線B’可得出假想基準點C’。然后，通過調整使假想基準線A’和光波導型QPM-SHG器件2(參照圖2)的射出端面平行，且使發光點D(參照圖2)與假想基準點C’一致，從而能夠高精度地調整從光波導型QPM-SHG器件2射出的諧波光對管殼11的發光點D和發光方向。
圖4A所示的基準標記為形成在管殼11側面的三角形突起。此時，可以以三角的頂點作為基準，所以能夠獲得高精度的假想基準線。另外，因為將SHG藍色光源的Si底座7(參照圖1)固定在管殼11后，也能檢測出假想基準線A’，所以，固定Si底座7后，檢查也容易進行。
在圖4B所示的管殼11中，作為連接兩個以上基準點而決定的假想基準線，利用了從兩個基準標記(基準點E和基準點F)得出的假想基準線A’。另外，從形成在管殼11的Si底座固定面上的基準點I能夠得出基準點C’。然后，通過調整使假想基準線A’和光波導型QPM-SHG器件2(參照圖2)的射出端面平行，且使發光點D(參照圖2)與假想基準點C’一致，從而能夠高精度地調整從光波導型QPM-SHG器件2射出的諧波光對管殼11的發光點D和發光方向。
作為管殼11的材料可以使用金屬、塑料、陶瓷等。
另外，基準線A、B等基準標記，例如可以通過將管殼11的Si底座固定面加工成凹凸狀來形成。另外，作為基準標記，也可以使用反射體和光吸收體。這是因為用塑料或陶瓷作為管殼11的材料時，凹凸的反差小，不易檢測的緣故。另外，反射體可以用Au等蒸鍍膜。例如，可以通過對整個管殼鍍金而只留出基準標記部分來起光吸收體的作用。然后，由此來高精度地檢測基準標記。
象本實施方案這樣，通過形成光波導4時留出Ta掩膜來形成調整標記6時，由于能夠對光波導4高精度地形成調整標記6，所以也能夠高精度地檢測出發光點D的位置。這樣，將SHG藍色光源的Si底座7固定在管殼11上時，不僅對射出角，還能對發光點D的位置進行高精度地調整。
另外，在本實施方案中，調整標記6使用了條形標記，但只要中心對光波導4對稱，即便是角形、圓形、十字形等標記也能獲得同樣效果。
象本實施方案這樣，可以通過使發光點D和基準點C(或假想基準點C’)一致來決定對SHG藍色光源管殼11的發光點位置。因為在用于光盤等裝置時，可以簡化瞄準透鏡等光學系統的位置調整，所以，其作用很大。
在本實施方案中使用的光波導型QPM-SHG器件2中，光波導4與光波導型QPM-SHG器件2的射出端面構成的角θ，對于84°的設定，實際為84.2°。因此射出角θ2為13.56°。所以，藍色光對管殼11的射出窗12(或射出端面)以0.47°角射出。光盤裝置等所需的射出方向的允許誤差為±1°左右，因此該值滿足。
可是，光波導4與光波導型QPM-SHG器件2的射出端面構成的角θ有時會因加工方法而產生偏差。下面說明此時的調整方法和安裝方法。
首先，利用位于管殼11的SHG藍色光源安裝面的法線方向的圖象處理裝置來測量光波導4與光波導型QPM-SHG器件2的射出端面構成的角θ。然后，用上述(式19)、(式20)求出射出角θ2。光波導4與光波導型QPM-SHG器件2的射出端面構成的角θ為85°時，射出角θ2為11.67°。因此，將基準線A與光波導型QPM-SHG器件2的射出端面構成的角θ4調整為2.36°，就可以修正加工光波導型QPM-SHG器件2的射出端面時的角度偏差。修正加工光波導型QPM-SHG器件2的射出端面時的角度偏差后，利用圖象處理裝置調整光波導4的發光點D和管殼11的基準點C，使兩者一致，然后利用粘合劑將SHG藍色光源的Si底座7固定在管殼11上。由此，將射出角θ2的偏差減小到了極限。
在本實施方案中，通過將光波導4與光波導型QPM-SHG器件2的射出端面構成的角度設定成84°，將返回光量減小到500分之一，對于射出端面的無反射(AR)涂層的反射率0.5％，將返回光量減小到了0.001％。因此，實現了穩定的波長可變特性和噪聲光的減小。
將在底座上安裝半導體激光器和光波導器件而構成的相干光源固定在管殼上時，使射出方向傾斜于底座的主要因素有以下幾項。
(1)半導體激光器的安裝角度(2)光波導器件入射端面的加工精度(3)光波導器件射出端面的傾斜角及其加工精度上述主要因素中的(1)和(2)可以象本實施方案那樣通過調整射出端面和管殼的基準線來解決，所以本發明的實用效果很大。另外，上述主要因素(3)也可以通過測量光波導與射出端面構成的角度，修正基準線來解決，所以本發明的實用效果很大。
以底座為基準將底座固定在管殼上時，因上述(1)～(3)的因素使發光點和射出角對于管殼出現偏差。象本實施方案那樣，通過在管殼上形成基準線和基準點，在光波導型QPM-SHG器件上形成高精度的調整標記，就可以調整對管殼的發光點和射出角。這樣，通過減小對管殼的發光點和射出角的偏差來減小用于光盤裝置等時的光利用效率的偏差，從而可以減小在考慮成品率時所需的光輸出，其實用效果很大。
通常，在半導體激光器中會有因從外部返回的光而使噪聲增大的現象。另外，在光盤裝置等中，需要噪聲小的相干光源。由半導體激光器和光波導器件(波長變換器件)構成的SHG光源，由于使用波長變換的諧波，所以從外部返回的光不會使半導體激光器的噪聲增大。可是，若有從波長變換器件返回的光，就會產生同樣的噪聲增大現象。如特開2000-171653所公開的那樣，可以通過將光波導型波長變換器件的射出端面切成斜面來減小從波長變換器件的射出端面返回的光。將波長變換器件的射出端面切成斜面的結構尤其對利用了第二諧波發生(SHG)的波長變換器件有效，由此可以實現低噪聲的短波光源。象本實施方案那樣，通過在形成了基準線和基準點的管殼上，安裝由半導體激光器和將射出端面切成斜面的光波導型波長變換器件構成的SHG光源，可以減小對管殼的發光點和射出角的偏差，其效果很大。
在本實施方案中，光波導器件的光波導和射出端面構成的角度為84°。由此，實現了波長變換特性穩定、噪聲小的諧波光的產生。以現有的技術，能將AR涂層的反射率控制在0.1％左右。光波導與射出端面構成的角度為86°時，返回光可減小到百分之一左右。因此，象本實施方案那樣，由于可以將返回光減小到0.001％左右，所以能夠實現波長特性穩定、噪聲小的諧波光的產生。
本實施方案的管殼特征為，射出窗不在對管殼的射出端面中心對稱(左右對稱)的位置上，基準線B也不在中心對稱(左右對稱)的位置上。如圖6所示，基準線B在中心對稱的位置上時，管殼11的一側(在圖6中為下部)會剩余空間，難以制作小型的管殼11。所以，作為用于由將射出端面切成斜面的光波導器件構成的SHG光源的管殼，象本實施方案那樣設置左右不對稱的射出窗12，在實際運用中更有效。
將相干光源用于光盤裝置等信息處理裝置上時，光的射出方向需要垂直于管殼的射出端面即垂直于射出窗。這是因為，若在發散光的光路中插入透明的板，聚光時會產生像散差的緣故。
在圖7所示的相干光源中，射出窗12垂直于管殼11的側面，可以獲得平行于管殼11的射出光。可是，通過將管殼11的射出端面或射出窗12設計成斜面(通過使管殼11的側面不垂直于管殼11的射出端面或射出窗12)可以進一步減小體積。圖8示出了該結構。利用圖2來說明藍色光的射出方向。
在圖2中，當光波導4與光波導型QPM-SHG器件2的射出端面構成的角θ＝84°(＜90°)時，藍色光從端面以滿足以下(式22)、(式23)的角θ2的方向射出。
(式22)θ1＝90°-θ(式23)θ2＝sin-1(n×sinθ1)另外，基準線A與管殼11的射出端面或射出窗12的法線構成的角θ3由以下(式24)決定。
(式24)θ3＝90°-θ2將具體數字代入上述(式22)～(式24)中可以求出基準線A和管殼11的射出端面的法線構成的角θ3為75.97°。
如圖8所示，在管殼11的射出端面上設置了用于透光的射出窗12，管殼11的射出端面(射出窗12)的傾斜角θ5由以下(式25)決定。
(式25)θ5＝90°-θ3-θ1因為在本實施方案中θ1＝6°，所以θ3＝75.97°，由上述(式25)可得出θ5＝8.03°。
利用圖8所示的結構，將Si底座7固定在管殼11內時，可以使安裝了波長可變DBR半導體激光器1和光波導型QPM-SHG器件2的Si底座7即光波導與管殼11的側面平行，所以可以使管殼變窄，實現小型化。
另外，在圖8所示的結構中，管殼11的射出端面與用于透光的射出窗12平行，但是將管殼11的剖面設計成長方形也能夠獲得同樣效果。此時，使基準線A與射出窗12的法線構成的角成為θ3即可。
在圖8所示的結構中，也可以通過調整使基準線A與光波導型QPM-SHG器件2的射出端面平行，再使基準點C與發光點D(參照圖2)一致，由此可以高精度地調整對管殼11的光的發光點D和發光角。所以，在安裝在光盤裝置等光信息處理裝置上時，可以減小光利用效率的偏差，從而在考慮成品率時可以減小光輸出，其實用效果大。
另外，在圖9所示的相干光源中，求出連接形成在管殼11內部的基準點的假想基準線A’和假想基準線B’，以此為基準來調整并固定安裝了波長可變DBR半導體激光器1和光波導型QPM-SHG器件2的Si底座7。此時，以某個基準點為基準在檢測圖象內得出基準線，并以此作為由連接兩個以上基準點的線決定的假想基準線，也能夠高精度地控制射出角和射出位置。
圖9A表示了在側面形成了基準點的管殼的大致結構。如圖9A所示，從基準點J和基準點K中可以得出假想基準點B’。圖9B表示檢測出的圖象。如圖9B所示，圖象上事先形成了基準線A、基準線B、和基準點L(基準線A與基準線B的交點為M)。
因為基準線A和基準線B事先以某個角度θ3形成在檢測圖象上，所以，只要調整管殼11使假想基準線B’和基準線B、基準點J和基準點M一致，就可以決定假想基準線A’。只要調整Si底座使光波導型QPM-SHG器件的射出端面與基準線A一致，使發光點D(參照圖2)與基準點C一致，就可以控制對管殼11的射出窗12的發光點D和發光角。
此時也和圖8所示的結構一樣，安裝在光盤裝置等光信息處理裝置上時，可以減小光利用效率的偏差，所以，可以減小在考慮成品率時所需的光輸出，其實用效果大。
第二實施方案圖10是本發明第二實施方案的相干光源的結構略圖。
如圖10所示，本實施方案的相干光源也和上述第一實施方案一樣，是由波長可變DBR半導體激光器1和光波導型QPM-SHG器件2構成的SHG藍色光源，波長可變DBR半導體激光器1和光波導型QPM-SHG器件2固定在Si底座上7的上面，分別與活性層面和光波導的形成面對置。另外，與上述第一實施方案一樣，光波導型QPM-SHG器件2的射出端面被切成斜面。
在管殼11中設置基準面14時，使垂直于Si底座固定面13的內側端面傾斜于管殼的長邊方向。該基準面14平行于上述第一實施方案中的基準線A。其次，將安裝了波長可變DBR半導體激光器1和光波導型QPM-SHG器件2的Si底座7固定在管殼內的Si底座固定面13上時，可以通過使光波導型QPM-SHG器件2的切成斜面的射出端面與基準面14接觸，來將光波導型QPM-SHG器件2固定在管殼11內所需的位置上。
本實施方案不用調整圖象，通過使光波導型QPM-SHG器件2的射出端面與基準面14接觸的簡單操作就可以決定位置，所以可以減少安裝時所需的時間。
另外，基準線B等其它部分與上述第一實施方案相同，不再作說明。
第三實施方案圖11是本發明第三實施方案的相干光源的管殼結構略圖(圖11A是剖面圖，圖11B是斷面圖)。
如圖11所示，在本實施方案相干光源管殼11射出端面的左右非對稱的位置上設置了用于透光的射出窗12。另外，通過在管殼11的Si底座固定面上形成凹陷溝來設置了基準標記(基準線B)，該基準線B為經過射出窗12中心的射出窗12的法線。用手操作固定了光波導型QPM-SHG器件2的Si底座，有時會從上面遮擋檢測，而將基準線B設計成上述那樣，就可以從射出窗12觀察基準線B，所以不用手操作，非常方便。
另外，基準線A等其他部分與上述第一實施方案相同，不再作說明。
工業實用性如上所述，本發明可以實現能夠高精度地控制射出角和發光位置的相干光源。
權利要求
1.一種相干光源，其特征在于，在底座上至少安裝了半導體激光器和光波導器件，并將上述底座固定在管殼內，在上述管殼的底座固定面上形成了固定上述底座時的基準標記。
2.如權利要求1所述的相干光源，其特征在于，固定上述底座時使上述光波導器件的射出端面大致平行于由上述基準標記檢測出的基準線或連接兩個以上基準點而決定的假想基準線。
3.如權利要求1或2所述的相干光源，其特征在于，在上述光波導器件的以光波導為中心在波導方向對稱的位置上形成了調整標記。
4.如權利要求3所述的相干光源，其特征在于，上述調整標記為平行地形成在上述光波導兩側的條形標記，上述光波導位于上述兩個條形標記的中線上。
5.一種相干光源，其特征在于，在底座上至少安裝了半導體激光器和光波導器件，并將上述底座固定在管殼內，且上述光波導器件上的光波導與上述光波導器件射出端面構成的角θ(＜90°)、上述光波導的有效折射率n、以及上述管殼的射出端面或射出窗的法線與上述基準線構成的角θ3之間大致滿足以下(式1)～(式3)的關系。(式1)θ1＝90°-θ(式2)θ2＝sin-1(n×sinθ1)(式3)θ3＝90°-θ2
6.如權利要求5所述的相干光源，其特征在于，在上述光波導器件的以光波導為中心在波導方向對稱的位置上形成了調整標記。
7.如權利要求6所述的相干光源，其特征在于，上述調整標記是平行地形成在上述光波導兩側的條形標記，上述光波導位于上述兩個條形標記的中線上。
8.如權利要求6所述的相干光源，其特征在于，由上述調整標記檢測出的光波導和上述光波導器件的射出端面構成的角θ在87°以下。
9.如權利要求6所述的相干光源，其特征在于，固定上述底座時，使由上述調整標記檢測出的上述光波導與上述光波導器件的射出端面的交點大致位于經過由上述基準標記檢測出的基準點或由兩個以上基準點決定的假想基準點的上述底座固定面的法線上。
10.如權利要求9所述的相干光源，其特征在于，上述基準點形成在對上述管殼的光射出方向左右不對稱的位置上。
11.如權利要求5所述的相干光源，其特征在于，上述光波導器件為利用第二諧波發生的波長變換器件。
12.如權利要求5所述的相干光源，其特征在于，上述光波導器件為利用第二諧波發生的波長變換器件，上述有效折射率n是對上述第二諧波光的有效折射率。
13.如權利要求1～12之一所述的相干光源，其特征在于，上述管殼是由金屬、塑料、以及陶瓷中的至少一種制成。
14.如權利要求1～12之一所述的相干光源，其特征在于，上述基準標記為形成在上述管殼的底座固定面上的凹凸。
15.如權利要求1～12之一所述的相干光源，其特征在于，上述基準標記為形成在上述管殼的底座固定面上的反射體或吸收體。
16.如權利要求1所述的相干光源，其特征在于，在上述管殼的射出端面上形成了用于透光的射出窗，上述基準標記為經過上述射出窗中心的上述射出窗的法線。
17.如權利要求16所述的相干光源，其特征在于，能夠從上述射出窗檢測出上述基準標記。
18.一種相干光源，其特征在于，在底座上至少安裝了半導體激光器和光波導器件，并將上述底座固定在管殼內，在上述管殼的射出端面上形成了用于透光的射出窗，上述射出窗形成在上述管殼射出端面的左右不對稱的位置上。
19.一種相干光源，其特征在于，在底座上至少安裝了半導體激光器和光波導器件，并將上述底座固定在管殼內，上述光波導器件上的光波導與上述管殼的側面大致平行，同時在上述管殼的射出端面上形成用于透光的射出窗，且上述管殼的側面不垂直于上述射出窗，上述光波導與上述光波導器件的射出端面構成的角θ(＜90°)、上述光波導的有效折射率n、以及上述管殼的上述射出窗法線與上述光波導器件的射出端面構成的角θ3大致滿足以下(式4)～(式6)的關系。(式4)θ1＝90°-θ(式5)θ2＝sin-1(n×sinθ1)(式6)θ3＝90°-θ2
20.一種相干光源，其特征在于，在底座上至少安裝了半導體激光器和光波導器件，并將上述底座固定在管殼內，在上述管殼的一部分中形成了固定上述底座時的基準面。
21，如權利要求20所述的相干光源，其特征在于，上述光波導器件的射出端面與上述基準面接觸。
22.一種相干光源的制造方法，其特征在于，在底座上至少安裝半導體激光器和光波導器件，并將上述底座固定在管殼內，以形成在上述管殼的底座固定面上的基準標記或由兩個以上基準點決定的假想基準線或假想基準點為基準固定上述底座。
23.如權利要求22所述的相干光源的制造方法，其特征在于，固定上述底座時，使上述光波導器件的射出端面大致平行于由上述基準標記檢測出的基準線。
24.如權利要求22所述的相干光源的制造方法，其特征在于，由上述調整標記檢測出的上述光波導與上述光波導器件的射出端面構成的角θ(＜90°)、上述光波導的有效折射率n、以及上述管殼的射出端面或射出窗的法線與上述基準線構成的角θ3大致滿足以下(式7)～(式9)的關系。(式7)θ1＝90°-θ(式8)θ2＝sin-1(n×sinθ1)(式9)θ3＝90°-θ2
25.如權利要求24所述的相干光源的制造方法，其特征在于，利用位于上述底座固定面的法線方向的圖象處理裝置測量上述光波導與上述光波導器件的射出端面構成的角θ后，用上述(式7)、(式8)求出θ2，將上述基準線與上述光波導器件的射出端面構成的角調整成所需的值。
26.如權利要求24或25所述的相干光源的制造方法，其特征在于，固定上述底座時，使由上述調整標記檢測出的上述光波導與上述光波導器件的射出端面的交點大致位于經過由上述基準標記檢測出的基準點或由兩個以上基準點決定的假想基準點的上述底座固定面的法線上。
全文摘要
一種高精度地控制射出角和發光位置的相干光源，將波長可變的DBR半導體激光器(1)和光波導型QPM－SHG器件(2)安裝在Si底座(7)上，并將Si底座(7)固定在管殼(11)內來作為相干光源。管殼(11)的底座固定面上形成了作為固定Si底座(7)時的基準標記的基準線(A)、(B)。
文檔編號H01S5/00GK1476657SQ02803070
公開日2004年2月18日 申請日期2002年7月29日 優先權日2001年7月30日
發明者北岡康夫, 水內公典, 山本和久, 瀧川信一, 一, 久, 典 申請人:松下電器產業株式會社