專利名稱：光強度調(diào)制元件、強度調(diào)制光發(fā)生器、激光曝光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對半導(dǎo)體激光器所發(fā)射的光的強度進行調(diào)制的光強度調(diào)制元件、具有該光強度調(diào)制元件與半導(dǎo)體激光器的變換波長光發(fā)生器、具有該變換波長光發(fā)生器的激光曝光裝置以及將該激光曝光裝置用作曝光裝置的照片處理裝置。
背景技術(shù)：
近年來，將數(shù)碼相機所拍攝的圖像數(shù)據(jù)或通過掃描儀所讀取的圖像數(shù)據(jù)等，曝光到照片感光材料(照片紙)上的照片處理裝置已經(jīng)實用化了。另外，將具有紅(R)、綠(G)、藍(B)色可見光的激光光源的激光曝光裝置，用作這樣的照片處理裝置的曝光裝置，是公知的。
激光曝光裝置中，使用半導(dǎo)體激光器作為輸出紅色的激光光源。另外，作為用來得到綠色與藍色可見光的激光光源，使用具有發(fā)射紅外光的半導(dǎo)體激光器，以及對來自半導(dǎo)體激光器的出射光的波長進行變換，作為第2高次諧波(SHSecond Harmonic)輸出的SHG(Second HarmonicGeneration)元件的激光發(fā)生裝置。近年來，作為SHG元件，開發(fā)出了一種利用了與整體型相比，能夠進行高效的波長變換的偽相位匹配(QPMQuasi-Phase Matching)技術(shù)的元件。
通過進行偽相位匹配，抑制了SHG元件內(nèi)部的第2高次諧波之間的抵消，提高了變換效率，其結(jié)果是，能夠從SHG元件輸出高強度的綠色與藍色激光。作為伴隨著該偽相位匹配的構(gòu)成的SHG元件的代表，可以列舉出光導(dǎo)波路型周期性極化反轉(zhuǎn)鈮酸鋰(PPLNPeriodically-poled LiNbO3)元件。
另外，照片處理裝置中，要求對應(yīng)于紅、綠、藍色的圖像數(shù)據(jù)的濃度等級，來調(diào)制光強度。在將具有上述的SHG元件的激光光源作為照片處理裝置的光源的情況下，一般使用聲光調(diào)制元件(AOMAcousto-OpticModulator)作為光強度調(diào)制元件。AOM具有讓激光透過的聲光媒質(zhì)，當(dāng)激光在其中透過時，通過給聲光媒質(zhì)作用超聲波，由超聲波光學(xué)效果使其產(chǎn)生衍射。通過這樣，激光的強度，能夠通過所作用的超聲波的強度等進行調(diào)制。
但是，用于調(diào)制光強度的AOM，是利用光的衍射的方法，因此，為了進行足夠的強度調(diào)制，另外，考慮到用來將衍射光與源光區(qū)分開并取出的尺寸，需要讓光學(xué)長度較長。因此，由AOM制成的光強度調(diào)制元件的小型化非常困難，另外，具有該光強度調(diào)制元件的照片處理裝置等各種裝置也必然需要較大的尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述以前的問題，目的在于提供一種小型而能夠進行光強度調(diào)制的，且變換為第2高次諧波的效率較高的光強度調(diào)制元件。
本發(fā)明的目的還在于，提供一種具有該光強度調(diào)制元件與半導(dǎo)體激光器的變換波長光發(fā)生器、具有該變換波長光發(fā)生器的激光曝光裝置以及將該激光曝光裝置用作曝光裝置的照片處理裝置。
本發(fā)明方式1所述的光強度調(diào)制元件，其特征在于，在由非線性光學(xué)晶體所制成的基板的主面形成有向一方向的光導(dǎo)波路，同時，上述光導(dǎo)波路中，形成有在上述光導(dǎo)波路方向上極性周期交互反轉(zhuǎn)地形成有在上述基板的厚度方向上的極化構(gòu)造，且分別形成有將入射到上述光導(dǎo)波路中的紅外光的一部分變換成第2高次諧波的第1、第2波長變換部，另外在上述第1、第2波長變換部之間，形成有具有夾持上述光導(dǎo)波路而相向配置的一對電極的第1相位調(diào)整部。
根據(jù)該構(gòu)成，通過在第1相位調(diào)整部中經(jīng)電極施加電壓，來進行相位調(diào)制。因此，從第2波長變換部出射時的第2高次諧波，與在第1以及第2波長變換部中進行了波長變換的波相混合。另外，在第2波長變換部中實施了波長變換的第2高次諧波，在第1相位調(diào)整部中受到相位調(diào)制。通過適當(dāng)設(shè)定該相位調(diào)制的大小，能夠?qū)λ铣傻牡?高次諧波的振幅進行連續(xù)控制。
本發(fā)明方式二所述的光強度調(diào)制元件，其特征在于，在方式1中所述的光強度調(diào)制元件中，根據(jù)上述紅外光的波長，決定各個極化構(gòu)造在上述光導(dǎo)波路方向上的長度。根據(jù)該構(gòu)成，能夠根據(jù)所入射的紅外光的波長，來單獨決定極化構(gòu)造在光導(dǎo)波路方向上的長度，因此，能夠有效地變換成第2高次諧波。
本發(fā)明方式3所述的光強度調(diào)制元件的特征在于，在如方式1或2所述的光強度調(diào)制元件中，各個極化構(gòu)造在上述光導(dǎo)波路方向上的長度，被設(shè)為使得所變換的上述第2高次諧波的振幅的合成成分最大的長度。根據(jù)該構(gòu)成，由于各個極化構(gòu)造在上述光導(dǎo)波路方向上的長度，被設(shè)為使得各個波長變換部所出射的第2高次諧波的振幅的合成成分最大的長度，因此，光透過多個極化構(gòu)造時進行相加，增大了第2高次諧波的振幅。
本發(fā)明方式4所述的光強度調(diào)制元件，其特征在于，在方式1～3中的任一個所述的光強度調(diào)制元件中，各個波長變換部在上述光導(dǎo)波路方向上的長度，被設(shè)為上述極化構(gòu)造在上述光導(dǎo)波路方向上的長度的整數(shù)倍。根據(jù)該構(gòu)成，由于各個波長變換部具有整數(shù)個極化構(gòu)造，因此，第2高次諧波從各個波長變換部中出射時，不會產(chǎn)生振幅的不必要抵消。
本發(fā)明方式5中所述的光強度調(diào)制元件，其特征在于，在方式1～4中的任一個所述的光強度調(diào)制元件中，經(jīng)上述1對電極，給上述第1相位調(diào)整部，施加基于光強度調(diào)制信號的電壓。
根據(jù)該構(gòu)成，經(jīng)相位調(diào)整部的電極，施加基于光強度調(diào)制信號的電壓，該光強度調(diào)制信號用來表示希望將第2高次諧波的光強度設(shè)定為哪個程度。如果希望降低光強度，則調(diào)整該電壓讓第2高次諧波之間的振幅互相抵消，反之，如果希望加大光強度，則調(diào)整該電壓讓第2高次諧波之間的振幅相加。
方式6中所述的光強度調(diào)制元件，其特征在于，在如方式1到方式5中任一個所述的光強度調(diào)制元件中，第2高次諧波，具有在可見光區(qū)域中的藍色的波長。根據(jù)該構(gòu)成，對所入射的紅外光的波長以及各個波長變換部中的極化構(gòu)造的長度進行設(shè)定，讓來自光強度調(diào)制元件的輸出變?yōu)榭梢姽鈪^(qū)域中的藍色波長。
方式7中所述的光強度調(diào)制元件，其特征在于，在方式1到5中任一個所述的光強度調(diào)制元件中，第2高次諧波，具有在可見光區(qū)域中的綠色的波長。根據(jù)該構(gòu)成，對所入射的紅外光的波長以及各個波長變換部中的極化構(gòu)造的長度進行設(shè)定，讓來自光強度調(diào)制元件的輸出變?yōu)榭梢姽鈪^(qū)域中的綠色波長。
方式8中所述的光強度調(diào)制元件，其特征在于，在如方式1到7中任一個所述的光強度調(diào)制元件中，非線性光學(xué)晶體是鈮酸鋰。根據(jù)該構(gòu)成，除了能夠利用高非線性性，還能夠在很大的波長范圍內(nèi)進行波長變換。
方式9所述的光強度調(diào)制元件，其特征在于，在如方式8所述的光強度調(diào)制元件中，第2高次諧波，具有在可見光區(qū)域中的藍色的波長，上述各個極化構(gòu)造在上述光導(dǎo)波路方向上的長度為2.3μm。根據(jù)該構(gòu)成，對各個波長變換部中的極化構(gòu)造的長度進行設(shè)定，讓來自光強度調(diào)制元件的輸出變?yōu)榭梢姽鈪^(qū)域中的藍色波長。另外，所入射的紅外光的波長，也選擇為在光導(dǎo)波路方向上的長度為2.3μm時，能夠最高效地變換成第2高次諧波。
方式10的光強度調(diào)制元件，其特征在于，在如方式8所述的光強度調(diào)制元件中，第2高次諧波，具有在可見光區(qū)域中的綠色的波長，上述各個極化構(gòu)造在上述光導(dǎo)波路方向上的長度為3.2μm。
根據(jù)該構(gòu)成，對各個波長變換部中的極化構(gòu)造的長度進行設(shè)定，讓來自光強度調(diào)制元件的輸出變?yōu)榭梢姽鈪^(qū)域中的綠色波長。另外，所入射的紅外光的波長，也選擇為在光導(dǎo)波路方向上的長度為3.2，能夠最高效地變換成第2高次諧波。
方式11述的光強度調(diào)制元件，其特征在于，在如方式1至10中任一個所述的光強度調(diào)制元件中，具有在光導(dǎo)波路方向，與上述第2波長變換部相鄰接，具有夾持上述光導(dǎo)波路而相向設(shè)置的一對電極的第2相位調(diào)整部，以及在上述光導(dǎo)波路中，在上述光導(dǎo)波路方向上極性周期交互反轉(zhuǎn)地形成有在上述基板的厚度方向上的極化構(gòu)造，且將入射到上述光導(dǎo)波路中的紅外光的一部分變換成第2高次諧波的第3波長變換部。
根據(jù)該構(gòu)成，不但能夠在第1相位調(diào)整部中，還能夠在第2相位調(diào)整部中進行相位調(diào)制。因此，從第3波長變換部出射時的第2高次諧波，與在第1、第2以及第3波長變換部中進行了波長變換的波相混合。另外，在第2波長變換部中實施了波長變換的第2高次諧波，在第1相位調(diào)整部中受到相位調(diào)制，在第3波長變換部中實施了波長變換的第2高次諧波，在第2相位調(diào)整部中受到相位調(diào)制。由于能夠單獨設(shè)定該相位調(diào)制的大小，因此能夠?qū)λ铣傻牡?高次諧波的振幅連續(xù)進行控制。
方式12所述的光強度調(diào)制元件，其特征在于，在如方式11所述的光強度調(diào)制元件中，向第2相位調(diào)整部，提供在光強度調(diào)制信號為最小等級時，讓光強度輸出為0等級的校準(zhǔn)電壓。
根據(jù)該構(gòu)成，在光強度調(diào)制信號為最小等級時，在第2相位調(diào)整部中進行相位調(diào)制，讓第2高次諧波的振幅互相完全抵消。該相位調(diào)制的大小，通過校準(zhǔn)電壓的形式提供給第2相位調(diào)整部。
方式13中所述的強度調(diào)制光發(fā)生器，其特征在于，具有如方式1至12中任一個所述的光強度調(diào)制元件，以及向上述第1波長變換部的光導(dǎo)波路發(fā)射紅外光的激光光源。
根據(jù)該構(gòu)成，激光光源所發(fā)射的紅外光，入射到光強度調(diào)制元件中的第1波長變換部的光導(dǎo)波路中。之后，在各個波長變換部中，紅外光的一部分被變換成第2高次諧波，在相位調(diào)整部中進行相位調(diào)制。通過在該相位調(diào)整部中所進行的局部相位調(diào)制，能夠連續(xù)控制所合成的第2高次諧波的振幅。
方式14述的強度調(diào)制光發(fā)生器，其特征在于，在如方式13所述的強度調(diào)制光發(fā)生器中，激光光源與光強度調(diào)制元件通過光纖光柵相連接。根據(jù)該構(gòu)成，從激光光源所發(fā)射的紅外光，經(jīng)光纖的內(nèi)核中形成有周期性折射率調(diào)制的光柵光纖，入射到光強度調(diào)制元件中的第1波長變換部的光導(dǎo)波路中。
方式15所述的激光曝光裝置，其特征在于，具有如方式13或14所述的強度調(diào)制光發(fā)生器作為感光用激光光源。根據(jù)該構(gòu)成，激光的輸出可變，且能夠?qū)崿F(xiàn)緊湊的激光曝光裝置。
方式16所述的照片處理裝置，其特征在于，具有通過將基于對應(yīng)于圖像數(shù)據(jù)的濃度等級的光強度調(diào)制信號的電壓，供給給上述相位調(diào)整部，來進行光強度輸出調(diào)制的如方式15所述的激光曝光裝置，以及將上述激光曝光裝置所出射的激光導(dǎo)入給照片感光材料的光學(xué)系統(tǒng)。根據(jù)該構(gòu)成，激光的輸出可變，且能夠?qū)崿F(xiàn)緊湊的照片處理裝置。
發(fā)明效果根據(jù)方式1中所述的發(fā)明，能夠連續(xù)對所合成的第2高次諧波的振幅進行控制。由于光強度與振幅的2次方成正比，因此，能夠連續(xù)地控制從光強度調(diào)制元件所發(fā)射的第2高次諧波的強度。另外，通過經(jīng)第1相位調(diào)整部中的電極所局部施加的電壓來進行相位調(diào)制，也即進行強度調(diào)制，因此，光強度調(diào)制元件的小型化成為可能。
根據(jù)方式2中所述的發(fā)明，能夠根據(jù)所入射的紅外光的波長，來單獨決定極化構(gòu)造在光導(dǎo)波路方向上的長度，因此，能夠有效地進行向第2高次諧波的轉(zhuǎn)變。
根據(jù)方式3中所述的發(fā)明，光透過多個極化構(gòu)造時進行相加，增大了第2高次諧波的振幅，因此能夠得到高強度的第2高次諧波。另外，由于不會產(chǎn)生振幅的不必要抵消，因此能夠?qū)崿F(xiàn)高變換效率。
根據(jù)方式4中所述的發(fā)明，被極化構(gòu)造所變換了的第2高次諧波從波長變換部中輸出時，不會產(chǎn)生振幅的不必要抵消，因此能夠得到高強度的第2高次諧波，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)高變換效率。
根據(jù)方式5中所述的發(fā)明，能夠根據(jù)光強度調(diào)制信號，連續(xù)變化光強度調(diào)制元件所出射的第2高次諧波的光強度。
根據(jù)方式6中所述的發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)光強度可調(diào)，且結(jié)構(gòu)緊湊的藍色激光光源。
根據(jù)方式7中所述的發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)光強度可調(diào)，且結(jié)構(gòu)緊湊的綠色激光光源。
根據(jù)方式8中所述的發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)可在很寬的波長范圍內(nèi)變換成第2高次諧波，且變換效率高的光強度調(diào)制元件。
根據(jù)方式9中所述的發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)光強度可調(diào)，且結(jié)構(gòu)緊湊的藍色激光光源。另外，在光導(dǎo)波路方向上的長度為2.3μm時，能夠最高效地變換成第2高次諧波的紅外光的波長為1064nm。由于該紅外光源廣泛使用，因此，很容易與與本發(fā)明相關(guān)的光強度調(diào)制元件組合。
根據(jù)方式10中所述的發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)光強度可調(diào)，且結(jié)構(gòu)緊湊的綠色激光光源。另外，在光導(dǎo)波路方向上的長度為3.2μm時，能夠最高效地變換成第2高次諧波的紅外光的波長為946nm。由于該紅外光源廣泛使用，因此，很容易與與本發(fā)明相關(guān)的光強度調(diào)制元件組合。
根據(jù)方式11中所述的發(fā)明，能夠連續(xù)對所合成的第2高次諧波的振幅進行控制。由于光強度與振幅的2次方成正比，因此，能夠連續(xù)地控制從光強度調(diào)制元件所發(fā)射的第2高次諧波的強度。另外，通過設(shè)置第2相位調(diào)整部，所合成的第2高次諧波的數(shù)目變?yōu)?個，因此，增加了相位調(diào)制的自由度，振幅的調(diào)整更加容易。
根據(jù)方式12中所述的發(fā)明，在光強度調(diào)制信號為最小等級時，第2高次諧波的振幅互相完全抵消，光強度調(diào)制元件所輸出的光強度變?yōu)?。也即，能夠從0到最大值連續(xù)對光強度進行控制，從而能夠?qū)崿F(xiàn)適用于曝光裝置以及照片出來裝置的光強度調(diào)制元件。
根據(jù)方式13中所述的發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)將紅外光變換成第2高次諧波，光強度可變且結(jié)構(gòu)緊湊的強度調(diào)制光發(fā)生器。
根據(jù)方式14中所述的發(fā)明，由于激光光源與光強度調(diào)制元件通過光柵光纖相連接，因此，能夠只將激光光源所發(fā)射的特定波長的激光穩(wěn)定地提供給光強度調(diào)制元件。因此，來自光強度調(diào)制元件的第2高次諧波的輸出較穩(wěn)定。
根據(jù)方式15中所述的發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)激光的輸出可變，且結(jié)構(gòu)緊湊的激光曝光裝置。
根據(jù)方式16中所述的發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)激光的輸出可變，且結(jié)構(gòu)緊湊的照片處理裝置。


圖1為具有與本發(fā)明相關(guān)的強度調(diào)制光發(fā)生器的照片處理裝置的外觀立體圖。
圖2為說明具有與本發(fā)明相關(guān)的強度調(diào)制光發(fā)生器的激光曝光裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖3(a)為說明與本發(fā)明相關(guān)的光強度調(diào)制元件的實施方式1的模式圖。(b)為說明與本發(fā)明相關(guān)的光強度調(diào)制元件的實施方式1中的極化構(gòu)造的縱剖視圖。
圖4為說明與本發(fā)明相關(guān)的光強度調(diào)制元件的實施方式1中的SH波的相位關(guān)系的模式圖。
圖5為說明具有與本發(fā)明相關(guān)的校準(zhǔn)部的光強度調(diào)制元件的一實施方式的模式圖。
圖6為說明具有與本發(fā)明相關(guān)的校準(zhǔn)部的光強度調(diào)制元件的一實施方式中的SH波的相位關(guān)系的模式圖。
圖7為說明與本發(fā)明相關(guān)的強度調(diào)制光發(fā)生器中，通過光纖插座光柵將半導(dǎo)體激光器與光強度調(diào)制元件直接連接起來的情況下的模式圖。
圖8為說明具有與本發(fā)明相關(guān)的校準(zhǔn)部的光強度調(diào)制元件的一實施例的結(jié)構(gòu)圖。
圖9為表示與本發(fā)明相關(guān)的強度調(diào)制光發(fā)生器的一實施例中的，對應(yīng)于電壓V1的SHG輸出的曲線圖。
圖中1、61-基板，2a、2b、3a、3b、62a、62b、63a、63b-相位調(diào)制用電極，4、64-光導(dǎo)波路，10、20、60-光強度調(diào)制元件，PP1、PP2、PP3-周期性極化反轉(zhuǎn)部，PM1、PM2-非極化部。
具體實施例方式
下面參照附圖對本發(fā)明的一實施方式進行說明。
圖1為說明照片處理裝置的一構(gòu)成例的外觀立體圖。照片處理裝置500，由將通過圖像掃描儀從膠卷(負(fù)片、正片)中所讀取的圖像數(shù)據(jù)，以及通過數(shù)碼相機所拍攝的圖像數(shù)據(jù)、通過個人計算機所制作的圖像數(shù)據(jù)，曝光到照片感光材料(照片紙)中的激光曝光裝置100、存放卷繞成卷狀的照片紙并能夠?qū)⑵鋫魉徒o曝光裝置100的感光材料存放部200、對曝光之后的照片紙進行顯影、漂白定影以及穩(wěn)定處理的顯影部300、對實施了穩(wěn)定處理后的照片紙進行干燥的干燥部400以及貫穿在這些部件之間的照片紙傳送系統(tǒng)(圖中省略顯示)等構(gòu)成。
圖2為說明激光曝光裝置100的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的立體圖。另外，雖然圖2中省略顯示了殼體102的上部，但殼體102是暗室構(gòu)造，同時還是能夠防止灰塵進入的密閉構(gòu)造。殼體102內(nèi)的給定位置中，設(shè)有分別發(fā)射束狀激光的3個激光光源104、106、108。激光光源104，例如是產(chǎn)生波長685nm的R(紅)色激光的半導(dǎo)體激光元件(LD)。另外，激光光源106與108，例如是產(chǎn)生波長1064nm與946nm的激光的半導(dǎo)體激光元件。
激光光源104、106、108的激光出射側(cè)，具有用來讓激光平行的準(zhǔn)直透鏡110。另外，聲光調(diào)制元件(AOM)112R，用作紅(R)色用光強度調(diào)制元件。與此相對，與本發(fā)明相關(guān)的光強度調(diào)制元件112G、112B，分別用作綠(G)色、藍(B)色用光強度調(diào)制元件。
激光光源104、106、108的激光出射側(cè)，還順次設(shè)有激光整形開口114、反射鏡116。另外，反射鏡116的反射側(cè)，順次設(shè)置有球面透鏡118、柱面透鏡120以及多角鏡122。
多角鏡122的反射側(cè)，順次設(shè)置有fθ透鏡124、柱面透鏡126、反射鏡128、130。這樣，向著箭頭C方向傳送的照片紙140，被反射鏡130所反射的R、G、B激光所照射，將圖像曝光出來。
AOM112R，內(nèi)置有通過超聲波光學(xué)效果的作用，對入射激光產(chǎn)生衍射，從而能夠調(diào)制輸出強度的聲光媒質(zhì)。另外，應(yīng)當(dāng)讓聲光媒質(zhì)在來自激光光源104的激光的光軸上的位置一致，設(shè)置在殼體102的給定位置上，同時，與圖示省略了的AOM驅(qū)動器相連接。
另外，在光強度調(diào)制元件112G、112B中，分別能夠?qū)色以及B色的輸出強度進行調(diào)制。另外，光強度調(diào)制元件112G、112B，分別設(shè)置在殼體102的給定位置上，同時，與圖示省略了的驅(qū)動器相連接。
該光強度調(diào)制元件112G、112B，接收到激光光源106、108所出射的激光之后，將該激光的波長變換成1/2。該波長被變換成1/2并被出射的激光，稱作第2高次諧波(SHSecond Harmonic)，產(chǎn)生第2高次諧波，則稱作SHG(Second Harmonic Generation)。
光強度調(diào)制元件112G、112B，并不將激光光源106、108所出射的光全部變換成SH波(第2高次諧波)，從光強度調(diào)制元件112G、112B所出射的光中，還混雜有來自激光光源106、108的紅外光與SH波等等。因此，為了從光強度調(diào)制元件112G、112B所出射的光中去除紅外光，而采用具有圖示省略了的IR(紅外光)截止濾波器的構(gòu)成。
通過這樣的構(gòu)成，從圖示省略了的圖像存儲器，將作為處理對象的圖像數(shù)據(jù)(R色濃度數(shù)據(jù))，經(jīng)AOM驅(qū)動器輸入給AOM112R。之后，根據(jù)光強度調(diào)制信號，對應(yīng)于圖像數(shù)據(jù)的濃度等級對入射到AOM112R中的激光的強度進行調(diào)制。此時，AOM112R的聲光媒質(zhì)中，產(chǎn)生了對應(yīng)于AOM驅(qū)動器的輸出的聲光效果，因此而產(chǎn)生了衍射效應(yīng)。通過這樣，對應(yīng)于圖像數(shù)據(jù)的濃度等級，對入射到AOM112R中的激光的強度進行調(diào)制。
與此相對，作為G色與B色光源的激光光源106、108的強度調(diào)制中，并不使用AOM。而是在光強度調(diào)制元件112G、112B中，在產(chǎn)生第2高次諧波時，同時在該元件內(nèi)進行強度調(diào)制。關(guān)于G色以及B色，也與R色一樣，從圖示省略了的圖像存儲器，將作為處理對象的圖像數(shù)據(jù)(G色以及B色濃度數(shù)據(jù))，經(jīng)驅(qū)動器輸入給光強度調(diào)制元件112G、112B，之后，根據(jù)光強度調(diào)制信號，對應(yīng)于圖像數(shù)據(jù)的濃度等級對入射到光強度調(diào)制元件112G、112B中的激光的強度進行調(diào)制。
接下來，對上述構(gòu)成的激光掃描裝置的動作進行說明。從激光光源104、106、108所出射的激光，經(jīng)準(zhǔn)直透鏡110，入射到AOM112R以及光強度調(diào)制元件112G、112B中。通過讓對應(yīng)于圖像數(shù)據(jù)的R、G、B各色濃度數(shù)據(jù)的信號，入射到AOM112R以及光強度調(diào)制元件112G、112B中，入射到AOM112R以及光強度調(diào)制元件112G、112B中的激光束，被調(diào)制成對應(yīng)于圖像濃度的強度并輸出。從AOM112R以及光強度調(diào)制元件112G、112B所輸出的激光，在主掃描方向上被向著箭頭的方向以一定的速度旋轉(zhuǎn)的多角鏡122掃描之后，照射到照片紙140上。照片紙140，被圖示省略了的照片紙傳送系統(tǒng)向著垂直于主掃描方向的箭頭C的方向傳送，通過這樣，在照片紙140上形成2維的彩色圖像。
本發(fā)明涉及一種用來調(diào)制激光的強度的光強度調(diào)制元件112G、112B，以及具有該光強度調(diào)制元件112G、112B與半導(dǎo)體激光器106、108，能夠?qū)す夤鈴姸冗M行調(diào)制的強度調(diào)制光發(fā)生器，以及將該強度調(diào)制光發(fā)生器用作感光用激光光源，通過強度調(diào)制了的激光，在照片紙中曝光圖像的激光曝光裝置100。另外，還涉及一種具有該激光曝光裝置100，除了通過強度調(diào)制了的激光，在照片紙中曝光圖像之外，還具有傳送照片紙，將曝光之后的照片紙進行顯影等功能的照片處理裝置500。
下面對照附圖，對圖2所示的激光曝光裝置100的光強度調(diào)制元件112G、112B，以及該光強度調(diào)制元件中包含有激光光源106、108的強度調(diào)制光發(fā)生器進行說明。
圖3(a)為說明與本發(fā)明相關(guān)的光強度調(diào)制元件的一實施方式的模式圖。另外，圖3(b)為說明與本發(fā)明相關(guān)的光強度調(diào)制元件的一實施方式中的極化構(gòu)造的縱剖視圖，是在圖3(a)的光導(dǎo)波路的正中沿著光導(dǎo)波路的方向的剖視圖。
在矩形基板1的寬度方向的中央部分，直線形成有用來對激光進行導(dǎo)波的光導(dǎo)波路4。之后，以夾持該光導(dǎo)波路4的形式，設(shè)置相位調(diào)制用電極2a、2b。
基板1由非線性光學(xué)晶體LiNbO3(LN鈮酸鋰)制成。該LiNbO3是顯示出了2次非線性光學(xué)效果的強電介質(zhì)晶體，具有被作用電場之后，折射率會發(fā)生變化的性質(zhì)。另外，非線性光學(xué)晶體中也可以具有特別高的非線性特性，能夠在較大的波長區(qū)域內(nèi)進行波長變換，因此，非常適用于本發(fā)明。
相位調(diào)制用電極2a、2b設(shè)置在基板1的上面(主面)，與圖中未顯示的電氣線路相連接。之后，經(jīng)相位調(diào)制用電極2a、2b施加所期望的方向以及大小的電壓，通過這樣產(chǎn)生電場，對光導(dǎo)波路4的折射率進行控制。該相位調(diào)制用電極2a、2b，例如可以通過濺射法等薄膜形成技術(shù)，在晶體表面形成作為電極層的金屬薄膜層的方法進行制作。
光導(dǎo)波路4用來讓后述的激光透過，直線形成在基板1內(nèi)。該光導(dǎo)波路4，通過例如質(zhì)子交換法進行制作。質(zhì)子交換法是指，在LiNbO3中通過光刻膠技術(shù)將光導(dǎo)波路形成部分去除并形成掩膜，將在置于安息香酸中進行質(zhì)子交換處理之后，去除掩膜，通過進行熱處理來形成光導(dǎo)波路的方法。
另外，光導(dǎo)波路4中，在基板1的厚度方向上的極化構(gòu)造，交互逆極性地形成在光導(dǎo)波路方向上。也即，光導(dǎo)波路4的給定部位中，如圖3(b)所示，沿著作為入射光的激光的行進方向，交互排列有極性周期性反轉(zhuǎn)的極化反轉(zhuǎn)部，以及不具有極性的非極化部。以下，從激光的基波入射側(cè)順次將周期性極性反轉(zhuǎn)(Periodically Poled)部稱作PP1與PP2區(qū)域，將非極化部稱作PM1區(qū)域。
該周期性極化反轉(zhuǎn)部，擔(dān)當(dāng)變換入射光的波長的作用。也即，周期性極化反轉(zhuǎn)部具有作為波長變換部的功能，PP1區(qū)域為第1波長變換部，PP2區(qū)域為第2波長變換部。
另外，如后所述，非極化部具有作為調(diào)制入射光的相位的相位調(diào)整部的功能，PM1區(qū)域為第1相位調(diào)整部。
如圖3(b)所示，PP1以及PP2區(qū)域，還進一步劃分為小的矩形區(qū)域。這些一個個的小區(qū)域表示極化構(gòu)造，其中所標(biāo)注的箭頭的方向表示該區(qū)域中的極化方向。
例如，圖3(b)的PP1區(qū)域中，從基波入射側(cè)開始的極化方向，順次是圖中的上、下、上...。另外，周期性極化反轉(zhuǎn)部(波長變換部)PP1、PP2在光導(dǎo)波路方向的長度，被設(shè)定為極化構(gòu)造在光導(dǎo)波路方向上的長度的整數(shù)倍。這是為了讓被極化構(gòu)造所變換的第2高次諧波，從周期性極化反轉(zhuǎn)部中輸出時，不會發(fā)生振幅的不必要抵消。其結(jié)果是，能夠得到高強度的第2高次諧波，同時能夠?qū)崿F(xiàn)高變換效率。
基波與變換之后的第2高次諧波的波長當(dāng)然不同，導(dǎo)致在媒質(zhì)中透過的速度(相位速度)也不同。因此，如果基波與第2高次諧波的相位發(fā)生偏移之后，就會相互抵消，從而無法得到第2高次諧波的高輸出。也即，為了有效地進行波長變換，讓基波與第2高次諧波相位一致(相位匹配)是非常重要的。如果使用偽相位匹配(QPM)作為該周期性極化反轉(zhuǎn)，與整體型相比，能夠進行高效率的波長變換。
另外，極化構(gòu)造在光導(dǎo)波路方向的長度，也稱作相干長度(1c)，如果超過該長度，那么所合成的第2高次諧波的強度就會減小，以該周期反復(fù)出現(xiàn)強度的增減。因此，偽相位匹配，通過以相干長度周期性將極化方向反轉(zhuǎn)，就不會發(fā)生抵消，從而能夠增大第2高次諧波的振幅。
也即，最好將各個極化構(gòu)造在光導(dǎo)波路方向上的長度1c，設(shè)置為讓變換之后的第2高次諧波的振幅的合成成分最大的長度。通過該構(gòu)成，當(dāng)光透過多個極化構(gòu)造時，由于進行讓第2高次諧波的振幅增大的相加，因此，能夠得到高強度的第2高次諧波。另外，由于不會發(fā)生第2高次諧波的振幅的不必要的抵消，因此還能夠?qū)崿F(xiàn)高變換效率。
光導(dǎo)波路4中的周期性極化反轉(zhuǎn)，能夠通過去除LiNbO3的極化反轉(zhuǎn)區(qū)域，通過光刻膠技術(shù)在其表面形成周期性的電極構(gòu)造，通過該電極施加高電壓來進行制作。
如上所述，周期性極化反轉(zhuǎn)LiNbO3稱作PPLN。PPLN的優(yōu)點是，波長變換效率高，能夠產(chǎn)生大功率的可見光。
從圖3(a)的左側(cè)，將激光的基波入射到具有上述構(gòu)造的光強度調(diào)制元件10中。該激光是從AlGaAs激光器或InGaAsP激光器等半導(dǎo)體激光器(圖示省略)所射出的，具有給定的波長。本實施方式中，其波長位于紅外區(qū)域，是1064nm或946nm。另外，將從半導(dǎo)體激光器所出射的沒有發(fā)生變化的激光，稱作基波。入射到了光強度調(diào)制元件10中的激光，透過光強度調(diào)制元件10中的光導(dǎo)波路4，從另一端出射出去。
接下來，對光強度調(diào)制元件10所具有的光強度調(diào)制原來進行說明。首先，圖3(a)中，從光強度調(diào)制元件10的左側(cè)入射激光的基波。將該基波的透過方向(與光導(dǎo)波路4的長度方向相同)，定義為y軸的正方向。將垂直于y軸，且包含有光強度調(diào)制元件10的上表面的方向定義為x方向，將垂直于光強度調(diào)制元件10的上表面(主面)且指向上方的方向定義為z軸的正方向。
該基波最初從光導(dǎo)波路4中的周期性極化反轉(zhuǎn)部(PP1區(qū)域)中透過。此時，PP1區(qū)域的反轉(zhuǎn)周期，被設(shè)定為讓所射出的激光的波長變?yōu)榛úㄩL的1/2，也即將其變換成第2高次諧波(SH波)。
也即，基波波長為1064nm的紅外區(qū)域中的激光，透過了PP1區(qū)域之后，其一部分被變換成波長為1/2的532nm的綠色激光。另外，基波波長為946nm的紅外區(qū)域中的激光，透過了PP1區(qū)域之后，其一部分被變換成波長為1/2的473nm的藍色激光。換而言之，為了得到綠色與藍色可見光區(qū)域中的激光，可以將具有其波長的2倍波長的紅外區(qū)域的激光用作基波。
這里，光導(dǎo)波路方向中的極化構(gòu)造的長度，是根據(jù)激光(紅外光)的基波波長，以及用作基板的非線性光學(xué)材料的折射率來決定的。這里省略其詳細說明，但極化構(gòu)造的長度(圖3(b)中的1c)，例如，如果基波的波長為1064nm，則為3.2μm，如果基波的波長為946nm則為2.3μm。因此，如果要得到綠色激光，則可以將基波波長設(shè)為1064nm，將極化構(gòu)造的長度設(shè)為3.2μm。同樣，如果要得到藍色激光，則可以將基波波長設(shè)為946nm，將極化構(gòu)造的長度設(shè)為2.3μm。但是，該分極構(gòu)造的長度，是在上或下的一個方向的分極構(gòu)造的長度，將上下合并后的一個周期的分級構(gòu)造的長度變?yōu)?倍。
以下，對基波波長為946nm的紅外區(qū)域的激光，入射到光導(dǎo)波路4中的情況進行說明。但是，對于基波波長為1064nm的紅外區(qū)域的激光來說，同樣的說明當(dāng)然也是成立的。
透過了PPI區(qū)域的激光的大部分，是作為基波的946nm的紅外區(qū)域光，其一部分被變換成波長為473nm的藍色光。該紅外與藍色的混合后的激光，入射到非極化部(PM1區(qū)域)中。這里，在相位調(diào)制用電極2a、2b之間，施加給定的電壓，產(chǎn)生了在圖3(a)中的z軸方向上的電場。通過表示對應(yīng)于圖像數(shù)據(jù)的濃度等級，將光的強度調(diào)制到哪個等級的光強度調(diào)制信號，來控制該給定的電壓的大小。
也即，對應(yīng)于例如透過數(shù)碼相機所拍攝的圖像數(shù)據(jù)的濃度等級，將基于光強度調(diào)制信號的電壓提供給第1相位調(diào)整部。通過這樣，對應(yīng)于圖像數(shù)據(jù)的濃度等級，對入射到光強度調(diào)制元件10中的激光的強度進行調(diào)制。
另外，如前所述，LiNbO3一旦被施加電場，其折射率就會發(fā)生變化。且具有折射率的變化，根據(jù)所施加的電場的方向的不同而不同的特性。利用該特性，透過從電極2a、2b給光導(dǎo)波路4施加適當(dāng)?shù)碾妶?，對z方向成分透過性進行控制，進行相位調(diào)制。
透過PM1區(qū)域時，紅外與藍色光的相位均接受調(diào)制，但該調(diào)制的大小在兩者中各不相同。另外，通過掉換施加在相位調(diào)制用電極2上的電壓的極性，對應(yīng)于該極性掉換，相位的變化方向(正負(fù))也顛倒過來。
在PM1區(qū)域中進行了相位調(diào)制的紅外以及藍色激光，接下來透過周期性極化反轉(zhuǎn)部(PP2區(qū)域)。此時，PP2區(qū)域的反轉(zhuǎn)周期也和PP1區(qū)域中的一樣，被設(shè)定為將作為基波的946nm的紅外區(qū)域的光，變換成波長473nm的藍色光。因此，PP2區(qū)域中，混合有在PP1以及PP2區(qū)域中所生成的藍色激光。
這兩個藍色激光波長相同，但相位偏差了在PM1區(qū)域中所調(diào)制的部分。因此，如果這些光存在于同一個區(qū)域中，進行合成之后，其強度并不是兩個光簡單的相加，而是矢量合成。之后，所合成的光，從光強度調(diào)制元件10中的與激光的入射側(cè)相反的一側(cè)，作為SH波出射出來。此時，通過例如紅外光截止濾波器等將紅外光去除，就能夠只得到藍色激光。
換而言之，本實施方式中的光強度調(diào)制元件10，通過在PM1區(qū)域中進行相位調(diào)制，能夠?qū)λ〕龅目梢姽鈪^(qū)域的激光的強度進行控制。PM1區(qū)域中的相位調(diào)制，是通過施加在PM1區(qū)域中的電場所發(fā)生的，該電場是由施加在相位調(diào)制用電極2a、2b之間的電壓所引起的。因此，本發(fā)明能夠通過施加電壓，來容易地控制SH波的強度。
接下來，著眼于相位的變化，對與本發(fā)明相關(guān)的SH波強度的調(diào)制進行說明。圖4為說明與本發(fā)明相關(guān)的光強度調(diào)制元件的一實施方式中的SH波的相位關(guān)系的模式圖。與基波(例如紅外區(qū)域的光)相比，SH波(例如藍色光)的相位調(diào)制較小，因此，為了簡單起見，具有將其忽視為零。
如上所述，首先，在PP1區(qū)域中產(chǎn)生SH波。以下的討論中，以該SH波的相位為基準(zhǔn)，在圖4中通過箭頭(a)來進行表示。也即，圖4中的水平線(單點劃線)是相位的基準(zhǔn)。接下來，基波在透過PM1區(qū)域時，受到大小為φ1的相位調(diào)制。這里，將圖4中的逆時針方向設(shè)為相位增加方向。其結(jié)果是，透過了PM1區(qū)域之后的基波的相位，相對基準(zhǔn)逆時針旋轉(zhuǎn)了φ1。接下來，基波透過PP2區(qū)域時，產(chǎn)生SH波。PP2區(qū)域中所產(chǎn)生的該SH波的相位，與在PM1區(qū)域中受到了φ1的相位調(diào)制的基波的相位相同，因此，通過圖4的箭頭(b)來表示。
如前所述，在PP1區(qū)域中所產(chǎn)生的SH波，透過PM1區(qū)域時的相位調(diào)制較小，因此，保持為圖4的箭頭(a)。因此，從光強度調(diào)制元件10所出射的SH波的相位，是PP1區(qū)域中所產(chǎn)生的SH波(箭頭(a))，與PP2區(qū)域中所產(chǎn)生的SH波(箭頭(b))的合成。也即，箭頭(a)與箭頭(b)的矢量相加結(jié)果(箭頭(c))，是從光強度調(diào)制元件10所出射的SH波的相位。圖4中通過ψ1來表示其大小。
如果PM1區(qū)域中的相位調(diào)制的大小φ1為0則PP1與PP2區(qū)域中所產(chǎn)生的SH波為同相位。因此，SH波互相強相加，從光強度調(diào)制元件10所出射的SH波的輸出為最大。與此相對，如果PM1區(qū)域中的相位調(diào)制的大小φ1為π，則PP1與PP2區(qū)域中所產(chǎn)生的SH波為反相位。因此，SH波互相減弱合成，從光強度調(diào)制元件10所出射的SH波的輸出為最小。也即，這種情況下，SH波的能量回歸到基波的能量。因此，如果讓PP1與PP2區(qū)域中所產(chǎn)生的SH波為反相位，并使得各自的光強度一致，就能夠讓SH波的輸出為0。
如上所述，本實施方式中，通過給激光所透過的光導(dǎo)波路4施加電壓，來調(diào)制激光的相位。另外，激光的相位調(diào)制，等價于激光的強度調(diào)制。因此，根據(jù)本實施方式，通過對施加給光導(dǎo)波路4的電壓的大小進行控制，能夠控制從光強度調(diào)制元件10所輸出的SH波的強度。
上述實施方式1中，光強度調(diào)制元件10，具有兩個周期性極化反轉(zhuǎn)部與1個非極化部，在非極化部中通過所施加的電壓進行相位調(diào)制，也即進行SH波的強度調(diào)制。本實施方式中，對除了實施方式1的構(gòu)造之外，還分別具有1個周期性極化反轉(zhuǎn)部與1個非極化部的構(gòu)造的光強度調(diào)制元件進行說明。另外，根據(jù)需要，將新增加的周期性極化反轉(zhuǎn)部與非極化部稱作校準(zhǔn)部。
圖5為說明與本發(fā)明相關(guān)的光強度調(diào)制元件的1實施方式的模式圖。被標(biāo)注了與上述實施方式1相同的符號的部分，具有與其相同的功能·構(gòu)造，因此省略其說明。另外，坐標(biāo)軸也和圖3(a)所示的一樣。也即，從元件的上表面(主面)的指向上方的法線方向為z軸的正向，激光的行進方向為y軸的正向。
本實施方式中也一樣，在矩形基板1的大約中央部分，直線形成有用來對激光進行導(dǎo)波的光導(dǎo)波路4。之后，以夾持該光導(dǎo)波路4的形式，設(shè)置相位調(diào)制用電極2a、2b、3a、3b。該相位調(diào)制用電極3a、3b，在本實施方式中，是新附加的的構(gòu)成之一。
基板1由非線性光學(xué)晶體LiNbO3(LN鈮酸鋰)制成。相位調(diào)制用電極2a、2b、3a、3b，是用來通過它們施加所期望的大小的電壓，通過這樣來對光導(dǎo)波路4的折射率進行控制。
另外，從激光的基波入射側(cè)，順次將光導(dǎo)波路4中所形成的周期性極化反轉(zhuǎn)部，稱作PP1、PP2以及PP3區(qū)域，將非極化部稱作PM1與PM2。該周期性極化反轉(zhuǎn)部中的PP3區(qū)域，以及非極化部中的PM2區(qū)域，是本實施方式中新增加的構(gòu)成。PP區(qū)域具有作為第3波長變換部的功能，PM1區(qū)域具有作為第2相位調(diào)整部的功能。
從圖5的左側(cè)，將激光的基波入射到具有上述構(gòu)造的光強度調(diào)制元件20中。本實施方式中也一樣，其波長位于紅外區(qū)域，是1064nm或946nm。入射到了光強度調(diào)制元件20中的激光，透過光強度調(diào)制元件20中的光導(dǎo)波路4，從另一端出射出去。
以下，對基波波長為946nm的紅外區(qū)域的激光，入射到光導(dǎo)波路4中的情況進行說明。
首先，入射到光強度調(diào)制元件20中的基波，最初從光導(dǎo)波路4中的周期性極化反轉(zhuǎn)部(PP1區(qū)域)中透過。此時，PP1區(qū)域的反轉(zhuǎn)周期，被設(shè)定為讓所射出的激光的波長變?yōu)榛úㄩL的1/2。因此，透過了PP1區(qū)域的激光的大部分，是作為基波的946nm的紅外區(qū)域光，其一部分被變換成波長為473nm的藍色光。該紅外與藍色的混合激光，入射到非極化部(PM1區(qū)域)中。這里，在相位調(diào)制用電極2a、2b之間，施加給定的電壓，產(chǎn)生了在圖5中的z軸方向上的電場。通過表示對應(yīng)于圖像數(shù)據(jù)的濃度等級，將光的強度調(diào)制到哪個等級的光強度調(diào)制信號，來控制該給定的電壓的大小。通過這樣，激光透過PM1區(qū)域時，受到了相位調(diào)制。
在PM1區(qū)域中進行了相位調(diào)制的紅外以及藍色激光，接下來透過周期性極化反轉(zhuǎn)部(PP2區(qū)域)。此時，PP2區(qū)域的反轉(zhuǎn)周期也和PP1區(qū)域中的一樣，被設(shè)定為將作為基波的946nm的紅外區(qū)域的光，變換成波長473nm的藍色光。因此，PP2區(qū)域中，混合有在PP1以及PP2區(qū)域中所生成的藍色激光。這兩個藍色激光波長相同，但相位偏差了在PM1區(qū)域中所調(diào)制的部分。
接下來，該紅外與藍色的混合激光，入射到非極化部(PM2區(qū)域)中。這里，在相位調(diào)制用電極3a、3b之間，施加給定的電壓，產(chǎn)生了在圖5中的z軸方向上的電場。通過表示對應(yīng)于圖像數(shù)據(jù)的濃度等級，將光的強度調(diào)制到哪個等級的光強度調(diào)制信號，來控制該給定的電壓的大小。通過這樣，激光透過PM2區(qū)域時，受到了相位調(diào)制。
在PM2區(qū)域中進行了相位調(diào)制的紅外以及藍色激光，接下來透過周期性極化反轉(zhuǎn)部(PP3區(qū)域)。此時，PP3區(qū)域的反轉(zhuǎn)周期也和PP1以及PP2區(qū)域中的一樣，被設(shè)定為將作為基波的946nm的紅外區(qū)域的光，變換成波長473nm的藍色光。因此，PP3區(qū)域中，除了在PP1以及PP2區(qū)域中所生成的藍色激光之外，還混合有PP3區(qū)域中所產(chǎn)生的藍色激光。這3個藍色激光波長相同，但相位偏差了在PM1以及PM2區(qū)域中所調(diào)制的部分。之后，這3個藍色激光矢量合成所得到的光，從光強度調(diào)制元件20中的與激光的入射側(cè)相反的一側(cè)，作為SH波出射出來。
換而言之，本實施方式中的光強度調(diào)制元件20，通過在PM1以及PM2區(qū)域中進行相位調(diào)制，能夠?qū)λ〕龅目梢姽鈪^(qū)域的激光的強度進行控制。PM1以及PM2區(qū)域中的相位調(diào)制，是通過施加在相位調(diào)制用電極2a、2b、3a、3b之間的電壓所產(chǎn)生的。因此，換而言之，本發(fā)明能夠通過施加電壓，來容易地控制SH波的強度。
接下來，著眼于相位的變化，對與本發(fā)明相關(guān)的SH波強度的調(diào)制進行說明。圖6為說明與本發(fā)明相關(guān)的光強度調(diào)制元件的1實施方式中的SH波的相位關(guān)系的模式圖。與基波(例如紅外區(qū)域的光)相比，SH波(例如藍色光)的相位調(diào)制較小，因此，為了簡單起見，具有將其忽視為零。
如上所述，首先，在PP1區(qū)域中產(chǎn)生SH波。以下的討論中，以該SH波的相位為基準(zhǔn)，在圖6中通過箭頭(a)來進行表示。也即，圖6中的水平線(單點劃線)是相位的基準(zhǔn)。接下來，基波在透過PM1區(qū)域時，受到大小為φ1的相位調(diào)制。這里，將圖6中的逆時針方向設(shè)為相位增加方向。其結(jié)果是，透過了PM1區(qū)域之后的基波的相位，相對基準(zhǔn)逆時針旋轉(zhuǎn)了φ1。接下來，基波透過PP2區(qū)域時，產(chǎn)生SH波。PP2區(qū)域中所產(chǎn)生的該SH波的相位，與在PM1區(qū)域中受到了φ1的相位調(diào)制的基波的相位相同，因此，通過圖6的箭頭(b)來表示。
接下來，在PM1區(qū)域中受到了大小為φ1的相位調(diào)制的基波，進一步在透過PM2區(qū)域時，受到大小為φ2的相位調(diào)制。也即，合計受到了相對基準(zhǔn)為φ1+φ2的相位調(diào)制。其結(jié)果是，透過了PM2區(qū)域之后的基波的相位，相對基準(zhǔn)逆時針旋轉(zhuǎn)了φ1+φ2。接下來，基波透過PP3區(qū)域時，產(chǎn)生SH波。PP3區(qū)域中所產(chǎn)生的該SH波的相位，與原來的基波的相位相同，因此，通過圖6的箭頭(c)來表示。
如前所述，在PP1區(qū)域中所產(chǎn)生的SH波，透過PM1區(qū)域時的相位調(diào)制較小，因此，保持為圖6的箭頭(a)。因此，從光強度調(diào)制元件20所出射的SH波的相位，是PP1區(qū)域中所產(chǎn)生的SH波(箭頭(a))，與PP2區(qū)域中所產(chǎn)生的SH波(箭頭(b))，以及PP3區(qū)域中所產(chǎn)生的SH波(箭頭(c))的合成。也即，箭頭(a)、(b)以及(c)的矢量相加結(jié)果(箭頭(c))，是從光強度調(diào)制元件20所出射的SH波的相位。
圖6中顯示出箭頭(a)、(b)以及(c)的合成結(jié)果為0。這表示從光強度調(diào)制元件20所出射的SH波的輸出為0。雖然通常并不像該圖所示的這樣，3個箭頭的合成結(jié)果為0，但在滿足3個箭頭的長度形成三角形的條件(1邊的長度，比另兩邊的長度的和小)，就必定存在能夠讓合成結(jié)果為0的φ1與φ2組合。反之，可以說能夠通過控制PM1與PM2區(qū)域中所施加的電壓，讓合成結(jié)果為0，也即，能夠讓光強度調(diào)制元件20所發(fā)射的SH波的輸出為0。
例如，在作為校準(zhǔn)部所添加的PM2區(qū)域中，當(dāng)光調(diào)制信號為最小等級時，也即，本實施方式中希望讓藍色或綠色SH波的輸出最小時，可以提供讓光強度輸出變?yōu)?的修正電壓。
如上所述，本實施方式中，除了實施方式1的構(gòu)造之外，還分別具有1個周期性極化反轉(zhuǎn)部與1個非極化部的構(gòu)造。因此，根據(jù)本實施方式，通過對施加給光導(dǎo)波路4的電壓的大小進行控制，不但能夠控制從光強度調(diào)制元件20所輸出的SH波的強度，還能夠容易地讓光強度調(diào)制元件20所輸出的SH波的輸出為0。
上述實施方式1以及2中的光強度調(diào)制元件10、20，具有周期性極化反轉(zhuǎn)部與非極化部，能夠通過非極化部中所施加的電壓，來進行相位調(diào)制，也即SH波的強度調(diào)制。本實施方式中，對具有該光強度調(diào)制元件10、20的激光光源，也即強度調(diào)制光發(fā)生器進行說明。該強度調(diào)制光發(fā)生器，具有圖2所示的激光曝光裝置中的激光光源106(或108)、準(zhǔn)直透鏡110以及光強度調(diào)制元件112G(或112B)的組合功能。
圖7為說明與本發(fā)明相關(guān)的強度調(diào)制光發(fā)生器L的一實施方式的立體圖。激光裝置L包括具有半導(dǎo)體激光器36的激光發(fā)生部30、將激光發(fā)生部30所產(chǎn)生的激光變換成給定的強度并輸出的光強度調(diào)制元件20。另外，激光發(fā)生部30與光強度調(diào)制元件20，通過接合部40相連接。
激光發(fā)生部30，由發(fā)生給定波長的激光的半導(dǎo)體激光器36、支持半導(dǎo)體激光器36的支持部件34以及載置固定支持部件34的略立方體基座部件32構(gòu)成。半導(dǎo)體激光器36，通常存放在金屬制殼體(圖示省略)內(nèi)，該殼體的底面，安裝有上述基座部件32?；考?2進行半導(dǎo)體激光器36的溫度調(diào)整等工作，具有讓所產(chǎn)生的激光的輸出波長穩(wěn)定的作用，例如由珀耳帖元件等構(gòu)成。
上述半導(dǎo)體激光器36，例如具有雙雜合構(gòu)造、量子井構(gòu)造，可以使用AlGaAs激光器或InGaAsP激光器等半導(dǎo)體激光元件。另外，在半導(dǎo)體激光器36的振蕩波長，在光強度調(diào)制元件20中變換成第2高次諧波的情況下，可以進行選擇，例如在要得到波長532nm的綠色激光的情況下，選擇發(fā)射1064nm的紅外區(qū)域的激光的元件，在要得到波長473nm的藍色激光的情況下，選擇發(fā)射946nm的紅外區(qū)域的激光的元件。另外，半導(dǎo)體激光器36，最好是輸出紅外光的半導(dǎo)體芯片形式。
光強度調(diào)制元件20，通過在形成周期性極化反轉(zhuǎn)層的非線性光學(xué)晶體中，形成用來讓激光透過的光導(dǎo)波路4而構(gòu)成。該光強度調(diào)制元件20，安裝在支持部件54上，另外，為了進行光強度調(diào)制元件20的溫度調(diào)整，將其保持在例如由珀耳帖元件所構(gòu)成的略長方體基座部件52上。
激光發(fā)生部30所產(chǎn)生的激光，通過光纖42導(dǎo)入到光強度調(diào)制元件20中。具體的說，光纖42的一端與半導(dǎo)體激光器36的發(fā)射部光學(xué)結(jié)合，光纖42的另一端與光強度調(diào)制元件20所具有的光導(dǎo)波路4的入射部44光學(xué)結(jié)合。另外，光纖42雖然可以使用通常的光纖，但最好使用光柵光纖。光柵光纖在光纖的內(nèi)核中形成有周期性折射率調(diào)制，通過只反射特定波長的光，能夠起到一種共振反射鏡的作用，具有讓該特定波長的光共振，提高了其光強度之后再輸出的功能。
如果使用這樣的光柵光纖，作為將激光發(fā)生部30與光強度調(diào)制元件20連接起來的光纖，能夠通過共振作用，例如只讓半導(dǎo)體激光器36所發(fā)出的1064nm或946nm的激光變成強光，進行穩(wěn)定的輸出，另外，具有除此之外的波長成分的激光沒有受到相關(guān)共振作用，而直接輸出，由于能夠讓半導(dǎo)體激光器36的激光輸出較為穩(wěn)定，因此是很理想的。也即，通過使用光柵光纖，能夠防止與振蕩波長不同的波長的光，返回半導(dǎo)體激光器36，因此，激光器振蕩較穩(wěn)定。另外，光柵光纖一般可以通過給石英類單模式光纖，照射準(zhǔn)分子激光器紫外光，來進行制造。
下面對照圖7，對激光裝置L的動作進行說明。從圖示省略了的驅(qū)動電路，給半導(dǎo)體激光器36供應(yīng)驅(qū)動電流之后，產(chǎn)生給定波長(例如1064nm的激光)的激光。此時，半導(dǎo)體激光器36還伴隨有發(fā)熱，通過珀耳帖元件所構(gòu)成的基座部件32來進行溫度調(diào)節(jié)，能夠保持一定的溫度，實現(xiàn)輸出波長的穩(wěn)定化。
半導(dǎo)體激光器36所發(fā)射的激光，使用光學(xué)透鏡系統(tǒng)等入射到光纖42的一端側(cè)，通過光纖42，導(dǎo)入到光強度調(diào)制元件20的光導(dǎo)波路4的入射端面(入射部44)中。這里，為了將光纖42與光導(dǎo)波路4的入射側(cè)端面連接起來，而使用例如能夠透光的紫外線硬化型粘接劑。激光在光強度調(diào)制元件20中，波長對應(yīng)于極化反轉(zhuǎn)層(PP1、PP2以及PP3區(qū)域)的周期進行變換。例如，如果將極化反轉(zhuǎn)周期設(shè)為能夠產(chǎn)生第2高次諧波，則在從半導(dǎo)體激光器36入射波長為1064nm的激光的情況下，根據(jù)從光導(dǎo)波路4中通過，被變換成波長為1/2的532nm的綠色激光。如果入射激光是波長946nm的激光，則被變換成波長為1/2的473nm的藍色激光。
如上所述，與本發(fā)明相關(guān)的強度調(diào)制光發(fā)生器，與作為以前的光強度調(diào)制元件的AOM等相比較小，且能夠通過施加電壓來簡單地對光強度進行調(diào)制。因此，具有與本發(fā)明相關(guān)的強度調(diào)制光發(fā)生器的激光曝光裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)進一步的小型化。
實施例1下面對與本發(fā)明相關(guān)的光強度調(diào)制元件的具體實施例進行說明。
圖8為與本發(fā)明相關(guān)的具有校準(zhǔn)部的光強度調(diào)制元件的1實施例中的結(jié)構(gòu)圖。光強度調(diào)制元件60中，在矩形基板61的寬度方向的中央部分，直線形成有用來對激光進行導(dǎo)波的光導(dǎo)波路64。之后，以夾持該光導(dǎo)波路64的形式，設(shè)置相位調(diào)制用電極焊盤62a、62b、63a、63b。
基板61由非線性光學(xué)晶體LiNbO3(LN鈮酸鋰)制成。本實施例中，其大小為在激光透過方向(圖8中的橫向，也即基板的長邊方向)上為15.4839mm，在垂直于透過方向的方向(圖8中的縱向)上為3.0mm。
光導(dǎo)波路64用來讓激光透過，直線形成在基板61內(nèi)。該光導(dǎo)波路64，通過例如上述的質(zhì)子交換法進行制作，其寬度約為5μm。另外，光導(dǎo)波路64中，交互排列形成有周期性極化反轉(zhuǎn)部與非極化部。以下，是激光的基波入射側(cè)，也即圖8的左側(cè)，順次將周期性極化反轉(zhuǎn)部稱作PP1、PP2與PP3區(qū)域，將非極化部稱作PM1與PM2區(qū)域。各個區(qū)域的(圖8中的橫向)長度，按照PP1、PM1、PP2、PM2、PP3區(qū)域的順序，分別為4.9956mm、3.4975mm、4.9956mm、0.997mm、0.9982mm。
另外，周期性極化反轉(zhuǎn)部(PP1、PP2與PP3區(qū)域)通過質(zhì)子交換法形成。其極化構(gòu)造的長度為2.3μm。也即，作為波長變換部的周期性極化反轉(zhuǎn)部在光導(dǎo)波路方向的長度，被設(shè)定為極化構(gòu)造在光導(dǎo)波路方向上的長度的整數(shù)倍。具體的說，PP1與PP2區(qū)域的長度為各個極化構(gòu)造的長度(圖3(b)的1c)的2172倍，PP3區(qū)域的長度為極化構(gòu)造的長度的434倍。
相位調(diào)制用電極焊盤62a、62b、63a、63b設(shè)置在基板61的上面(主面)，與圖示省略了的電氣線路相連接。這里，相位調(diào)制用電極焊盤62a、63a的電位為0V，構(gòu)成所謂的地(G)。因此，PM1與PM2區(qū)域中，相位調(diào)制用電極焊盤62b與63b的電位成為施加給光導(dǎo)波路64的電壓。也即，相位調(diào)制用電極焊盤62b的電位為施加給PM1區(qū)域的電壓(以下稱作V1)，相位調(diào)制用電極63b的電位為施加給PM2區(qū)域的電壓(以下稱作V2)該相位調(diào)制用電極焊盤62a、62b、63a、63b，通過濺射與光刻膠技術(shù)制作出來。另外，該相位調(diào)制用電極焊盤62a、62b、63a、63b的大小，在縱橫方向上都為0.5mm。另外，PM1與PM2區(qū)域中，垂直于光導(dǎo)波路64的方向(圖8的縱向)上的電極線的寬度，在與相位調(diào)制用電極焊盤62a相連接的G側(cè)，以及與相位調(diào)制用電極62b相連接的+側(cè)，均為20μm。
如圖8所示，本實施例中，PM1與PM2區(qū)域中，在光導(dǎo)波路64的寬度方向的大約一半處，重疊構(gòu)成有與相位調(diào)制用電極焊盤62b、63b相連接的+側(cè)電極線。另外，與相位調(diào)制用電極焊盤62a、63a相連接的G側(cè)電極線，形成在距離光導(dǎo)波路大約20μm的位置上。通過該構(gòu)成，在光導(dǎo)波路64的PM1以及PM2區(qū)域中，產(chǎn)生基板61的上面(主面)的法線方向上的電場，構(gòu)成光導(dǎo)波路64的LiNbO3的折射率發(fā)生變化。
使用如上所構(gòu)成的光強度調(diào)制元件60，構(gòu)成如圖7所示的強度調(diào)制光發(fā)生器。使用發(fā)射波長946nm的激光的元件作為激光光源36，該激光光源36與光強度調(diào)制元件60，經(jīng)光纖42相連接。另外，強度調(diào)制光發(fā)生器中，激光光源36所發(fā)射的光并不全部被變換成SH波(第2高次諧波)，因此，為了去除來自激光光源36的紅外光，讓從光強度調(diào)制元件60中所出射的光，從圖示省略了的IR(紅外光)截止濾波器中通過。
這樣所構(gòu)成的強度調(diào)制光發(fā)生器中，進行SHG測定的結(jié)果如圖9所示。圖9為說明與本發(fā)明相關(guān)的強度調(diào)制光發(fā)生器的1實施例中的，SHG輸出(可見光輸出)與電壓V1之間的關(guān)系的曲線圖。橫軸為相位調(diào)制用電極焊盤62a與62b之間所施加的電壓，也即施加在PM1區(qū)域中的電壓V1。該電壓V1，例如是在將強度調(diào)制光發(fā)生器裝配到激光曝光裝置中等時，根據(jù)對應(yīng)于圖像數(shù)據(jù)的濃度水平的光強度調(diào)制信號而施加的。另外，施加在PM2區(qū)域中的電壓V2，固定為V2＝10V?？v軸表示作為SHG的結(jié)果的，強度調(diào)制光發(fā)生器所發(fā)射的波長470nm的可見光的輸出。且該縱軸的值，通過可見光輸出的最大值進行了標(biāo)準(zhǔn)化，也就是說是相對值。
另外，以構(gòu)成基板61的LiNbO3為代表的通常的非線性光學(xué)材料中，具有將入射光變換成SHG時的效率的溫度依賴性。因此，將非線性光學(xué)材料保持在最佳溫度中，是用來得到高輸出的重要的因素。進行本測定時的光強度調(diào)制元件60的溫度為55.2℃。這是讓強度調(diào)制光發(fā)生器所發(fā)射的可見光輸出為最大時的溫度。
所得到的可見光輸出，隨著電壓V1的變化而平滑地變化。其值在V1＝-12V附近，幾乎變?yōu)?，隨著電壓V1的上升而增加，在V1＝17V附近達到最大。上述最大輸出與最小輸出的值，分別為300μW與0.3μW，消光比為1/1000。
本實施例中，使用波長940nm的激光作為激光光源，得到波長470nm的藍色可見光輸出。但本發(fā)明并不僅限于此，例如，還可以使用波長1064nm的激光作為激光光源，得到波長532nm的綠色可見光輸出。也即，根據(jù)本發(fā)明，可以使用具有所期望的可見光的兩倍波長的激光光源，制作具有與其相配的極化反轉(zhuǎn)周期的光強度調(diào)制元件，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)小型且能夠進行輸出調(diào)制的SHG激光器。
如上所述，本實施例的相關(guān)具有光強度調(diào)制元件的強度調(diào)制光發(fā)生器，具有輸出可變的大消光比，同時，能夠通過施加電壓來平滑地控制SHG輸出。并且，由于不需要以前一直使用的強度調(diào)制用AOM，因此能夠讓光強度調(diào)制元件的全長較短。另外，與馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder)型相比，還具有綜合損耗較小這一優(yōu)點。通過這樣，與本發(fā)明相關(guān)的具有強度調(diào)制光發(fā)生器的激光曝光裝置，以及具有該激光曝光裝置的照片處理裝置的特征在于，能夠更加緊湊化，同時其輸出可變也很容易。
本實施方式中，對使用非線性光學(xué)晶體作為光導(dǎo)波路4的情況進行了說明，但也可以使用非線性有機高分子等材料。
另外，光強度調(diào)制元件上的電極的形態(tài)，也并不僅限于通過一對電極(例如圖3(a)中的2a與2b)將光導(dǎo)波路夾在中間這種形態(tài)，只要能夠向光導(dǎo)波路施加電場，不管采用哪種形態(tài)都可以。
另外，作為非線性光學(xué)晶體，除了LiNbO3(LN)之外，還可以采用MgO摻雜LiNbO3(MgOLN)、LiTaO3(LT)、KTiOPoP4(KTP)、RbTiOAsO4、RbTiOPO4等。
另外，本實施方式中，通過質(zhì)子交換法來制造光導(dǎo)波路，但本發(fā)明并不僅限于此，還可以使用其他制造方法。例如可以通過Ti擴散法或Li外擴散法等進行制造。
本實施方式，以將光強度調(diào)制元件用作照片處理裝置的激光曝光裝置中的光源的情況為例進行了說明，但本發(fā)明并不僅限于此。例如，還可以作為彩色激光打印機或彩色復(fù)印機，以及光盤裝置等各種裝置的光源進行使用。
權(quán)利要求
1.一種光強度調(diào)制元件，其特征在于非線性光學(xué)晶體所制成的基板的主面形成有向一方向的光導(dǎo)波路，并且，上述光導(dǎo)波路中，在上述光導(dǎo)波路方向上極性周期交互反轉(zhuǎn)地形成有對上述基板的厚度方向上的極化構(gòu)造，且分別形成有將入射到上述光導(dǎo)波路中的紅外光的一部分變換成第2高次諧波的第1、第2波長變換部，另外在上述第1、第2波長變換部之間，形成有具有夾持上述光導(dǎo)波路而相對配置的一對電極的第1相位調(diào)整部。
2.如權(quán)利要求1所述的光強度調(diào)制元件，其特征在于根據(jù)上述紅外光的波長，決定各個極化構(gòu)造在上述光導(dǎo)波路方向上的長度。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的光強度調(diào)制元件，其特征在于各個極化構(gòu)造在上述光導(dǎo)波路方向上的長度，被設(shè)為使變換后的上述第2高次諧波的振幅的合成成分最大的長度。
4.如權(quán)利要求1～3中的任一個所述的光強度調(diào)制元件，其特征在于各個波長變換部在上述光導(dǎo)波路方向上的長度，被設(shè)為上述極化構(gòu)造在上述光導(dǎo)波路方向上的長度的整數(shù)倍。
5.如權(quán)利要求1～4中的任一個所述的光強度調(diào)制元件，其特征在于通過上述一對電極，對上述第1相位調(diào)整部，施加基于光強度調(diào)制信號的電壓。
6.如權(quán)利要求1～5中的任一個所述的光強度調(diào)制元件，其特征在于第2高次諧波，具有在可見光區(qū)域中的藍色的波長。
7.如權(quán)利要求1～5中的任一個所述的光強度調(diào)制元件，其特征在于第2高次諧波，具有在可見光區(qū)域中的綠色的波長。
8.如權(quán)利要求1～7中的任一個所述的光強度調(diào)制元件，其特征在于非線性光學(xué)晶體是鈮酸鋰。
9.如權(quán)利要求8所述的光強度調(diào)制元件，其特征在于第2高次諧波，具有在可見光區(qū)域中的藍色的波長，上述各個極化構(gòu)造在上述光導(dǎo)波路方向上的長度為2.3μm。
10.如權(quán)利要求8所述的光強度調(diào)制元件，其特征在于第2高次諧波，具有在可見光區(qū)域中的綠色的波長，上述各個極化構(gòu)造在上述光導(dǎo)波路方向上的長度為3.2μm。
11.如權(quán)利要求1～10中的任一個所述的光強度調(diào)制元件，其特征在于具有在光導(dǎo)波路方向，與上述第2波長變換部相鄰接，具有夾持上述光導(dǎo)波路而相對配置的一對電極的第2相位調(diào)整部，以及在上述光導(dǎo)波路中，在上述光導(dǎo)波路方向上極性周期交互反轉(zhuǎn)地形成有在上述基板的厚度方向上的極化構(gòu)造，且將入射到上述光導(dǎo)波路中的紅外光的一部分變換成第2高次諧波的第3波長變換部。
12.如權(quán)利要求11所述的光強度調(diào)制元件，其特征在于對第2相位調(diào)整部，提供在光強度調(diào)制信號為最小等級時，讓光強度輸出為0等級的修正電壓。
13.一種強度調(diào)制光發(fā)生器，其特征在于，具有如權(quán)利要求1～12中的任一個所述的光強度調(diào)制元件，以及向上述第1波長變換部的光導(dǎo)波路發(fā)射紅外光的激光光源。
14.如權(quán)利要求13所述的強度調(diào)制光發(fā)生器，其特征在于激光光源與光強度調(diào)制元件通過光纖光柵相連接。
15.一種激光曝光裝置，其特征在于具有如權(quán)利要求13或14所述的強度調(diào)制光發(fā)生器作為感光用激光光源。
16.一種照片處理裝置，其特征在于，具有通過將基于對應(yīng)于圖像數(shù)據(jù)的濃度等級的光強度調(diào)制信號的電壓，供給上述相位調(diào)整部，來進行光強度輸出調(diào)制的如權(quán)利要求15所述的激光曝光裝置，以及將上述激光曝光裝置所出射的激光導(dǎo)入給照片感光材料的光學(xué)系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種小型而能夠進行光強度調(diào)制的，且變換為第2高次諧波的效率較高的光強度調(diào)制元件。非線性光學(xué)晶體所制成的基板的主面形成有向某一方向的光導(dǎo)波路，該光導(dǎo)波路中，形成有在上述光導(dǎo)波路方向上極性周期交互反轉(zhuǎn)地形成有在上述基板的厚度方向上的極化構(gòu)造。這樣，該光導(dǎo)波路中，形成有分別將所入射的紅外光的一部分變換成第2高次諧波的第1.第2波長變換部，另外在上述第1.第2波長變換部之間，形成有具有夾持上述光導(dǎo)波路而相對配置的一對電極的第1相位調(diào)整部。
文檔編號G05D25/00GK1721984SQ200510083629
公開日2006年1月18日 申請日期2005年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月15日
發(fā)明者橫尾雅一, 石井智之, 真野晃造, 興雄司, 岡田龍雄 申請人:諾日士鋼機株式會社