專利名稱：波長變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及把半導體激光器件和形成平面型光導波線路的非線性光學元件在襯底集成化安裝的波長變換裝置。
背景技術(shù)：
為了實現(xiàn)光盤的高密度及顯示器的高清晰度，產(chǎn)生從藍色到紫色的激光的小型短波長光源。作為用于獲得該波長區(qū)域的激光，具體的方法是，通過使用平面型光導波線路的準相位匹配方式(a quasi-quase-matching method)的波長變換裝置，使發(fā)生第二諧波，半導體激光的波長從850nm到425nm的變換方法(a second harmonic-wave generation method，下面稱為SHG)。
在根據(jù)該方法的短波長光源的小型化方面，有效的是使波長變換裝置和半導體激光器件集成安裝在一塊襯底上。
作為象這樣的小型的短波長光源的一個例子，在圖15中展示了公開于特開2000-284135號公報中的波長變換裝置。
在硅襯底300上集成安裝半導體激光器件306和平面型光導波線路裝置305。平面型光導波線路裝置305是在Mg摻雜的LiNbO3襯底302上形成質(zhì)子交換平面型光導波線路304和形成周期極化顛倒區(qū)域的折射光柵(未圖示)的波長變換裝置。而且，在硅襯底300上形成與半導體激光器件306電連接的電極307，在與平面型光導波線路304相距10μm位置上形成調(diào)整鍵301。平面型光導波線路304的兩側(cè)用與調(diào)整鍵301同樣的材料(例如Ta制)及同樣厚度的膜附加調(diào)整鍵303。而且，在半導體激光器件306上也形成調(diào)整鍵308。
這里，半導體激光器件306是分布布拉格反射型(Distributed BraggReflector，下面稱為DBR)半導體激光器件，如圖15所示，電極307對應于作為波長控制區(qū)域的一種的DBR區(qū)域與半導體激光器件306的增益區(qū)域連接。
并且，半導體激光器件306和平面型光導波線路裝置305安裝在硅襯底300上，使得從半導體激光器件306中射出的激光沿平面型光導波線路裝置305的光導波線路304中引向，并且，調(diào)整鍵308、303、301被配置在所定的位置上。然后，在該波長變換器裝置中，硅襯底300的中心線M1-M2、半導體激光器件306的中心線M3-M4及平面型光導波線路裝置305的中心線M5-M6的每個大體一致。
將來為了比現(xiàn)狀進一步使光盤和使用顯示器的光信息處理系統(tǒng)小型化，有必要使光盤等的光拾取部分小型化。為了使光拾取部分小型化，有效的是進一步使波變換裝置的小型化。
另一方面，在電驅(qū)動象這樣波長變換裝置的情況下，必須控制從半導體激光器件306中射出的激光振蕩波長，使依據(jù)SHG的該激光的變換效率最大。
圖15所示的波長變換裝置中，在電極307內(nèi)利用在與DBR區(qū)域連接的電極上通過的電流值調(diào)整，使DBR區(qū)域的折射率變化，通過改變布拉格波長控制振蕩波長。在該波長變換裝置中，由于半導體激光器件306僅由增益區(qū)域和DBR區(qū)域2個區(qū)域組成，所以，不能控制射出的激光的相位。因此，如果通過加電在DBR區(qū)域的布拉格波長改變，那么，振蕩的波長變得不連續(xù)，產(chǎn)生所謂模式電波反射。在該情況下，振蕩波長的控制變得困難，往往會引起重大故障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種小型波長變換裝置，在半導體襯底上成集成安裝半導體激光器件和光導波線路裝置。
為了達到上述目的，本發(fā)明的波長變換裝置，利用SHG進行波長變換產(chǎn)生激光，其特征是，備有具有多個電極的襯底；安裝在襯底上，對多個電極進行電連接的半導體激光器件；具有對從半導體激光器件射出的激光作導波，變換其波長的光導波線路的非線性光學元件。并且，非線性光學元件被安裝在該襯底上，該非線性光學元件的光導波線路與襯底的中心線隔離。
并且，為了達到上述目的，本發(fā)明的波長變換裝置，利用SHG進行波長變換產(chǎn)生激光，其特征是，具有多個電極的襯底；與多個電極進行電連接的半導體激光器件；具有對從半導體激光器件射出的激光導波，變換其波長的光導波線路的非線性光學元件。并且，半導體激光器件、非線性光學元件及多個電極在襯底上大致被安裝在同一直線上。
還有，本發(fā)明目的在于提供一種波長變換裝置，可穩(wěn)定地控制從半導體激光器件射出的激光的振蕩波長。
為了達到上述目的，本發(fā)明的波長變換裝置，利用SHG進行波長變換產(chǎn)生激光，其特征是，備有具有多個電極的襯底；安裝在襯底上，由增益區(qū)域、相位控制區(qū)域、波長控制區(qū)域的3個區(qū)域構(gòu)成的半導體激光器件；安裝在襯底上，變換從所述半導體激光器件射出的激光的波長的非線性光學元件。而且，多個電極由對應于3個區(qū)域形成的第一電極組，和用于與外部電源的布線導線的第二電極組組成，半導體激光器件的3個區(qū)域與第一電極組對應的的電極作電連接，還有，該第一電極組通過各導線與第二電極組對應的電極連接。這些導線內(nèi)，在波長控制區(qū)域上分別與至少半導體激光器件的相位控制區(qū)域連接的導線，具有起電阻作用的部分。


圖1是表示實施例1的波長變換裝置的平面圖；圖2是表示實施例2的波長變換裝置的平面圖；圖3是表示實施例3的波長變換裝置的平面圖；圖4是表示實施例3的波長變換裝置的平面圖；圖5是表示實施例5的波長變換裝置的平面圖；圖6是表示實施例6的波長變換裝置的平面圖；圖7是表示實施例7的波長變換裝置的平面圖；圖8是表示實施例8的波長變換裝置的平面圖；圖9是表示實施例9的波長變換裝置的平面圖；圖10是表示實施例10的波長變換裝置的平面圖；圖11是表示實施例11的波長變換裝置的平面圖；圖12是表示實施例12的波長變換裝置的平面圖；圖13是表示半導體激光器件的振蕩縱向模式次數(shù)和DBR區(qū)域和給相位控制區(qū)域通電的電流大小關(guān)系圖表；圖14是表示用同一電壓驅(qū)動半導體激光器件的相位控制區(qū)域和DBR區(qū)域的狀態(tài)的電路圖；圖15是表示已有技術(shù)的波長變換裝置的平面圖。
具體實施例方式
下面參照附圖來說明本發(fā)明的實施例。
實施例1
圖1是表示本實施例的波長變換裝置的平面圖。在硅襯底5(寬3mm、長15mm)作出電極1、電極2、電極3圖形，集成化安裝DBR激光器件4(寬0.3mm、長1.2mm)及非線性光學元件7(寬2.8mm、長10mm)。6是光導波線路；8是在光導波線路6上形成的折射光柵。100是光導波線路6的中心線。M1a-M2a是硅襯底5的寬度方向的中心線，M5a-M6a是非線性光學元件7的寬度方向中心線。下面，在本發(fā)明的波長變換裝置中，把與光導波線路垂直的方向稱為寬度方向，把與光導波線路平行的方向稱為長度方向。
DBR激光器件4由調(diào)節(jié)射出的激光的輸出強度的增益區(qū)域、使激光相位變化的相位控制區(qū)域、及使具有振蕩波長的激光返回到諧振器方向的DBR區(qū)域的3個區(qū)域(即便在以下的實施例中這些區(qū)域的功能也相同)構(gòu)成。
在該3個區(qū)域上，形成各個在電氣上分別獨立的電極(未圖示)。DBR激光器件4使具有其pn結(jié)的面向著硅襯底5側(cè)，通過減結(jié)，對應增益區(qū)域、相位控制區(qū)域、DBR區(qū)域的電極分別焊接到硅襯底5上的電極1、電極2、電極3，安裝在硅襯底5上。而且，在各電極上，形成用于進行與外部電源的導線布線的導線焊接區(qū)域，使得可電驅(qū)動增益區(qū)域、相位控制區(qū)域、DBR區(qū)域的各區(qū)域。
這樣，DBR激光器件4的增益區(qū)域、相位控制區(qū)域、DBR區(qū)域分別與電極1、電極2、電極3電連接。在該狀態(tài)下，利用向各電機極發(fā)送電信號，可使從DBR激光元件4射出的激光振蕩波長變化。從DBR激光器件4射出的激光其振蕩表波長被設(shè)定為820nm，用單一縱向方式振蕩。
而且，非線性光學元件7由LiNbO3組成，形成具有折射光柵8的光導波線路6。非線性光學元件7利用紫外線固化材料等粘接劑固定在硅襯底5的規(guī)定位置上。
折射光柵8利用施加的外部電場，使LiNbO3的結(jié)晶極化顛倒形成。光導波線路6與DBR激光器件4以3μm以下的間隔設(shè)置，使從DBR激光器件4射出的激光被可靠地導入。
激光當沿光導波線路6中導波時，利用根據(jù)折射光柵8的折射，通過使非線性光學元件7中產(chǎn)生的波長410nm的第二高次諧波光(下面稱為SHG光)，和振蕩波長820nm的激光作準相位匹配，得到輸出強度高的SHG光。而且，通過控制從DBR激光器件4射出的激光振蕩波長，也可提高向SHG光的變換效率。
在本實施例中，如圖1所示，非線性光學元件7在襯底上的安裝狀態(tài)是，其光導波線路6的中心線100距硅襯底5的中心線M1a-M2a相隔1.0mm。象這樣，光導波線路6未必形成在非線性光學元件7的中心線M5a-M6a上。
并且，在圖1中，盡管非線性光學元件7被安裝成硅襯底5的中心線M1a-M2a和非線性光學元件7的中心線M5a-M6a一致，但是，兩者未必一致。
還有，在非線性光學元件7中，光導波線路6的SHG光射出側(cè)端部位于距硅襯底5的邊緣5μm外側(cè)。以此，在本實施例中，通過硅襯底5反射而不散射，在從非線性光學元件7射出的SGH光中得到良好的遠視野象。
根據(jù)本實施例，非線性光學元件7通過與其光導波線路6距硅襯底5中心線M1a-M2a相隔離狀態(tài)被安裝在襯底上，可使波長變換裝置的寬度窄至5mm以下。獲得大體與非線性光學元件7的大小相等的小型波長變換裝置。
實施例2圖2表示本實施例的波長變換裝置的平面圖。在硅襯底5(寬度2mm、長度6mm)上作出電極1、電極2、電極3的圖形，集成安裝DBR激光器件4(寬度0.3mm、長度1.2mm)及非線性光學元件7(寬度2.8mm、長度10mm)。6是光導波線路，8是由光導波線路6形成的折射光柵。100是光導波線路6的中心線。M1b-M2b是硅襯底5的寬度方向中心線，M5b-M6b是非線性光學元件7的寬度方向中心線。象這樣，在本實施例的波長變換裝置中，有關(guān)使硅襯底5小型化，規(guī)定在硅襯底5上的長度方向安裝DBR激光器件4的區(qū)域的長度為3mm這一點，非線性光學元件7以其光導波線路6的中心線100離硅襯底5的中心線0.7mm的狀態(tài)被安裝在襯底上這一點以外的構(gòu)成，所包括的由光導波線路6使從DBR激光元件4射出的激光可靠地被導入，非線性光學元件7以與DBR激光器件4相隔3μm以下的間隔被設(shè)置這一點，在非線性光學元件7中，射出光導波線路6的SHG光側(cè)的端部置于距硅襯底5的邊緣5μm外側(cè)這一點，由于與實施例1的波長變換裝置構(gòu)成一樣，所以說明從略。
根據(jù)本實施例，不僅獲得與實施例1相同的效果，而且，通過縮短硅襯底5的長度，由于非線性光學元件7安裝在硅襯底5上的區(qū)域窄，所以非線性光學元件7和硅襯底5接觸產(chǎn)生的光導波線路6的撓度可減少，也可提高從由DBR激光器件4射出的激光向SHG光的變換效率。
實施例3圖3表示本實施例波長變換裝置的平面圖。在硅襯底5(寬度為3.0mm、長度為12mm)上，作電極9、電極10、電極11的圖形，集成化安裝DBR激光器件4(寬度為0.3mm、長度為1.2mm)及非線性光學元件7(寬度為2.8mm、長度為10mm)。6是由光導波線路，8為在光導波線路6形成的折射光柵。100是光導波線路6的中心線。M1c-M2c是硅襯底5的寬度方向的中心線，M5c-M6c是非線性光學元件7的寬度方向的中心線。
DBR激光器件4由增益區(qū)域、相位控制區(qū)域、及DBR區(qū)域3個區(qū)域構(gòu)成。
在該3個區(qū)域上形成各個電氣獨立的電極(未圖示)。DBR激光器件4使具有其pn結(jié)的面向著硅襯底5側(cè)，利用結(jié)減少，對應于增益區(qū)域、相位控制區(qū)域、DBR區(qū)域的電極分別焊接在各電極9的區(qū)域9b、電極10的區(qū)域10b、電極11的區(qū)域11b上，安裝在硅襯底5上。
在電極9、10、11上為了可分別電氣驅(qū)動DBR激光器件4的增益區(qū)域、相位控制區(qū)域、DBR區(qū)域的各區(qū)域，形成用于進行與外部電源導線布線的導線焊接區(qū)域9a、10a、11a。并且，與這些導線焊接區(qū)域和在DBR激光器件4的各區(qū)域上形成的電極連接的區(qū)域9b、10b、11b(下面稱為連接區(qū)域)之間的橫寬要小于導線焊接區(qū)域和連接區(qū)域的各區(qū)域的橫寬。這樣，利用在硅襯底5上形成的各電極寬度的一部分變窄，可減少這些電極的寄生電容。
象這樣，本實施例的波長變換裝置有關(guān)使在硅襯底5上形成的各電極的寬度一部分作窄這一點，非線性光學元件7以其光導波線路6的中心線100與硅襯底5的中心線隔離1.0mm的狀態(tài)被安裝在襯底上這一點以外的結(jié)構(gòu)，所包括的非線性光學元件7以與DBR激光器件4相隔3μm以下的間隔設(shè)置這一點，在非線性光學元件7中，光導波線路6的射出SHG光側(cè)端部位于距硅襯底5邊緣5μm外側(cè)這一點，由于與實施例1的波長變換裝置的構(gòu)成相同，所以說明從略。
根據(jù)本實施例，不僅取得與實施例1同樣的效果，而且，通過硅襯底5上形成的各電極的寬度一部分作窄，可減少這些電極的寄生電容，可提高DBR激光器件4的電調(diào)制波。
實施例4圖4表示本實施例的波長變換裝置的平面圖。在硅襯底5(寬度為2.0mm、長度為6.0mm)上作成電極9、電極10、電極11圖形，集成安裝DBR激光器件4(寬度為0.3mm、長度為1.2mm)及非線性光學元件7(寬度為2.8mm、長度為10mm)。6為光導波線路，8為由光導波線路6形成的折射光柵。100是光導波線路6的中心線。M1d-M2d是硅襯底5的寬度方向的中心線，M5d-M6d是非線性光學元件7的寬度方向的中心線。
DBR激光器件4由增益區(qū)域、相位控制區(qū)域、及DBR區(qū)域的3個區(qū)域組成。
在3個區(qū)域上分別電氣獨立地形成電極(未圖示)。DBR激光器件4使具有其pn結(jié)的面朝向硅襯底5側(cè)，利用結(jié)減少，對應于增益區(qū)域、相位控制區(qū)域、DBR區(qū)域的電極被焊接在各個電極9的區(qū)域9b、電極10的區(qū)域10b、電極11的區(qū)域11b上，安裝在硅襯底5上。
在電極9、10、11上為了可分別電氣驅(qū)動DBR激光器件4的增益區(qū)域、相位控制區(qū)域、DBR區(qū)域的各區(qū)域，形成用于進行與外部電源導線布線的導線焊接區(qū)域9a、10a、11a。并且，與這些導線焊接區(qū)域和在DBR激光器件4的各區(qū)域上形成的電極連接的區(qū)域9b、區(qū)域10b、區(qū)域11b(下面稱為連接區(qū)域)之間的橫寬要小于導線焊接區(qū)域和連接區(qū)域的各區(qū)域的橫寬。這樣，利用在硅襯底5上形成的各電極寬度的一部分變窄，可減少這些電極的寄生電容。象這樣，本實施例的波長變換裝置有關(guān)硅襯底5小型化，規(guī)定在硅襯底5上的長度方向安裝DBR激光器件4的區(qū)域長度為3mm這一點，非線性光學元件7以其光導波線路6的中心線100與硅襯底5的中心線隔離0.7mm的狀態(tài)被安裝在襯底上這一點，使在硅襯底5上形成的各電極寬度部分變窄這一點外的結(jié)構(gòu)，所包括的非線性光學元件7以與DBR激光器件4相隔3μm以下的間隔設(shè)置這一點，在非線性光學元件7中，射出光導波線路6的SHG光側(cè)端部位于距硅襯底5邊緣5μm外側(cè)這一點，由于與實施例1的波長變換裝置的構(gòu)成相同，所以說明從略。
根據(jù)本實施例，不但取得與實施例1同樣的效果，而且通過縮短硅襯底5的長度，由于在硅襯底5上安裝非線性光學元件7的區(qū)域作窄，所以通過非線性光學元件7和硅襯底5的接觸產(chǎn)生的光導波線路6的撓度得以減少，從由DBR激光器件4射出的激光向SHG光的變換效率也可提高。而且，利用在硅襯底5上形成的各電極的寬度部分作窄，能降低這些電極的寄生電容，可提高DBR激光器件4的電解調(diào)頻率。
實施例5圖5表示本實施例的波長變換裝置的平面圖。在硅襯底112(寬度為3mm、長度為15mm)上作成電極101、電極102、電極103、電極104、電極105、電極106的圖形，集成安裝DBR激光器件107(寬度為0.3mm、長度為1.2mm)及非線性光學元件115(寬度為2.8mm、長度為10mm)。110為光導波線路，111為由光導波線路110形成的折射光柵。100是光導波線路110的中心線。
DBR激光器件107由增益區(qū)域、相位控制區(qū)域、及DBR區(qū)域的3個區(qū)域組成。
在3個區(qū)域上分別電氣獨立地形成電極(未圖示)。DBR激光器件107使具有其pn結(jié)的面朝向硅襯底112側(cè)，利用結(jié)減少，對應于增益區(qū)域、相位控制區(qū)域、DBR區(qū)域的電極被焊接在各個電極101、電極102、電極103(下稱連接電極)，安裝在硅襯底112上。
而且，電極104、105、106為了能分別電驅(qū)動DBR激光器件107的增益區(qū)域、相位控制區(qū)域、DBR區(qū)域的各區(qū)域，可作為用于進行與外部電源的導線布線的導線焊接電極。并且，這些導線焊接電極和對應于DBR激光器件107的各區(qū)域形成的連接電極之間分別利用導線13a、13b、13c連接。在該狀態(tài)下，通過給各連接電極發(fā)送電信號，可改變從DBR激光器件107中射出的激光的振蕩波長。從DBR激光器件107中射出的激光其振蕩波長被設(shè)定成820nm，以單一模式振蕩。
并且，非線性光學元件115由LiNbO3組成，形成具有折射光柵111的光導波線路110。非線性光學元件115利用紫外線固化材料等粘接劑固定在硅襯底112的一定位置上。
折射光柵111利用施加外部電場，使LiNbO3結(jié)晶極化顛倒形成。光導波線路110為了可靠地導入從DBR激光器件107中射出的激光，設(shè)置在與DBR激光器件107的3μm以下間隔中。
激光在沿導波線路110中導波時，通過使由根據(jù)折射光柵111形成的折射產(chǎn)生的波長410nm的SHG光和振蕩波長820nm的激光作準相位匹配，得到輸出強度高的SGH光。而且，利用從DBR激光器件107中射出的激光的振蕩波長的控制，也可提高從該激光向SHG光的變換效率。
在本實施例中，DBR激光器件107、非線性光學元件115的光導波線路110及電極101-106在硅襯底112上以直線100排列。
此外，在本實施例中，在非線性光學元件115中，射出光導波線路110的SHG光的側(cè)端部位于距硅襯底112邊緣5μm外側(cè)。這樣，通過硅襯底112的反射不容易產(chǎn)生散亂反射，在從非線性光學元件115射出的SHG光中得到良好的遠視野像。
根據(jù)本實施例，DBR激光器件107、非線性光學元件115的光導波線路110、及電極101-106在硅襯底112上以直線100配列，所以可使波長變換裝置的寬度窄至5mm以下，獲得其寬度大體等于非線性光學元件115的寬度的小型波長變換裝置。
實施例6圖6是表示本實施例的波長變換裝置的平面圖。有關(guān)把硅襯底112的長度方向的長度設(shè)定為實施例5的硅襯底112的長度(15mm)的1/2以下的6mm，把在硅襯底112上的長度方向安裝DBR激光器件107的區(qū)域的長度規(guī)定為3mm這一點以外的構(gòu)成，包括非線性光學元件115以與DBR激光器件107相隔3μm以下設(shè)置這一點與實施例5的波長變換裝置的構(gòu)成相同，所以說明從略。
根據(jù)本實施例，不僅取得與實施例5同樣的效果，而且，通過縮短硅襯底112的長度，使硅襯底112更小型化，可實現(xiàn)波長變換裝置的小型化、低成本化。并且，由于把非線性光學元件115安裝在硅襯底112上的區(qū)域變窄，所以，可降低因非線性光學元件115和硅襯底112的接觸產(chǎn)生的光導波線路110的撓度，效率能提高DBR激光元件107射出的激光向SHG光變換效率。
實施例7圖7是表示本實施例的波長變換裝置的平面圖。使硅襯底112的橫寬要比實施例6的硅襯底112的寬度(3mm)窄0.5mm，設(shè)定為2.5mm這一點以外的構(gòu)成，包括規(guī)定在硅襯底112長度方向安裝DBR激光器件107的區(qū)域長度為3mm這一點，非線性光學元件115與DBR激光器件107相隔3μm以下設(shè)置這一點，與實施例6的波長變換裝置的構(gòu)成相同，所以說明從略。
根據(jù)本實施例，不僅取得與實施例6同樣的效果，而且，硅襯底112更小型化，實現(xiàn)波長變換裝置的小型化，低成本化。
實施例8
圖8表示本實施例的波長變換裝置的平面圖。在硅襯底112(寬度為3mm、長度為15mm)上，作成電極101、電極102、電極103、電極104、電極105、電極106的圖形，集成安裝DBR激光器件107(寬度為0.3mm、長度為1.2mm)及非線性光學元件115(寬度為1.5mm、長度為10mm)。110為光導波線路，111為由光導波線路110形成的折射光柵。100是光導波線路110的中心線。M100-M200是硅襯底112的寬度方向的中心線，M500-M600是非線性光學元件115的寬度方向的中心線。
在本實施例中，DBR激光器件107、非線性光學元件115的光導波線路110及電極101-106在硅襯底112上以直線100排列。而且，使連接導線13a、13b、13c在硅襯底112上的橫向，對電極101-103，全部在同側(cè)布線，硅襯底112的橫寬比實施例7的硅襯底112的寬度(2.5mm)再窄0.5mm，設(shè)定為2mm。
而且，非線性光學元件115其光導波線路110的中心線100以與硅襯底112的中心線M100-M200隔離0.5mm，并且，與非線性光學元件115的中心線M500-M600隔離0.3mm的狀態(tài)在硅襯底112上安裝著。然后這樣，非線性光學元件115的寬度比2mm再縮短設(shè)定為1.5mm。
而且，與實施例7一樣，設(shè)定在硅襯底112上的長度方向安裝DBR激光器件107的區(qū)域的長度為3mm，非線性光學元件115設(shè)置成與DBR激光器件107間隔在3μm以下。
根據(jù)本實施例，不僅取得與實施例7同樣的效果，而且，連接導線13a、13b、13c在硅襯底112上對電極101-103，全部在同側(cè)配線，及非線性光學元件115以其光導波線路110與硅襯底112的中心線M100-M200隔離，而且，與非線性光學元件115的中心線隔離的狀態(tài)被安裝在硅襯底112上，這樣，在硅襯底112中，可減少不形成部件和布線的區(qū)域，硅襯底112的寬度可縮減，滿足得到的波長變換裝置的小型化。
實施例9圖9表示本實施例的波長變換裝置的平面圖。在硅襯底212(寬度為3mm、長度為15mm)上，作成電極201、電極202、電極203、電極204、電極205的圖形，集成安裝DBR激光器件207(寬度為0.3mm、長度為1.2mm)及非線性光學元件215(寬度為2.8mm、長度為10mm)。210為光導波線路，211為由光導波線路210形成的折射光柵。100是光導波線路210的中心線。
DBR激光器件107由增益區(qū)域、相位控制區(qū)域、及DBR區(qū)域的3個區(qū)域組成。
在DBR激光器件207的3個區(qū)域上分別形成獨立的電極(未圖示)。DBR激光器件207使具有其pn結(jié)的面朝著硅襯底212側(cè)，利用減少結(jié)，對應于增益區(qū)域、相位控制區(qū)域、DBR區(qū)域的電極分別被焊接在電極201、電極202、電極203(連接電極)上，安裝在硅襯底212上。
還有，電極204、電極205分別為了能電驅(qū)動DBR激光器件207的增益區(qū)域、相位控制區(qū)域、DBR區(qū)域的各區(qū)域而作為用于進行與外部電源導線布線的導線焊接電極。然后在對應于這些導線焊接電極和DBR激光器件207的各區(qū)域形成的連接電極之間利用導線214和213進行連接。導線214被連接到增益區(qū)域上，導線213被連接到相位控制區(qū)域和DBR區(qū)域?qū)Ь€上。導線214是金屬制的，導線213是p型多晶硅制的，在其一部分上形成電阻213a。
在該狀態(tài)下，通過把電信號發(fā)送到各連接電極上，可使從DBR激光器件207射出的激光的振蕩波長改變。改變施加到電極205上的電壓值，控制在DBR激光器件207的增益區(qū)域上通電的電流值，控制激光輸出強度。從DBR激光器件207中射出的激光其振蕩波長被設(shè)定成820nm，以單一縱模式振蕩。
另外，非線性光學元件215由LiNbO3組成，形成具有折射光柵211的光導波線路210。非線性光學元件215利用紫外線固化材料粘接，固定在硅襯底212的所定位置上。
折射光柵211利用施加外部電場使LiNbO3的結(jié)晶極化顛倒形成。光導波線路210為了可靠地導入自DBR激光器件207射出的激光，設(shè)置成與DBR激光器件207間隔為3μm以下。
激光導入光導波線路210時，通過使根據(jù)折射光柵211產(chǎn)生的折射形成的波長410nm的SHG光和振蕩波長820nm的激光作準相位匹配，得到輸出強度高的SHG光。并且，通過控制從DBR激光器件207射出的激光的振蕩波長，也能提高從該激光向SHG光的變換效率。
在本實施例中，DBR激光器件207、非線性光學元件215的光導波線路210、及電極201-205在硅襯底212上以直線100排列。據(jù)此，可使波長變換裝置的寬度窄到5mm以下，可得到其寬度大體等于非線性光學元件215的寬度的小型波長變換裝置。
在DBR激光器件207中，除增益區(qū)域和DBR區(qū)域以外，通過設(shè)置相位控制區(qū)域，不產(chǎn)生所謂模式電波反射，可連續(xù)控制振蕩波長。相位控制區(qū)域與增益區(qū)域不同，成為經(jīng)通電不能得到增益的被動區(qū)域。而且，由于不具備象DBR區(qū)域的折射光柵，所以無波長選擇性。當在相位控制區(qū)域上通電，則內(nèi)部光導波線路的有效折射率變化，可使處于諧振狀態(tài)的激光相位變化。
圖13是表示在AlGaAs系列激光器件中，使振蕩縱模式次數(shù)、和給DBR區(qū)域和相位控制區(qū)域通電的電流大小關(guān)系圖形化。一旦在DBR區(qū)域上注入電流，那么，有效折射率提高，布拉格波長變化到波長長的一側(cè)，所以振蕩縱模式次數(shù)從N次到N-1次，在低次側(cè)產(chǎn)生模式電波反射。另一方面，如果在相位控制區(qū)域上注入電流，那么，有效折射率提高，有效的振蕩器長變長，所以振蕩縱模式次數(shù)從N次到N+1次，在高次側(cè)產(chǎn)生模式電波反射。
從而，如圖13的虛線所示，DBR區(qū)域和相位控制區(qū)域的每個上通電的電流值之比在所定的狀態(tài)下，如果向DBR區(qū)域通電，那么，布拉格波長移至長波長側(cè)，模式增益最高的振蕩波長移到波長長側(cè)。而且，如果向相位控制區(qū)域通電，那么，該區(qū)域的有效折射率高，有效諧振器變長，即使振蕩波長移到長波長，也能維持以同一N次模式的振蕩相同的相位狀態(tài)，可防止模式電波反射。
圖14表示對于半導體激光器件401的相位控制區(qū)域401a和DBR區(qū)域401b，分別串聯(lián)連接電阻，利用電源404施加同一偏壓驅(qū)動各區(qū)域的狀態(tài)的電路圖。這時，在注入相位控制區(qū)域和DBR區(qū)域的每個中的電流值之間，以下面式子表示的關(guān)系。
IDBR＝(R2+RDBR)/(R1+Rphase)×Iphase…(1)這里，Iphase、IDBR分別是相位控制區(qū)域，注入DBR區(qū)域的電流值。而且，R1、Rphase分別是相位控制區(qū)域的微分電阻值(所定值)、連接到相位控制區(qū)域的電阻402的值。R2、RDBR是DBR區(qū)域的微分電阻值(所定值)、連接到DBR區(qū)域的電阻403值。
從而，如式1所示，利用改變與相位控制區(qū)域、DBR區(qū)域連接的電阻值Rphase、RDBR，能調(diào)節(jié)與電流值IDBR和Iphase之比(R2+RDBR)/(R1+Rphase)(下面稱為電流值之比)。
在本實施例中，如圖9所示，在連接到半導體激光器件的相位控制區(qū)域和DBR區(qū)域的導線的一部分中，形成電阻213a。若設(shè)電阻213a值為R，則電流值的比由1式得出IDBR/Iphase＝(R2+R)/(R1+R)。因此，調(diào)節(jié)電阻213a的值R，規(guī)定振蕩縱模式次數(shù)非模式電波反射，在半導體激光器件中，可使射出的激光振蕩波長連續(xù)地變化。此外，R值最好是10-3至106Ω·cm。
根據(jù)本實施例，使連接到相位控制區(qū)域和DBR區(qū)域的導線的一部分具有電阻功能，通過調(diào)節(jié)該電阻值可穩(wěn)定控制從半導體激光器件從射出的激光的振蕩波長。
實施例10圖10表示本實施例的波長變換裝置的平面圖。設(shè)定硅襯底212長方的長度為實施例9的硅襯底212的長度(15mm)的1/2以下的6mm，在硅襯底212的長度方向設(shè)定安裝DBR激光器件207的區(qū)域的長度為3mm這一點，使硅襯底212的橫寬比實施例9的硅襯底212的寬度(3mm)窄1mm，為2mm這一點以外的構(gòu)成，包括與DDR激光器件207相隔3μm以下設(shè)置非線性光學元件215這一點與實施例9的波長變換裝置的構(gòu)成相同，所以說明從略。
根據(jù)本實施例，不但取得與實施例9同樣的效果，而且，通過縮短硅襯底212的長度，使硅襯底212小型化，實現(xiàn)波長變換裝置的小型化、低成本化。并且，由于使非線性光學元件215安裝在硅襯底212上的區(qū)域變窄，所以可降低非線性光學元件215和硅襯底212接觸產(chǎn)生的光導波線路210的撓度，所以也可提高由DBR激光器件207射出的激光變換成SHG光的變換效率。
實施例11圖11表示本實施例的波長變換裝置的平面圖。在硅襯底212(寬度為3.2mm、長度為11.5mm)上，作成電極221、電極222、電極223、電極224、電極225的圖形，集成安裝DBR激光器件227(寬度為0.3mm、長度為1.2mm)及非線性光學元件215(寬度為3mm、長度為10mm)。210為光導波線路，211為由光導波線路210形成的折射光柵。100是光導波線路210的中心線。M10a-M20a是硅襯底212的寬度方向的中心線，M50a-M60a是非線性光學元件215的寬度方向的中心線。
DBR激光器件227由增益區(qū)域、相位控制區(qū)域及DBR區(qū)域的3個區(qū)域組成。
在這3個區(qū)域上，分別形成在電方面獨立的電極(未圖示)。DBR激光器件227使具有其pn結(jié)的面朝著硅襯底212側(cè)，利用結(jié)的減少，使對應于增益區(qū)域、相位控制區(qū)域、DBR區(qū)域的電極分別焊接到電極221、電極222、電極223(連接電極)上，安裝在硅襯底212上。
而且，電極224、225分別是用于與外部電源的導線布線的導線焊接電極，使可電驅(qū)動DBR激光器件227的增益區(qū)域、相位控制區(qū)域、DBR區(qū)域的各區(qū)域。然后，在電極221和電極224之間利用導線214連接，在電極222及電極223和電極225之間用導線213連接。導線214用金屬制造，導線213是p型用多晶硅制造，在其一部上形成電阻213a。
在該狀態(tài)下，通過向各連接電極上發(fā)送電信號，可改變DBR激光器件227射出激光振蕩波長。通過在電極224上施加的電壓值的變化控制在DBR激光器件227增益區(qū)域上通電的電流值，控制激光的輸出強度。從DBR激光器件227射出的激光其振蕩波長設(shè)定成820nm，是以單一縱模式振蕩。
而且，非線性光學元件215由LiNbO3組成，形成具有折射光柵211的光導波線路210。非線性光學元件215利用紫外線固化等材料粘接劑固定在硅襯底212的所定位置上。
折射光柵210利用施加外部電場使LiNbO3的結(jié)晶極化顛倒形成。光導波線路210為了可靠地導入從DBR激光器件207射出的激光，與DBR激光器件207隔開3μm以下設(shè)置。
激光在沿光導波線路210導波時，對根據(jù)折射光柵211折射產(chǎn)生的波長410nm的SHG光和振蕩波長820nm激光作準相位匹配，得到輸出強度高的SHG光。還有，經(jīng)控制DBR激光器件227射出的激光的振蕩波長，可提高從該激光向SHG光變換的效率。
在本實施例中，如圖11所示，非線性光學元件215被安裝在以其光導波線路210中心線100距硅襯底212中心線M10a-M20a的1.0mm的狀態(tài)被安裝在襯底上。這樣，光導波線路210不一定要形成在非線性光學元件215的中心線M50a-M60a上。
而且，在圖11中，盡管為了使硅襯底212的中心線M10a-M20a和非線性光學元件215的中心線M50a-M60a一致而安裝在非線性光學元件上，但不一定使兩者的中心線一致。
而且，在非線性光學元件215中，光導波線路210的SHG光射出側(cè)的端部位于距硅襯底212邊緣5μm的外側(cè)。這樣，利用硅襯底212反射而不容易產(chǎn)生散射，得到從非線性光學元件215射出的SHG光中的良好遠視野像。
在本實施例中，在與半導體激光器件相位控制區(qū)域和DBR區(qū)域連接在導線的一部分中形成電阻213a。然后，根據(jù)與實施例9的同樣原理，通過改變電阻213a的電阻值R，調(diào)節(jié)電流值，使得振蕩縱模式次數(shù)無模式電波反射，在半導體激光器件中，射出的激光的振蕩波長可作連續(xù)變化。此外，R值最好是10-3至106Ω·cm范圍。
根據(jù)本實施例，與相位控制區(qū)域和DBR區(qū)域連接的導線的一部分具有電阻功能，通過該電阻值的調(diào)節(jié)，可穩(wěn)定地控制從半導體激光器件中射出的激光的振蕩波長。
還有，非線性光學元件215在光導波線路210與硅襯底212中心線M10a-M20a相隔狀態(tài)下被安裝在襯底上，以此可使波長變換裝置的寬度窄5mm以下，得到大體與非線性光學元件215的大小相等的小型波長變換裝置。并且進一步使硅襯底112小型化，也可實現(xiàn)波長變換裝置的小型化，低成本化。
實施例12圖12是表示本實施例波長變換裝置的平面圖。在硅襯底212(寬度為2.0mm、長度為6mm)上，作成電極221、電極222、電極223、電極224、電極225的圖形，集成安裝DBR激光器件227(寬度為0.3mm、長度為1.2mm)及非線性光學元件215(寬度為2.8mm、長度為10mm)。210為光導波線路，211為由光導波線路210形成的折射光柵。100是光導波線路210的中心線。M10b-M20b是硅襯底212的寬度方向的中心線，M50b-M60b是非線性光學元件215的寬度方向的中心線。這樣，在本實施例的波長變換裝置中有關(guān)硅襯底212小型化，規(guī)定在硅襯底212上的長度方向安裝DBR激光器件227的區(qū)域長度為3mm這一點，非線性光學元件215以其光導波線路210的中心線100與硅襯底212的中心線隔離0.7mm的狀態(tài)被安裝在襯底上這一點外的結(jié)構(gòu)，所包括的非線性光學元件215以與DBR激光器件4相隔3μm以下的間隔設(shè)置，使光導波線路6可靠地被導入從DBR激光器件227射出的激光這一點，由于與實施例11的波長變換裝置的構(gòu)成相同，所以說明從略。
根據(jù)本實施例，不但取得與實施例11同樣的效果，而且，利用縮短硅襯底212的長度，由于使非線性光學元件安裝在硅襯底212上的區(qū)域變窄，所以可降低非線性光學元件215和硅襯底212的接觸產(chǎn)生的光導波線路210的撓度，也能提高由DBR激光器件227射出的激光變換成SHG光的變換效率。
如上所述，在本發(fā)明中，盡管在襯底上全部使用硅材料，但是，例如如果使用碳化硅或AlN，那么散熱性能提高，半導體激光元件的工作電流值降低，可謀求工作溫度的擴大。而且，例如，也可使用塑料等樹脂。如果使用樹脂襯底，則通過在襯底上使電氣布線集成化，又使重量減輕，體積小，獲得低成本的波長變換裝置。
還有，盡管非線性光學元件全部使用LiNbO3材料，但是也可使用例如LiTaO3、KTiOPO4、KNbO3。
而且，盡管在半導體激光器件中使用DBR激光器件，但是，也可使用例如，多電極法布里·珀羅模式振蕩的半導體激光器件、多電極分布反饋型(DistributedFeedback簡稱為DFB。)激光器件、多電極雙穩(wěn)態(tài)半導體器件、脈沖激光器等，多電極驅(qū)動型激光器件。以此，緩解對SHG光輸出強度的時間依賴性。而且，取代DBR激光器件，也可使用可控制波長的激光器件。
并且，盡管規(guī)定半導體激光器件具有3種區(qū)域，但是，只要適當控制射出的激光振蕩波長，使用具有2種區(qū)域的半導體激光器件和具有4種以上的區(qū)域的半導體激光器件也行。
另外，作為集成化的部件，除半導體激光器件和非線性光學元件外，例如即使將透鏡、多折射率材料、棱鏡、反射鏡、光調(diào)制器等的光學部件集成化也可得到小型波長變換裝置。
再有，連接各部件的導線也可直接在硅襯底上集成化。當襯底為硅的情況下，作為導線材料，，取代金屬，可使用多晶硅、p型硅、n型硅。
權(quán)利要求
1.一種波長變換裝置，利用SHG進行波長變換產(chǎn)生激光，其特征是，具有多個電極的襯底；安裝在襯底上，與所述多個電極進行電連接的半導體激光器件；具有對從半導體激光器件射出的激光作導波，變換其波長的光導波線路的非線性光學元件；所述非線性光學元件被安裝在該襯底上，該非線性光學元件的所述光導波線路與所述襯底的中心線隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長變換裝置，其特征是，所述光導波線路和所述襯底的中心線的隔離距離為0.3至1mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長變換裝置，其特征是，所述多個電極形成在該襯底上，使得對于所述襯底的中心線成為非對稱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任意一項所述的波長變換裝置，其特征是，所述襯底的多個電極包括與所述半導體激光器件作電連接的第一區(qū)域；進行與外部電源的導線布線的第二區(qū)域；在該電極中，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域之間的橫寬比這些各個區(qū)域的橫寬要窄。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4的任意一項所述的波長變換裝置，其特征是，所述半導體激光器件是DBR半導體激光器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的波長變換裝置，其特征是，所述DBR半導體激光器件由增益區(qū)域、相位控制區(qū)域、及波長控制區(qū)域的3個區(qū)域構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長變換裝置，其特征是，所述非線性光學元件的光導波線路備有折射光柵。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長變換裝置，其特征是，所述襯底由硅、碳化硅、AlN或樹脂的任意一種材料組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長變換裝置，其特征是，所述襯底的橫寬比所述非線性光學元件的橫寬窄。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長變換裝置，其特征是，所述非線性光學元件的光導波線路的激光射出側(cè)端部位于所述襯底邊緣的外側(cè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長變換裝置，其特征是，所述多個電極內(nèi)，至少一個電極被分成多個區(qū)域。
12.一種波長變換裝置，利用SHG進行波長變換產(chǎn)生激光，其特征是，具有多個電極的襯底；與多個電極進行電連接的半導體激光器件；具有使從所述半導體激光器件射出的激光導波，變換其波長的光導波線路的非線性光學元件；所述半導體激光器件、所述非線性光學元件及所述多個電極在所述襯底上大致被安裝在同一直線上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的波長變換裝置，其特征是，所述非線性光學元件的橫寬為1.5至3mm的范圍。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的波長變換裝置，其特征是，所述半導體激光器件是DBR半導體激光器件。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的波長變換裝置，其特征是，所述DBR半導體激光器件由增益區(qū)域、相位控制區(qū)域、及波長控制區(qū)域的3個區(qū)域組成。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的波長變換裝置，其特征是，所述非線性光學元件的光導波線路備有折射光柵。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的波長變換裝置，其特征是，所述襯底由硅、碳化硅、AlN或樹脂的任意一種材料組成。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的波長變換裝置，其特征是，所述襯底的橫寬比所述非線性光學元件的橫寬窄。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的波長變換裝置，其特征是，所述非線性光學元件的光導波線路的激光的射出側(cè)的端部位于所述襯底邊緣的外側(cè)。
20.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的波長變換裝置，其特征是，所述非線性光學元件被安裝在該襯底上，該非線性光學元件的所述光導波線路離開所述襯底的中心線。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的波長變換裝置，其特征是，所述多個電極內(nèi)至少1個電極被分割成多個區(qū)域。
22.一種波長變換裝置，用SHG進行波長變換產(chǎn)生激光，其特征是，具有多個電極的襯底；安裝在所述襯底上，由增益區(qū)域、相位控制區(qū)域、波長控制區(qū)域的3個區(qū)域構(gòu)成的半導體激光器件；安裝在襯底上，變換從所述半導體激光器件射出的激光的波長的非線性光學元件；所述多個電極由對應于3個區(qū)域形成的第一電極組，和用于與外部電源的布線導線的第二電極組組成；所述半導體激光器件的3個區(qū)域與所述第一電極組對應的的電極作電連接，還有，該第一電極組通過各導線與所述第二電極組對應的電極連接；這些導線內(nèi)，在波長控制區(qū)域上分別與至少所述半導體激光器件的相位控制區(qū)域連接的導線，具有起電阻作用的部分。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的波長變換裝置，其特征是，所述半導體器件、所述非線性光學元件的光導波線路、及所述多個電極在所述襯底上大體以同一直線安裝。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的波長變換裝置，其特征是，起電阻作用的部分的電阻值在10-3至106Ω·cm的范圍內(nèi)。
25.根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的波長變換裝置，其特征是，連接到所述半導體激光器件的相位控制區(qū)域和波長控制區(qū)域的各個導線共享起到電阻作用的部分。
26.根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的波長變換裝置，其特征是，所述半導體激光器件是DBR半導體激光器件。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的波長變換裝置，其特征是，所述非線性光學元件的光導波線路備有折射光柵。
28.根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的波長變換裝置，其特征是，所述非線性光學元件被安裝在該襯底上，該非線性光學元件的光導波線路離開所述襯底的中心線。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的波長變換裝置，其特征是，所述襯底由硅、碳化硅、AlN或樹脂的任意一種材料組成。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的波長變換裝置，其特征是，所述襯底的橫寬比所述非線性光學元件的橫寬窄。
31.根據(jù)權(quán)利要求22所述的波長變換裝置，其特征是，所述非線性光學元件的光導波線路的激光的射出側(cè)的端部位于所述襯底邊緣的外側(cè)。
32.根據(jù)權(quán)利要求22所述的波長變換裝置，其特征是，所述起電阻作用的部分由p型多晶硅構(gòu)成。
全文摘要
一種波長變換裝置,利用SHG變換波長,產(chǎn)生激光的波長變換裝置,備有:具有多個電極的襯底;和安裝在襯底上電連接多個電極的半導體激光器件;和具有使從半導體激光器件射出的激光作導波,變換其波長的光導波線路的非線性光學元件。然后,非線性光學元件被安裝在該襯底上,該非線性光學元件的光導波線路與襯底的中心線隔開。以此,獲得在半導體襯底上集成化安裝半導體激光器件和光導波線路裝置的小型波長變換裝置,使用該波長變換裝置的光盤的光拾取部分可小型化。
文檔編號H01S5/02GK1383239SQ0212152
公開日2002年12月4日 申請日期2002年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月26日
發(fā)明者高山徹 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社