HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung
optischer Wellenlängen, um eine Fundamentalwelle in eine
frequenzverdoppelte oder ähnliche Welle unter Verwendung einer
Vorrichtung eines Cerenkov-Typs zur Umwandlung der optischen
Wellenlänge umzuwandeln, und insbesondere betrifft sie ein
derartiges Verfahren, bei dem eine in den blauen
Wellenlängenbereich umgewandelte Welle mit höherer Effizienz erhalten
werden kann.
Beschreibung des Standes der Technik
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Viele herkömmliche fotoempfindliche
Silberhologenidmaterialien, die für ein Farbkopiergerät oder ähnliches verwendet
werden, weisen spektrale Empfindlichkeitseigenschaften im blauen
Bereich auf, wie in der Fig. 2 durch eine Kurve a gezeigt
ist. Wie man aus der Kurve a erkennt, weisen viele
fotoempfindliche Silberhalogenidmaterialien eine beträchtliche
Empfindlichkeit für Licht mit einer Wellenlänge in der Nähe von
480 nm auf und ihre spektrale Empfindlichkeit weist einen
Spitzenwert bei ungefähr 470 nm auf. In letzter Zeit wurden
fotoempfindliche Silberhologenidmaterialien verfügbar
gemacht, die eine hohe Empfindlichkeit für Licht mit einer
Wellenlänge von bis zu 500 nm aufweisen, wie durch die Kurve b
in Fig. 2 gezeigt ist, und die zu einem blauen Laserstrahl
mit 488 nm, der von einem Argonlaser emittiert wird, passen.
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Wenn Licht mit einer Wellenlänge kürzer als 430 nm als
Aufzeichnungsstrahl verwendet wird, entstehen Probleme bezüglich
der Absorption in Gelatine, bezüglich der Einschränkung im
spektralen Sensibilisator, bezüglich der Stabilität von
Farbbildern und ähnlichem. Wenn ein Farbbild auf einem
fotoempfindlichen Silberhalogenidaufzeichnungsmedium durch Abtasten
des Aufzeicchnungsmediums mit einem blauen Laserstrahl
aufgezeichnet wird, ist es dementsprechend notwendig, einen blauen
Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 430 bis 500 nm zu
verwenden, um ein klares und stabiles Farbbild zu erhalten.
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Wenn Information auf einer optischen Scheibe mit einem
Laserstrahl aufgezeichnet wird, kann der Strahlfleck umso kleiner
sein, je kürzer die Wellenlänge des Laserstrahls ist, und
eine dichtere Aufzeichnung wird möglich. Auch in diesem Fall
muß jedoch ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge nicht kürzer
als 430 nm derzeit aufgrund von Einschränkungen bei den
farbgebenden Materialien, der Absorption in dem Stustrat der
Scheibe und ähnlichem verwendet werden.
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Weiter ist es bei dem Farbkopiersystem und dem optischen
Scheibensystem bevorzugt, daß ein Laserstrahl mit einer
Wellenlänge von nicht kürzer als 430 nm auch im Hinblick auf den
Transmissionsgrad der Linsen verwendet wird.
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Wie oben beschrieben wurde, schafft ein Laserstrahl mit einer
Wellenlänge von 430 bis 500 nm eine wesentliche Verbesserung
im Verhalten der verschiedenen optischen Systeme. Ein blauer
Laser, der in seiner Größe kompakt ist und direkt modulierbar
ist, ist jedoch noch nicht praktisch realisiert worden.
Weiter sagt man, daß ein Halbleiterlaser, der einen Laserstrahl
im blauen Bereich emittiert, derzeit nicht praktisch
realisierbar ist.
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Unter diesen Bedingungen wurden verschiedene Versuche
unternommen, um die Wellenlänge eines Laserstrahls durch die
Verwendung einer optischen Wellenlängenumwandlungsvorrichtung zu
verkürzen. Beispielsweise wurden in dem US-Patent Nr. 4 909
596 und der EP-A-0 307 896 eine optische
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung eines Cerenkov-Strahlungstyps offenbart, die
die Form einer optischen Faser besitzt, die einen Kern aus
einem einkristallinen, organischen, optisch nichtlinearen
Material und einen Mantel, der den Kern umgibt, umfaßt. Für das
organische, optisch nichtlineare Material können jene eines
orthorhombischen Systems der Punktgruppe mm2 verwendet
werden.
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Mittels einer Kombination einer derartigen optischen
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung und einer Laserquelle kann ein
blauer Laserstrahl relativ leicht erhalten werden. Da die
Wellenlängenumwandlungseffizienz eines derartigen Systems
jedoch gering ist, war es schwierig, einen blauen Laserstrahl
mit einer für die zuvorgenannten Anwendungen ausreichenden
Intensität zu erhalten.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Im Hinblick auf die vorhergehenden Aussagen und Beschreibung
ist es die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zur Umwandlung optischer Wellenlängen zu schaffen, das
einen Laserstrahl in eine frequenzverdoppelte oder ähnliche
Welle bei einer extrem hohen Effizienz umwandeln kann,
wodurch ein blauer Laserstrahl hoher Intensität geschaffen
wird, dessen Wellenlänge sich in dem Bereich von 430 bis 500
nm befindet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gemäß
Anspruch 1 gelöst.
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Bei der vorliegenden Erfindung kann eine optische
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung eines Fasertyps, eines
dreidimensionalen optischen Wellenleitertyps oder eines
zweidimensionalen optischen Wellenleitertyps verwendet werden.
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Das optische Material eines orthorhombischen Systems der
Punktgruppe mm2 weist nichtdiagonale Komponenten d&sub3;&sub1;, d&sub3;&sub2;, d&sub1;&sub5;
und d&sub2;&sub4; zusätzlich zu einer Diagonalkomponente d&sub3;&sub3; auf, wobei
diese Komponenten nichtlineare optische Konstanten sind. Bei
den nichtlinearen optischen Konstanten sind d&sub3;&sub1;, d&sub3;&sub2; und d&sub3;&sub3;
aufleichte Weise in der optischen
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung des optischen Wellenleitertyps verwendbar.
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Unsere Untersuchung hat gezeigt, daß die
Wellenlängenumwandlungseffizienz beträchtlich verbessert wird, wenn die
nichtdiagonalen Komponenten d&sub3;&sub1; und d&sub3;&sub2; verwendet werden, im
Vergleich zur Verwendung der Diagonalkomponente d&sub3;&sub3;. Auf der
Grundlage dieser Tatsache wird erfindungsgemäß die lineare
Polarisationsrichtung der Fundamentalwelle in bezug auf die
optische x-, y- und z-Achse des Kristalls aus dem
organischen, optisch nichtlinearen Material derart eingestellt, daß
die nichtdiagonalen Komponenten d&sub3;&sub1; und d&sub3;&sub2; unter den
nichtlinearen optischen Konstanten verwendet wird.
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Bei den Materialien des orthorhombischen Systems entsprechen
die optischen Achsen den Kristallachsen. Wenn dementsprechend
der Kristall des organischen, optisch nichtlinearen Materials
derart ausgerichtet ist, daß sich eine seiner Kristallachsen
in der Wellenleiterrichtung erstreckt (was sehr leicht
realisierbar ist, wie in dem US-Patent Nr. 4 909 595 offenbart
ist) , sind zwei der optischen Achsen in einer Ebene senkrecht
zu der Wellenleiterrichtung enthalten. Dementsprechend ist es
einfach, eine Beziehung zwischen den linearen
Polarisationsrichtungen der Fundamentalwelle und der in der Wellenlänge
umgewandelten Welle und den optischen Achsen wie oben
beschrieben vorzugeben.
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Unsere Untersuchung hat weiter gezeigt, daß bei Vorgeben der
linearen Polarisationsrichtung der Fundamentalwelle auf die
oben beschriebene Weise zum Erhalt einer in der Wellenlänge
umgewandelten Welle mit einer Wellenlänge in dem Bereich von
430 bis 500 nm ein inhärentes Problem auftritt.
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Das heißt, viele organische, optisch nichtlineare Materialien
für den Wellenleiter weisen eine Absorptionskante in dem
Bereich von 400 bis 550 nm auf und dementsprechend muß ein
organisches, optisch nichtlineares Material verwendet werden,
dessen Äbsorptionskante in der Nähe der Wellenlänge der zu
erhaltenden, in der Wellenlänge umgewandelten Welle ist
(natürlich ist die erstere Wellenlänge kürzer als die
letztere), um eine in der Wellenlänge umgewandelte Welle zu
erhalten, die eine Wellenlänge in dem Bereich von 430 bis 500 nm
aufweist. Im allgemeinen ist die Absorptionskante des optisch
nichtlinearen Materials als eine untere Grenze der
Wellenlänge definiert, oberhalb der der Transmissionsgrad für eine
Ethanollösung des optischen Materials (4x10&supmin;&sup4;mol/l) nicht
geringer als 90 % ist.
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Herkömmlicherweise hat man angenommen, daß das Problem der
Absorption der in der Wellenlänge umgewandelten Welle nicht
auftritt, solange die Wellenlänge der in der Wellenlänge
umgewandelten Welle geringfügig länger als die Absorptionskante
des optisch nichtlinearen Materials ist. Es hat sich jedoch
herausgestellt, daß bei Vorgeben der Richtung der linearen
Polarisierung der fundamentalen Welle in der oben
beschriebenen Weise und Verwendung der nichtdiagonalen Komponenten d&sub3;&sub1;
und d&sub3;&sub2; eine Absorption der in der Wellenlänge umgewandelten
Welle zu groß ist und keine in der Wellenlänge umgewandelte
Welle aus der optischen Wellenlängenumwandlungsvorrichtung
austreten kann, wenn nicht die Wellenlänge der in der
Wellenlänge umgewandelten Welle um wenigstens 30 nm länger ist als
die Absorptionskante. Dementsprechend wird erfindungsgemäß
die Wellenlänge der fundamentalen Welle derart ausgewählt,
daß die Wellenlänge der in der Wellenlänge umgewandelten
Welle um wenigstens 30 nm länger wird als die Absorptionskante
des organischen, optisch nichtlinearen Materials.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In den Zeichnungen zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Ansicht, die ein Beispiel eines
optischen Wellenlängenumwandlungsmoduls zum Ausführen des
erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt;
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Fig. 2 einen Graphen, der spektrale
Empfindlichkeitseigenschaften eines fotoempfindlichen Silberhalogenidmaterials
zeigt;
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Fig. 3 eine schematische, perspektivische Ansicht eines
Volumenkristalls aus PRA, der in der in der Fig. 1 gezeigten
optischen Wellenlängenumwandlungsvorrichtung des optischen
Wellenlängenumwandlungsmoduls verwendet wird;
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Fig. 4 eine schematische Ansicht, die die Ausrichtung des
Kristallkerns der optischen
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung zeigt;
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Fig. 5 eine schematische Ansicht zur Darstellung eines
Herstellungsverfahrens der optischen
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung;
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Fig. 6 einen Graphen, der die Beziehung zwischen der
Wellenlänge der frequenzverdoppelten Welle und der
Wellenlängenumwandlungseffizienz gemäß einer erfindungsgemäßen
Ausführungsform zeigt;
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Fig. 7 eine schematische Ansicht, die die Ausrichtung des
Kristallkerns einer weiteren optischen
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung zeigt, die in der vorliegenden Erfindung
verwendbar ist;
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Fig. 8 einen Graphen, der die Beziehung zwischen der
Wellenlänge der frequenzverdoppelten Welle und der
Wellenlängenumwandlungseffizienz gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen
Ausführungsform zeigt; und
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Fig. 9 einen Graphen, der die Beziehung zwischen der
Wellenlänge der frequenzverdoppelten Welle und der
Wellenlängenumwandlungseffizienz gemäß dem Stand der Technik zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
(Erste Ausführungsform)
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In der Fig. 1 umfaßt ein optisches
Wellenlängenumwandlungsmodul eine optische Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 10 und
ein Lichtquellensystem 20, das eine Fundamentalwelle in die
optische Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 10 einspeist.
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Die optische Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 10 weist die
Form einer optischen Faser auf, die einen Mantel 12 mit einer
zentralen Ausnehmung und einen Kern 11 umfaßt, der die
zentrale Ausnehmung des Mantels 12 ausfüllt. In dieser
Ausführungsform ist der Kern 11 der optischen
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 10 aus einem Einkristall aus einem
organischen,
optisch nichtlinearen Material gebildet, das durch die
folgende Formel dargestellt wird, nämlich 3,5-Dimethyl-1-(4-
Nitrophenyl)Pyrazol (was im folgenden als "PRA" bezeichnet
wird). Der Mantel 12 ist aus optischem Glas hergestellt.
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Die Struktur des Volumenkristalls aus PRA ist in Fig. 3
gezeigt. Der PRA-Kristall ist aus einem orthorhombischen System
und seine Punktgruppe ist mm2. Daher ist der Tensor der
nichtlinearen optischen Konstanten wie folgt
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Wenn man annimmt, daß die optischen Achsen X, Y und Z in
bezug auf die Kristallachsen a b und c wie in der Fig. 3
gezeigt bestimmt sind, dann ist d&sub3;&sub1; eine nichtlineare optische
Konstante zum Extrahieren einer in der Z-Richtung
polarisierten frequenzverdoppelten Welle, wenn Licht, das in der
Richtung der X-Achse linear polarisiert ist (X-polarisiertes
Licht), als Fundamentalwelle verwendet wird. d&sub3;&sub2; ist eine
nichtlineare optische Konstante zum Extrahieren einer Z-
polarisierten frequenzverdoppelten Welle, wenn Licht, das in
der Richtung der Y-Achse (Y-polarisiertes Licht) linear
polarisiert ist, als Fundamentalwelle verwendet wird. d&sub3;&sub3; ist eine
nichtlineare optische Konstante zum Extrahieren einer Z-
polarisierten frequenzverdoppelten Welle, wenn Licht, das in
der Richtung der Z-Achse (Z-polarisiertes Licht) linear
polarisiert
ist, als die Fundamentalwelle verwendet wird. d&sub2;&sub4; ist
eine nichtlineare optische Konstante zum Extrahieren einer Y-
polarisierten frequenzverdoppelten Welle, wenn Y- und Z-
polarisierte Fundamentalwellen verwendet werden. d&sub1;&sub5; ist eine
nichtlineare optische Konstante zum Extrahieren einer X-
polarisierten frequenzverdoppelten Welle, wenn X- und Z-
polarisierte Fundamentalwellen verwendet werden. Die Größen
der jeweiligen nichtlinearen optischen Konstanten sind in der
folgenden Tabelle angegeben.
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Die Werte in der Spalte (1) werden durch die
Röntgenstrahlkristallstrukturanalyse erhalten und die Werte in der Spalte
(2) werden durch das Marker-Fringe-Verfahren gemessen. Beide
Werte weisen die Einheit [x 10&supmin;&sup9; esu] auf. Die Absorptionskante
von PRA ist 402 nm.
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Ein Herstellungsverfahren für die optische
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung wird nachfolgend beschrieben. Eine hohle
Glasfaser 12', die als Mantel 12 dient, wird zuerst
angefertigt. Die hohle Glasfaser 12' kann beispielsweise aus SF10-
Glas sein und weist einen äußeren Durchmesser von ungefähr
100 um, auf und der hohle Raum in ihr weist einen Durchmesser
von ungefähr 1 um auf. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist PRA als
geschmolzene Lösung 11' in einem Ofen enthalten und ein
Endabschnitt
der Glasfaser 12' ist in die geschmolzene Lösung
11' eingetaucht. Dann tritt die geschmolzene PRA-Lösung 11'
in den Hohlraum in der Glasfaser 12' aufgrund von
Kapillarität ein. Die geschmolzene Lösung 11' wird bei einer
Temperatur gehalten, die geringfügig höher als der Schmelzpunkt
(102ºC) von PRA ist, um zu verhindern, daß das PRA zersetzt
wird. Danach wird die Glasfaser 12' abgeschreckt, um zu
bewirken, daß das PRA in dem Hohlraum polykristallisiert wird.
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Dann wird die optische Faser 12' allmählich aus dem Ofen, der
bei einer Temperatur höher als der Schmelztemperatur von PRA
(beispielsweise 102,5ºC) gehalten wird, in einen äußeren Raum
gezogen, der bei einer Temperatur niedriger als dieser
Schmelzpunkt gehalten wird, wodurch bewirkt wird, daß das
geschmolzene PRA kontinuierlich von dem Punkt an, wo es aus dem
Ofen herausgezogen wird, monokristallisiert wird. Der derart
angefertigte Kern 11 weist eine hochgradig lange
monokristalline Form auf, beispielsweise 50 mm Länge oder länger,
sowie eine einheitliche Kristallorientierung. Die optische
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 10 ist daher ausreichend
lang. Da, wie nach dem Stand der Technik bekannt ist, die
Wellenlängenumwandlungseffizienz der optischen
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung dieser Art zu der Lange der
Vorrichtung proportional ist, ist der praktische Wert der
Vorrichtung umso größer, je länger die optische
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung ist.
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Wenn PRA in der monokristallinen Form auf die oben
beschriebene Weise in die Glasfaser 12' gefüllt wird, ist der PRA-
Kristall derart ausgerichtet, daß seine c-Achse (optische X-
Achse) sich in der Richtung der Kernachse erstreckt, wie in
der Fig. 4 gezeigt ist.
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Nachdem der Kern 11 auf diese Weise in die Glasfaser 12'
gefüllt wurde, wurde die Glasfaser durch eine
Faserschneidvorrichtung an ihren gegenüberliegenden Enden abgeschnitten,
wodurch eine optische Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 10
erhalten wurde, die 5 mm lang war. Die optische
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 10 wurde mit dem Lichtquellensystem 20
kombiniert, wie in der Fig. 1 gezeigt ist und somit war das
optische Wellenlängenumwandlungsmodul gebildet. Das
Lichtquellensystem 20 weist einen Halbleiterlaser 21 zum
Emittieren der Fundamentalwelle auf. Ein Laserstrahl 15 (als
Fundamentalwelle), der von dem Halbleiterlaser 21 emittiert wird,
wird durch einen Kollimator 22 kollimiert und tritt dann
durch ein anamorphotisches Prismenpaar 23 und eine λ/2-Platte
25. Der Strahl wird dann durch eine Kondensorlinse 26 in
einen schmalen Strahlfleck umgewandelt, der auf ein
Eintrittsende 10a der optischen Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 10
angewendet wird. Auf diese Weise tritt die Fundamentalwelle
15 in die optische Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 10 ein.
Wie oben beschrieben wurde, weist der PRA-Kern 11 eine
derartige Kristallorientierung auf, daß sich die X-Achse entlang
der Kernachse erstreckt. In diesem Beispiel ist die λ/2-
Platte 25 des Lichtquellensystems 20 so gedreht, daß die
Fundamentalwelle 15 in der Richtung der Y-Achse polarisiert ist,
und die Y-polarisierte Fundamentalwelle 15 wird auf die
optische Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 10 angewendet.
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Die Fundamentalwelle 15, die in die optische
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 10 eingetreten ist, wird durch den PRA-
Kern 11 in eine frequenzverdoppelte Welle 15' umgewandelt,
deren Wellenlänge die Hälfte der Wellenlänge der
Fundamentalwelle 15 beträgt. Die frequenzverdoppelte Welle 15' wird in
den Mantel 12 abgestrahlt und schreitet fort gegen ein
Austrittsende 10b der optischen Wellenlängenumwandlungsvorrich
tung 10 unter wiederholter Totalreflexion an der äußeren
Oberfläche des Mantels 12. Eine Phasenanpassung (phase
matching) wird zwischen einer geführten Mode, in der die
Fundamentalwelle 15 durch den Kern 11 geführt wird, und einer
abgestrahlten Mode, in der die frequenzverdoppelte Welle 15' in
den Mantel 12 gestrahlt wird, erzielt (sog. Cerenkov-
Strahlung).
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Ein Strahl 15'', bei dem es sich um eine Mischung aus der
frequenzverdoppelten Welle 15' und der Fundamentalwelle 15
handelt, wird von dem Austrittsende 10b der optischen
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 10 emittiert. Der emittierte Strahl
15'' wird durch eine Kondensorlinse 27 konvergiert und dann
auf einen Bandpaßfilter 28 angewendet, der ermöglicht, daß
die frequenzverdoppelte Welle 15' dadurch hindurchtritt und
der die Fundamentalwelle 15 absorbiert. Somit wird nur die
frequenzverdoppelte Welle 15' aus dem Bandpaßfilter 28
extrahiert. Unter Verwendung eines Polarisators oder ähnlichem
wurde bestätigt, daß die frequenzverdoppelte Welle 15' aus Z-
polarisiertem Licht bestand, und entsprechend, daß die
nichtlineare optische Konstante d&sub3;&sub2; von PRA verwendet wurde.
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Die Wellenlängenumwandlungseffizienz wird im folgenden
beschrieben. Als Halbleiterlaser 21 wurden ein GaAs-Laser und
ein InGaAs-Laser verwendet. Die Wellenlängenumwandlungseffi
zienz wurde unter der Bedingung untersucht, daß die
oszillierende Wellenlänge sich in dem Bereich von 760 bis 1000 nm
befand und die Leistung der Fundamentalwelle 15 20 mW betrug.
Die Beziehung zwischen der Wellenlänge der
frequenzverdoppelten Welle und der Wellenlängenumwandlungseffizienz war wie
durch die in Fig. 6 gezeigte Kurve 1 gezeigt. Die Kurven 2
und 3 der Fig. 6 zeigen die Beziehung zwischen der
Wellenlänge der frequenzverdoppelten Welle und der
Wellenlängenumwandlungseffizienz in dem Fall zweier unterschiedlicher optischer
Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen, von denen eine auf die
gleiche Weise wie die optische
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung
10 dieser Ausführungsform ausgebildet ist, mit der
Ausnahme, daß der Mantel aus SF1-Glas gebildet ist, und die
andere auf die gleiche Weise wie die optische
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 10 nach dieser Ausführungsform gebildet
ist mit der Ausnahme, daß der Mantel aus SF15-Glas gebildet
ist.
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Wie man aus der Fig. 6 ersehen kann, weist für eine Eingabe
der Fundamentalwelle von 20 mW die durch die Kurve 1 gezeigte
optische Wellenlängenumwandlungsvorrichtung eine
Wellenlängenumwandlungseffizienz von nicht weniger als 1 % bei einer
Wellenlänge der frequenzverdoppelten Welle von nicht kürzer
als 435 nm auf, und die durch die Kurve 3 gezeigte optische
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung zeigt eine
Wellenlängenumwandlungseffizienz von nicht weniger als 1 % bei einer
Wellenlänge der frequenzverdoppelten Welle von nicht kürzer als
440 nm. Wenn dementsprechend ein Laser mit einer höheren
Ausgabe verwendet wird, kann ein praktikabler blauer Laser im
mW-Bereich erhalten werden.
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Wie man weiter aus der Fig. 6 ersieht, kann die
frequenzverdoppelte Welle 15', deren Wellenlänge geringfügig länger als
die Absorptionskante von PRA (402 nm) ist, nicht aus der
optischen Wellenlängenumwandlungsvorrichtung austreten, und
wenn die Wellenlänge der frequenzverdoppelten Welle 15' um 30
nm länger als die Absorptionskante von PRA ist, kann eine
hohe Wellenlängenumwandlungseffizienz bis zu einem gewissen
Ausmaß erreicht werden. Wenn deinentsprechend die
frequenzverdoppelte Welle 15' unter Verwendung des aus PRA gebildeten
Kerns extrahiert wird, sollte die auf die optische
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung angewendete Fundamentalwelle eine
Wellenlänge von länger als 864 nm aufweisen, da nämlich 864
nm/2 - 30 nm = 402 nm.
(Zweite Ausführungsform)
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In dieser Ausführungsform wurde der Kern 11 der optischen
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 10 aus einem Einkristall
aus einem organischen, optisch nichtlinearen Material
gebildet, das durch die folgende Formel dargestellt wird, nämlich
3,5-Dimethyl-1-(4-Nitrophenyl)-1,2,4-Triazol (was hier im
folgenden als "TRI" bezeichnet wird.
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Es wurden Mäntel aus SF10-Glas, SF1-Glas und SF15-Glas
gebildet, und das TRI in der monokristallinen Form wurde in die
Mäntel auf die oben im Zusammenhang mit der ersten
Ausführungsform beschriebene Weise eingefüllt.
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Der TRI-Kristall war so ausgerichtet, daß seine b-Achse
(optische x-Achse) sich in der Richtung der Kernachse
erstreckt, wie in der Fig. 7 gezeigt ist.
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Die derart angefertigten drei optischen
Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen eines Fasertyps wiesen die gleiche
Anordnung wie jene auf, deren
Wellenlängenumwandlungseffizienzeigenschaften jeweils durch die Kurven 1, 2 und 3 in der Fig. 6
gezeigt sind.
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In diesem Fall wurden ebenfalls für den Halbleiterlaser 21
ein GaAs-Laser und ein InGaAs-Laser verwendet. Die
Wellenlängenumwandlungseffizienz wurde untersucht unter der Bedingung,
daß die oszillierende Wellenlänge sich in dem Bereich von 760
bis 1000 nin befand und die Leistung der Fundamentalwelle 15
20 mW betrug. Wenn die Y-polarisierte Fundamentalwelle 15 auf
die optischen Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen angewendet
wurde, wurden Z-polarisierte frequenzverdoppelte Wellen 15'
erhalten. Dementsprechend wurde auch in dieser
Ausführungsform die nichtlineare optische Konstante d&sub3;&sub2; von PRA
verwendet
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Die Beziehung zwischen der Wellenlänge der
frequenzverdoppelten Welle und der Wellenlängenumwandlungseffizienz der
optischen Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, die den aus SF10-
Glas gebildeten Mantel aufweist, ist durch Kurve 4 in der
Fig. 8 gezeigt, diejenige der optischen
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, die den aus SF1 gebildeten Mantel aufweist,
ist durch Kurve 5 gezeigt, und diejenige der optischen
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, die den aus SF15 gebildeten
Mantel aufweist, ist durch Kurve 6 gezeigt. Wie man aus Fig.
8 sieht, zeigen auch in dieser Ausführungsform für eine
Eingabe der Fundamentalwelle von 20 mW die optischen
Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen, die durch Kurve 4 und 5
dargestellt sind, eine Wellenlängenumwandlungseffizienz von nicht
weniger als 1,5 % bei einer Wellenlänge der
frequenzverdoppelten Welle von nicht kürzer als 455 nm, und die durch die
Kurve 6 gezeigte optische Wellenlängenumwandlungsvorrichtung
zeigt eine Wellenlängenumwandlungseffizienz von nicht weniger
als 1,5 % bei einer Wellenlänge der frequenzverdoppelten
Welle von nicht kürzer als 440 nm.
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Wenn weiter die Wellenlänge der frequenzverdoppelten Welle
15' um 30 nm länger ist als die Absorptionskante von TRI,
kann auch in dieser Ausführungsform eine hohe
Wellenlängenumwandlungseffizienz zu einem bestimmten Ausmaß erreicht
werden. Wenn dementsprechend die frequenzverdoppelte Welle 15'
durch Verwendung eines aus TRI gebildeten Kerns extrahiert
wird, sollte die auf die optische
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung
angewendete Fundamentalwelle eine Wellenlänge von
länger als 840 nm aufweisen, da nämlich 840 nm/2 - 30 nm =
390 nm.
(Vergleichsbeispiel)
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Ein Paar von optischen Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen
eines Fasertyps, die in ihrem Aufbau zu den in der ersten
Ausführungsform beschriebenen gleich waren mit der Ausnahme,
daß die Mäntel aus SF7-Glas und F7-Glas gebildet waren,
wurden angefertigt. Die Wellenlängenumwandlungseffizienz der
optischen Wellenlängenumwandlungsvorrichtung mit dem aus SF7-
Glas gebildeten Mantel ist durch Kurve 7 in der Fig. 9
gezeigt, und die der optischen
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung mit dem aus F7-Glas gebildeten Mantel ist durch Kurve 8
in der Fig. 9 gezeigt. Die Wellenlängenumwandlungseffizienz
wurde auf die oben in Zusammenhang mit der ersten
Ausführungsform beschriebene Weise gemessen. In diesem Fall war die
auf die optischen Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen
angewendete Fundamentalwelle 15 in der Richtung der Z-Achse
polarisiert. Die erhaltenen frequenzverdoppelten Wellen 15' waren
in der Richtung der Z-Achse polarisiert. Dementsprechend
wurde in diesem Fall die nichtlineare optische Konstante d&sub3;&sub3;
verwendet.
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Wie man aus der Fig. 9 ersieht, war die
Wellenlängenumwandlungseffizienz der Vergleichsmuster bestenfalls 0,004 %. Im
Vergleich zu der Wellenlängenumwandlungseffizienz der
optischen Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach der ersten
Ausführungsform ist die der letzteren mehr als 100mal höher als
für die erstere. Herkömmlicherweise hat man angenommen, daß
die Wellenlängenumwandlungseffizienz proportional zu dem
Quadrat der nichtlinearen optischen Konstante ist. Wenn dies
jedoch wahr ist, kann die letztere bestenfalls 6mal so hoch
sein wie die erstere, da die Werte der nichtlinearen
optischen Konstanten d&sub3;&sub2; und d&sub3;&sub3; von PRA wie in der zuvor
beschriebenen Tabelle gezeigt waren. Dementsprechend kann man
annehmen, daß bei Verwendung der nichtdiagonalen Komponente
d&sub3;&sub2; aus irgendeinem Grund eine besonders hohe
Wellenlängenumwandlungseffizienz erhalten werden kann.
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Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsformen die
vorliegende Erfindung zur Umwandlung der Fundamentalwelle in die
frequenzverdoppelte Welle verwendet wird, kann die
vorliegende Erfindung auch zur Umwandlung der Fundamentalwellen in
eine Welle verwendet werden, die eine Frequenz gleich der
Differenz zwischen oder gleich der Summe aus den Frequenzen der
Fundamentalwellen aufweist, oder in eine
frequenzverdreifachte Welle. Weiter kann die vorliegende Erfindung auch auf eine
optische Wellenlängenumwandlungsvorrichtung eines
dreidimensionalen optischen Wellenleitertyps oder eine optische
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung eines zweidimensionalen
optischen Wellenleitertyps ohne Beschränkung auf die optische
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung des Fasertyps angewendet
werden
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Weiter kann die vorliegende Erfindung dazu verwendet werden,
ein Aufzeichnungslicht für ein relativ neuartig entwickeltes
fotoempfindliches Material zu erzeugen, das für Licht mit
einer Wellenlänge in der Nähe von 500 nm emfindlich ist.
Beispielsweise wird für das fotoempfindliche Material, dessen
spektrale Empfindlichkeitseigenschaft durch die Kurve b in
Fig. 2 gezeigt sind, ein InGaAs-Laser als Quelle für die
Fundamentalwelle verwendet, und ein Laserstrahl, der von dem
Laser emittiert wird und eine Wellenlänge von 980 nm aufweist,
wird in die frequenzverdoppelte Welle mit einer Wellenlänge
von 490 nm mit dem erfindungsgemäßen Verfahren umgewandelt.
Dann wird die frequenzverdoppelte Welle als
Aufzeichnungslicht verwendet.