JP2002107778A - Up-conversion optical element - Google Patents

Up-conversion optical element

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JP2002107778A
JP2002107778A JP2000300242A JP2000300242A JP2002107778A JP 2002107778 A JP2002107778 A JP 2002107778A JP 2000300242 A JP2000300242 A JP 2000300242A JP 2000300242 A JP2000300242 A JP 2000300242A JP 2002107778 A JP2002107778 A JP 2002107778A
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透 後河内
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an up-conversion optical element having new configuration for suppressing a relaxation process from an intermediate excitation level to a base state in up-conversion. SOLUTION: In order to forcedly suppress relaxation emission in up- conversion, an up-conversion medium is arranged in a field where light of the wavelength of relaxation emission can't exist. Such a 'fieldβ can be formed by a photonic structure and the wavelength of relaxation emission is made coincide with a photonic band gap.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、アップコンバージ
ョン光素子に関し、より詳細には、励起光により短波長
の光を高い効率で発生させることができるレーザなどの
アップコンバージョン光素子に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an up-conversion optical element, and more particularly, to an up-conversion optical element such as a laser capable of generating short-wavelength light with high efficiency by excitation light.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、高密度光記録や光磁気記録をはじ
めとする各種の応用分野において、光源として用いるた
めの半導体レーザの短波長化が要求されている。レーザ
の短波長化の手法はいくつかあり、それらを大別すると
以下の3つになる。
2. Description of the Related Art In recent years, in various application fields such as high-density optical recording and magneto-optical recording, it has been required to shorten the wavelength of a semiconductor laser used as a light source. There are several methods for shortening the wavelength of a laser, and these are roughly classified into the following three methods.

【0003】 バンドギャップの広い半導体を用いて
直接発振させる。 近赤外あるいは赤色のレーザ光を波長変換して第2
高調波を発生させる。 アップコンバージョンにより、赤色あるいは赤外光
による励起で短波長発振させる。
Oscillation is performed directly using a semiconductor having a wide band gap. Wavelength conversion of near infrared or red laser light
Generates harmonics. By up-conversion, short-wavelength oscillation is generated by excitation with red or infrared light.

【0004】図7は、これら3つの手法の原理を説明す
るための概念図である。すなわち、同図(a)は、注入
過程IJにより励起状態ESに注入された電子が励起状
態ESから基底状態GSへ遷移する際の放出光hνを得
る手法を表す。小型レーザに関しては、現状では窒化ガ
リウム系半導体を用いた波長410nm前後の半導体レ
ーザや発光ダイオードが開発されつつある。
FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining the principle of these three methods. That is, FIG. 9A shows a method of obtaining emission light hν when electrons injected into the excited state ES in the injection process IJ transition from the excited state ES to the ground state GS. As for small lasers, at present, semiconductor lasers and light emitting diodes having a wavelength of about 410 nm using gallium nitride based semiconductors are being developed.

【0005】しかし、ワイドギャップ半導体は、原理的
に緩和定数が大きく反転分布を形成しにくく、電流注入
型の励起によらなければ小型化が困難であるという本質
的な問題を有する。さらに、ドーピングが難しく、pn
接合を作りにくいという問題もある。
However, the wide gap semiconductor has a fundamental problem that the relaxation constant is large in principle, and it is difficult to form a population inversion, and it is difficult to reduce the size unless current injection type excitation is used. In addition, doping is difficult and pn
There is also a problem that it is difficult to make a joint.

【0006】図7(b)は、第2高調波を発生させるメ
カニズムを表す。このメカニズムにおいては、第2高調
波の発生媒体は、基底状態GSと励起状態ESとの中間
に仮想準位VSを有する。そして、この仮想準位VSま
でのエネルギを有する励起光hν1を照射することによ
り、電子を基底状態GSから仮想準位VSを介して励起
状態ESへと段階的に励起することができる。このよう
にして励起した電子が励起状態ESから基底状態GSへ
と遷移する際に、励起光の半分の波長を有する光hν2
が放出される。
FIG. 7B shows a mechanism for generating the second harmonic. In this mechanism, the medium for generating the second harmonic has a virtual level VS between the ground state GS and the excited state ES. Then, by irradiating the excitation light hν1 having energy up to the virtual level VS, electrons can be stepwise excited from the ground state GS to the excited state ES via the virtual level VS. When the electrons thus excited transit from the excited state ES to the ground state GS, the light hν2 having half the wavelength of the excitation light
Is released.

【0007】しかし、このようなメカニズムによる第2
高調波の発生は、仮想遷移状態を用いるため、その変換
効率は高くない。また、励起光のパワーが高いものに限
定される。更に、小型化を目指してレーザを導波路型の
構造とした場合に位相整合が難しく、一方で、バルク型
の構造とすると素子が大型化せざるを得ないという問題
があった。
However, the second mechanism by such a mechanism
Since the generation of the harmonic uses a virtual transition state, the conversion efficiency is not high. In addition, the power of the excitation light is limited to high. Further, when the laser is formed into a waveguide type structure for the purpose of miniaturization, phase matching is difficult. On the other hand, when the laser is formed into a bulk type structure, there is a problem that the element has to be enlarged.

【0008】図7(c)は、アップコンバージョンによ
り短波長光を発生するメカニズムを表す。すなわち、ア
ップコンバージョン媒質は、基底状態GSと励起状態E
Sとの間に、仮想的な準位ではなく、実在の準位RSを
有する。そして、基底状態GSから準位RS及び準位R
Sから励起状態ESまでのエネルギを有する励起光hν
1、hν2をそれぞれ照射することにより、電子を状態
GSから実在準位RSを介して状態ESへと段階的に励
起し、このようにして励起した電子が励起状態ESから
基底状態GSへと遷移する際に、励起光の半分の波長を
有する光hν3が放出される。このようなアップコンバ
ージョンにおいては、励起過程に仮想遷移が介在せず、
リアルな遷移だけなので、第2高調波にくらべて原理的
に効率が高い。なお、図7(c)においては簡単のため
に、実在の準位RSをひとつだけ表したが、後に詳述す
るように、基底状態GSと励起状態ESとの間には複数
の順位RSが存在していてもよい。
FIG. 7C shows a mechanism for generating short-wavelength light by up-conversion. That is, the up-conversion medium has a ground state GS and an excited state E
S has a real level RS, not a virtual level. Then, from the ground state GS, the level RS and the level R
Excitation light hν having energy from S to excited state ES
By irradiating 1, hν2, respectively, the electrons are stepwise excited from the state GS to the state ES via the real level RS, and the electrons thus excited are changed from the excited state ES to the ground state GS. Then, light hν3 having half the wavelength of the excitation light is emitted. In such up-conversion, virtual transition does not intervene in the excitation process,
Since only a real transition is used, the efficiency is higher in principle than the second harmonic. In FIG. 7C, only one actual level RS is shown for simplicity, but as described later in detail, a plurality of orders RS exist between the ground state GS and the excited state ES. May be present.

【0009】レーザ素子に用いるアップコンバージョン
媒質としては、Ho3+、Tm3+、Pr3+あるいは
Pr3+/Yb3+などを含有したフッ化ジルコニウム
系ガラスを挙げることができる。これらの媒質は、いず
れも単一モードファイバ中での発振が確認されている。
また、その他にも、ABLn1−XAlO(ここ
で、AはCa2+またはSr2+であり、BはT
3+、Pr3+またはEr であり、LnはGd
3+またはLa3+であり、Xは0.001≦X≦0.
2の範囲にある)。これらの媒質を開示する文献として
は、特開平5−90693号公報を挙げることができ
る。また、Nd3+を用いる例が特開平10−4157
7号公報に記載されている。
As an up-conversion medium used for the laser element, zirconium fluoride glass containing Ho 3+ , Tm 3+ , Pr 3+ or Pr 3+ / Yb 3+ can be exemplified. For these media, oscillation in a single mode fiber has been confirmed.
Further, Besides, AB X Ln 1-X AlO 4 ( where, A is Ca 2+ or Sr 2+, B is T
m 3+, Pr 3+ or Er 3 a +, Ln is Gd
3+ or La 3+ , and X is 0.001 ≦ X ≦ 0.
2). References disclosing these media include JP-A-5-90693. An example using Nd 3+ is disclosed in JP-A-10-4157.
No. 7 is described.

【0010】アップコンバージョン媒質を用いたアップ
コンバージョン・レーザとしては、当初は、Tm3+
1D2−3H4遷移(波長455nm)及び1G4−3
H6遷移(波長480nm)について、Krレーザの
波長647.1nmと波長676.4nmの2波長同時
励起により、77Kで発振した。室温では、Ho3+
5S2−5I8遷移(波長550nm)及び5S2−5
I7遷移(波長753nm)によってレーザ発振が達成
された。この励起には、Krレーザの647.1nm
が用いられている。
As an upconversion laser using an upconversion medium, Tm 3+ 1D2-3H4 transition (wavelength 455 nm) and 1G4-3
With respect to the H6 transition (wavelength 480 nm), oscillation was performed at 77 K by simultaneous excitation of a Kr + laser at a wavelength of 647.1 nm and a wavelength of 676.4 nm. At room temperature, the 5S2-5I8 transition of Ho 3+ (wavelength 550 nm) and 5S2-5
Laser oscillation was achieved by the I7 transition (wavelength 753 nm). For this excitation, 647.1 nm of a Kr + laser was used.
Is used.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】アップコンバージョン
をさらに分類すると、図8(a)に表したように基底状
態GSからひとつの励起準位RSを介して最終励起状態
ESに励起するような場合と、図8(b)に第1励起R
S1から第2励起準位RS2を介して最終励起状態ES
に励起するような場合がある。実際には、さらに多くの
励起準位が存在する場合も多い。
The up-conversion is further classified into a case where the ground state GS is excited to the final excited state ES via one excited level RS as shown in FIG. 8A. FIG. 8B shows the first excitation R
The final excited state ES from S1 via the second excited level RS2
In some cases. In practice, there are many cases where more excitation levels exist.

【0012】しかし、アップコンバージョンにおいて
は、これら中間の励起準位から基底状態への緩和過程が
生ずる場合があり、これにより効率が低下しやすいとい
う問題があった。
However, in the up-conversion, there is a case where a relaxation process from the intermediate excitation level to the ground state occurs, which causes a problem that the efficiency is apt to decrease.

【0013】図9は、アップコンバージョンにおける緩
和過程を説明する概念図である。すなわち、同図(a)
に表した例においては、励起準位RSに励起された電子
が基底状態GSに落ち込む緩和過程RLが生じている。
また、図9(b)に表した例においては、第2励起準位
RS2から基底状態GSへの緩和過程RLが生じてい
る。このような緩和過程が生ずると、最終励起状態ES
や第2励起準位RS2への励起の効率が低下し、その結
果として、アップコンバージョン効率が低下するという
問題が生ずる。
FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a relaxation process in up-conversion. That is, FIG.
In the example shown in (1), a relaxation process RL occurs in which electrons excited by the excited level RS fall into the ground state GS.
In the example shown in FIG. 9B, a relaxation process RL from the second excitation level RS2 to the ground state GS occurs. When such a relaxation process occurs, the final excited state ES
And the efficiency of excitation to the second excitation level RS2 is reduced, and as a result, the problem that the up-conversion efficiency is reduced occurs.

【0014】本発明は、かかる課題の認識に基づいてな
されたものであり、その目的は、アップコンバージョン
において中間の励起準位から基底状態への緩和過程を抑
制する新規な構成を有するアップコンバージョン光素子
を提供することにある。
The present invention has been made based on the recognition of such a problem, and an object of the present invention is to provide an up-conversion light having a novel structure for suppressing a relaxation process from an intermediate excitation level to a ground state in up-conversion. It is to provide an element.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のアップコンバージョン光素子は、光の波長
のオーダの周期的な屈折率の分布を有する構造体にアッ
プコンバージョン媒質が設けられてなることを特徴とす
る。
In order to achieve the above object, an up-conversion optical element according to the present invention comprises an up-conversion medium provided in a structure having a periodic refractive index distribution on the order of the wavelength of light. It is characterized by becoming.

【0016】ここで、前記空間は、フォトニック構造体
により形成されてなるものとすることができる。
Here, the space may be formed by a photonic structure.

【0017】また、前記フォトニック構造体は、前記屈
折率の分布に対応したフォトニックバンドギャップを有
し、前記フォトニックバンドギャップは、前記アップコ
ンバージョン媒質において生じうる緩和過程により発生
する光の波長に対応するものとすることができる。
Further, the photonic structure has a photonic band gap corresponding to the refractive index distribution, and the photonic band gap is a wavelength of light generated by a relaxation process that can occur in the up-conversion medium. Can be used.

【0018】また、前記アップコンバージョン媒質は、
基底状態と励起状態との間に複数の励起準位を有し、前
記緩和過程は、前記複数の励起準位のいずれかから前記
基底状態への遷移に対応するものとすることかできる。
Also, the up-conversion medium is:
There may be a plurality of excited levels between the ground state and the excited state, and the relaxation process may correspond to a transition from any of the plurality of excited levels to the ground state.

【0019】また、前記フォトニック構造体の少なくと
も一部が前記アップコンバージョン媒質からなるものと
することができる。
Further, at least a part of the photonic structure may be made of the up-conversion medium.

【0020】また、前記アップコンバージョン媒質は、
デンドリマーを含むものとすることができる。
Further, the up-conversion medium is:
It can include dendrimers.

【0021】また、前記フォトニック構造体に応力を付
加しあるいは温度を変化させることにより変形させる手
段をさらに備えることにより、フォトニックバンドギャ
ップを調節して効率を改善し、あるいは光変調やスイッ
チングも可能となる。
In addition, the photonic structure is further provided with a means for deforming by applying a stress or changing the temperature to improve the efficiency by adjusting the photonic band gap, or to perform light modulation and switching. It becomes possible.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について詳細に説明する。アップコンバージ
ョンにおいて励起準位から基底状態への緩和過程が生ず
る場合、その遷移に伴った発光が生ずる。従って、この
緩和発光を強制的に抑制することができれば、緩和過程
による効率の低下を防ぐことが可能となる。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. When the relaxation process from the excited level to the ground state occurs in the up-conversion, light emission accompanying the transition occurs. Therefore, if the relaxation light emission can be forcibly suppressed, it is possible to prevent a decrease in efficiency due to the relaxation process.

【0023】本発明者は、この点に着目し、アップコン
バージョン媒質を、その緩和発光の波長の光が存在でき
ない場に設けることを着想するに至った。このような
「場」は、フォトニック構造体により形成することがで
きる。
The present inventor has paid attention to this point, and has come up with the idea of providing the up-conversion medium in a field where light having the wavelength of the relaxed emission cannot exist. Such a "field" can be formed by a photonic structure.

【0024】図1は、本発明のアップコンバージョン光
素子の要部構成を概念的に表す説明図である。すなわ
ち、同図は、本発明のアップコンバージョン光素子の波
長変換部を表し、この波長変換部は、フォトニック構造
体PSの内部にアップコンバージョン媒質UCの要部が
閉じこめられた構成を有する。あるいは、アップコンバ
ージョン媒質UCそれ自身を、フォトニック構造体PS
の構成要素の全部または一部としても良い。
FIG. 1 is an explanatory view conceptually showing a main configuration of an up-conversion optical element of the present invention. That is, FIG. 2 shows a wavelength converter of the up-conversion optical element of the present invention, and this wavelength converter has a configuration in which a main part of the up-conversion medium UC is confined inside the photonic structure PS. Alternatively, the up-conversion medium UC itself is used as the photonic structure PS
May be all or part of the components.

【0025】ここで、「フォトニック構造体」とは、屈
折率の空間的な分布が光の波長のオーダで1次元乃至3
次元的周期性を有するものをいう。その典型的なものと
しては、屈折率の異なる2種類以上の媒質を光の波長の
オーダで1次元乃至3次元的に周期的にならべた「フォ
トニック結晶」を挙げることができる。
Here, the "photonic structure" means that the spatial distribution of the refractive index is one-dimensional to three-dimensional in the order of the wavelength of light.
It has a dimensional periodicity. A typical example is a “photonic crystal” in which two or more media having different refractive indexes are periodically arranged one-dimensionally or three-dimensionally on the order of the wavelength of light.

【0026】フォトニック構造体は、その周期的な屈折
率分布に応じた光の波数と振動数すなわち光子エネルギ
との関係がバンド構造を示す(E.Yablonovitch,Phys.Re
v.Lett.58(20),2059(1987))。この現象は、半導体中の
電子のエネルギが周期的なポテンシャルの中でバンド構
造を示す現象と類似したものである。そして、フォトニ
ック構造体では、どの方向にも光が伝搬しない「フォト
ニックバンドギャップ」と呼ばれる波長領域を出現させ
ることが可能である。つまり、フォトニック構造体にお
いては、フォトニックバンドギャップの範囲内のエネル
ギー(波長)の光は存在できないことになる。
The photonic structure has a band structure in which the relationship between the wave number and frequency of light, that is, the photon energy, according to the periodic refractive index distribution shows a band structure (E. Yablonovitch, Phys.
v. Lett. 58 (20), 2059 (1987)). This phenomenon is similar to the phenomenon in which the energy of electrons in a semiconductor shows a band structure in a periodic potential. In the photonic structure, a wavelength region called “photonic band gap” in which light does not propagate in any direction can appear. That is, in the photonic structure, light having energy (wavelength) within the range of the photonic band gap cannot exist.

【0027】図2は、フォトニック構造体における光の
透過スペクトルを例示するグラフ図である。すなわち、
同図の例においては、波長約550〜650nmの範囲
において光の透過率がほぼゼロとなり、このフォトニッ
クバンドの範囲の光が存在できないことを表している。
FIG. 2 is a graph illustrating the transmission spectrum of light in the photonic structure. That is,
In the example shown in the figure, the light transmittance is almost zero in the wavelength range of about 550 to 650 nm, indicating that light in the photonic band cannot exist.

【0028】フォトニック構造体のいくつかの具体例を
以下に説明する。 (1)第1の例として、酸化けい素微小球を含有するコ
ロイド溶液から溶媒を除いて酸化けい素微小球を結晶化
することにより得られるフォトニック結晶がある。この
形成方法は、酸化けい素微小球の自己配列を利用してお
り、得られるフォトニック結晶はopal型と呼ばれ
る。この方法では、比較的容易に大きな繰り返し周波数
の結晶が得られる(H.Miguezら、appl.Phys.Lett.71(9),
1148(1997))。
Some specific examples of the photonic structure will be described below. (1) As a first example, there is a photonic crystal obtained by crystallizing silicon oxide microspheres by removing a solvent from a colloid solution containing silicon oxide microspheres. This formation method utilizes the self-alignment of silicon oxide microspheres, and the resulting photonic crystal is called an opal type. In this method, a crystal having a large repetition frequency can be obtained relatively easily (H. Miguez et al., Appl. Phys. Lett. 71 (9),
1148 (1997)).

【0029】(2)第2の例として、ウッド・パイル
(Wood-Pile)法(S.Nodaら、Jpn.J.Appl.Phys.,35,L90
9(1996))により得られるフォトニック結晶がある。こ
の方法では、半導体微細加工技術を利用して、2つの基
板上にそれぞれ角材を並べたような構造を形成し、その
角材部分が直交するように2つの基板を対向させて接着
した後、片方の基板をエッチングで除くことにより、
「角材」を2層重ねた構造を形成する。同様に「角材」
を表面に並べた基板を用意し、精密な位置合わせによる
接着とエッチングを繰り返すことにより、角材を1層ず
つ積み上げていく。この方法では、全方位にフォトニッ
クバンドギャップが開くダイヤモンド構造を作製でき
る。
(2) As a second example, a Wood-Pile method (S. Noda et al., Jpn. J. Appl. Phys., 35, L90)
9 (1996)). In this method, a structure in which square members are arranged on two substrates is formed using semiconductor fine processing technology, and the two substrates are bonded to face each other so that the square members are orthogonal to each other. By removing the substrate by etching
A structure in which two layers of “square lumber” are stacked is formed. Similarly, "square lumber"
Are prepared on a surface, and glue and etching are repeated by precise positioning, thereby stacking the square pieces one by one. According to this method, a diamond structure in which a photonic band gap opens in all directions can be manufactured.

【0030】(3)第3の例として、オートクローニン
グ法と呼ばれる方法(川上他,特開平10−33575
8号)により得られるフォトニック結晶がある。この方
法では、リソグラフィーにより石英または半導体の基板
に2次元の周期的な凸凹パタンを形成し、バイアススパ
ッタ法により下層の凸凹パタンを再現しながら、薄膜を
多層に積層する。このようにして最初に凸凹パタンを刻
んだ基板の内面方向およびその面に垂直な積層方向に3
次元的な周期構造を作製する。この方法は、opal型
フォトニック結晶の製造方法より信頼性および再現性が
よく、また、ウッドパイル法ほどは複雑で手間のかかる
微細加工プロセスを必要としないことから、積層方向に
比較的多くの周期を持つフォトニック結晶を作製でき
る。
(3) As a third example, a method called an autocloning method (Kawakami et al., JP-A-10-33575)
No. 8). In this method, a two-dimensional periodic uneven pattern is formed on a quartz or semiconductor substrate by lithography, and thin films are stacked in multiple layers while reproducing the underlying uneven pattern by bias sputtering. In this way, three directions are first set in the direction of the inner surface of the substrate on which the uneven pattern is first cut and the lamination direction perpendicular to the surface.
Create a dimensional periodic structure. This method is more reliable and reproducible than the method of manufacturing an opal-type photonic crystal, and does not require a complicated and laborious fine processing process as in the woodpile method. A photonic crystal having a period can be manufactured.

【0031】(4)第4の例として、光の干渉パタンを
利用して得られるフォトニック結晶がある(常友,小
山,特開平10−68807号)。この方法では、1次
元的に積層した多層の薄膜に干渉パタンを焼き付けるよ
うにレーザー光を照射することにより、光強度の強い部
位での溶融・蒸発やアブレーションを利用して多層膜の
膜面に垂直な方向に周期的な切り込みを入れ、フォトニ
ック結晶を作製する。この方法ではレーザーの干渉パタ
ンによって周期構造を作製する際に、多くの周期を1度
に形成でき、効率の良い方法と考えられる。
(4) As a fourth example, there is a photonic crystal obtained by using an interference pattern of light (John Tomo, Koyama, JP-A-10-68807). In this method, a laser beam is applied to a one-dimensionally laminated multilayer thin film so as to bake an interference pattern, and the surface of the multilayer film is melted and evaporated or ablated at a site having a high light intensity. A periodic cut is made in the vertical direction to produce a photonic crystal. In this method, when a periodic structure is produced by a laser interference pattern, many periods can be formed at once, and it is considered to be an efficient method.

【0032】再び図1に戻って説明すると、本発明のア
ップコンバージョン光素子は、同図に表したように、フ
ォトニック構造体PSの内部にアップコンバージョン媒
質UCの要部が閉じこめられている。具体的には、後に
実施例として詳述するように、例えば、フォトニック構
造体の「隙間」にアップコンバージョン媒質を充填する
構成などを用いることができる。または、アップコンバ
ージョン媒質がフォトニック構造体の一部を構成しても
良く、あるいは、アップコンバージョン媒質によってフ
ォトニック構造体を構成しても良い。例えば、互いに屈
折率が異なる2種類のアップコンバージョン媒質を光の
波長のオーダで配置すれば、これがそのままフォトニッ
ク構造体PSを構成する。
Referring back to FIG. 1, in the up-conversion optical element according to the present invention, as shown in FIG. 1, the main part of the up-conversion medium UC is confined inside the photonic structure PS. Specifically, as will be described later in detail as an example, for example, a configuration in which a “gap” of a photonic structure is filled with an up-conversion medium can be used. Alternatively, the up-conversion medium may constitute a part of the photonic structure, or the up-conversion medium may constitute the photonic structure. For example, if two types of up-conversion media having different refractive indices are arranged in the order of the wavelength of light, they constitute the photonic structure PS as it is.

【0033】そして、このフォトニック構造体PSとし
て、アップコンバージョン媒質UCにおいて生じうる緩
和過程の遷移に対応したフォトニックバンドギャップを
有するものを用いる。
As the photonic structure PS, one having a photonic band gap corresponding to the transition of the relaxation process that can occur in the up-conversion medium UC is used.

【0034】図3は、本発明のアップコンバージョン光
素子において生ずる遷移を表す概念図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing transitions occurring in the up-conversion optical element of the present invention.

【0035】すなわち、同図(a)に表したように基底
状態GSからひとつの励起準位RSを介して最終励起状
態ESに励起するような場合には、励起準位RSに励起
された電子が基底状態GSに落ち込む緩和過程RLによ
り発生する光の波長に対応したフォトニックバンドを有
するフォトニック構造体PSにより、アップコンバージ
ョン媒質UCを閉じ込める。すると、アップコンバージ
ョン媒質において緩和過程RLに対応する光が存在でき
ないために緩和過程が制限されて電子は励起準位RSに
長く留まり、励起状態ESに高い効率で励起されるよう
になる。
That is, when the ground state GS is excited from the ground state GS to the final excited state ES through one excited level RS as shown in FIG. Confine the up-conversion medium UC by the photonic structure PS having a photonic band corresponding to the wavelength of the light generated by the relaxation process RL, which falls into the ground state GS. Then, since the light corresponding to the relaxation process RL cannot exist in the up-conversion medium, the relaxation process is limited, and the electrons stay at the excited level RS for a long time, and are excited to the excited state ES with high efficiency.

【0036】同様に、同図(b)に表したような2つの
励起準位RS1、RS2を介した遷移が生ずる場合に
も、緩和過程RLに対応するフォトニックバンドギャッ
プを有するフォトニック構造体の中にアップコンバージ
ョン媒質UCを閉じ込めることにより、電子の緩和過程
を抑制し、励起状態ESへの励起効率を大幅に改善する
ことできる。
Similarly, when a transition occurs via two excited levels RS1 and RS2 as shown in FIG. 3B, a photonic structure having a photonic band gap corresponding to the relaxation process RL is also obtained. By confining the up-conversion medium UC in the inside, the electron relaxation process can be suppressed, and the excitation efficiency to the excited state ES can be greatly improved.

【0037】以上説明した作用効果は、基底状態GSか
ら3以上の励起準位を介して励起状態ESに励起される
場合においても同様に得ることができる。すなわち、生
じうる緩和過程に対応したフォトニックバンドギャップ
を有するフォトニック構造体の中にアップコンバージョ
ン媒質UCを閉じ込めれば良い。ここで、複数の緩和過
程が生じうる場合には、もっとも発生確率の高い緩和過
程に対応したフォトニックバンドギャップを有するフォ
トニック構造体を選択することが望ましい。
The operation and effect described above can be obtained similarly when the ground state GS is excited to the excited state ES through three or more excited levels. That is, the upconversion medium UC may be confined in a photonic structure having a photonic band gap corresponding to a possible relaxation process. Here, when a plurality of relaxation processes can occur, it is desirable to select a photonic structure having a photonic band gap corresponding to the relaxation process with the highest probability of occurrence.

【0038】また、図3(a)に表した遷移の場合、緩
和過程RLが励起光hν1と同一あるいは近似した波長
を有する。この場合に、緩和過程RLを抑制するように
フォトニックバンドギャップを選択すると、励起光hν
1も制限され、フォトニック媒質を励起しにくくなる場
合がある。
In the case of the transition shown in FIG. 3A, the relaxation process RL has the same or similar wavelength as the excitation light hν1. In this case, if the photonic band gap is selected so as to suppress the relaxation process RL, the excitation light hν
1 is also limited, which may make it difficult to excite the photonic medium.

【0039】従って、本発明においては、図3(b)に
例示したように、緩和過程RLと励起光の波長が異なる
遷移を有するアップコンバージョン媒質を用いると、よ
り顕著な効果が得られる。
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 3B, a more remarkable effect can be obtained by using an up-conversion medium having a transition in which the wavelength of the excitation light is different from that of the relaxation process RL.

【0040】アップコンバージョン媒質UCとしては、
前述したように、ネオジウムイオン等を含むガラスを用
いることができる。さらに、多数の分岐構造を有する
「デンドリマー(Dendrimer)」を用いると、分岐がエ
ネルギーを集めるアンテナの役割を有するために、多光
子励起を効率よく発生させ、アップコンバージョンの効
率を向上することができる。
As the up-conversion medium UC,
As described above, glass containing neodymium ions or the like can be used. Furthermore, when a “Dendrimer” having a large number of branching structures is used, the branching has the role of an antenna that collects energy, so that multiphoton excitation can be efficiently generated and the efficiency of upconversion can be improved. .

【0041】さらに、フォトニック構造体PSのバンド
ギャップは、その周期性すなわち格子定数を変化させる
ことにより調節することができる。従って、フォトニッ
ク構造体の周期性を機械的、電気的あるいは温度的に変
化させうる機構を附置させることにより、フォトニック
バンドギャップを調節し、アップコンバージョン媒質の
緩和過程RLに精度良く合致させることができる。
Further, the band gap of the photonic structure PS can be adjusted by changing its periodicity, that is, the lattice constant. Therefore, by providing a mechanism capable of mechanically, electrically or thermally changing the periodicity of the photonic structure, the photonic band gap is adjusted to accurately match the relaxation process RL of the up-conversion medium. Can be.

【0042】[0042]

【実施例】以下、実施例を参照しつつ本発明の実施の形
態についてさらに詳細に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to examples.

【0043】(第1の実施例)まず、本発明の第1の実
施例として、一次元的な積層構造を有するフォトニック
構造体にアップコンバージョン媒質を閉じ込めたレーザ
素子について説明する。
(First Embodiment) First, as a first embodiment of the present invention, a laser device in which an up-conversion medium is confined in a photonic structure having a one-dimensional laminated structure will be described.

【0044】図4は、本実施例のアップコンバージョン
光素子の要部断面構成を表す概念図である。すなわち、
本実施例の光素子10Aは、1次元フォトニック構造体
を形成するため、層厚が80nmのBaTiO層12
と、層厚が80nmのNd .20.8BaCl
微結晶含有ガラス層14とを交互に100層積層した積
層体を有する。すなわち、この積層体は、一次元的なフ
ォトニック構造体を構成し、且つその一部はアップコン
バージョン媒質であるガラス層14により構成されてい
る。この一次元的フォトニック構造体においては、58
0nmから640nmまでの波長帯で光が透過できない
フォトニックバンドギャップを有する。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a cross-sectional configuration of a main part of the up-conversion optical element of this embodiment. That is,
In order to form a one-dimensional photonic structure, the optical element 10A of this embodiment has a BaTiO 3 layer 12 having a thickness of 80 nm.
And Nd 0 . 2 Y 0.8 Ba 2 Cl 7
It has a laminate in which 100 microcrystalline-containing glass layers 14 are alternately laminated. That is, this laminate constitutes a one-dimensional photonic structure, and a part thereof is constituted by the glass layer 14 which is an up-conversion medium. In this one-dimensional photonic structure, 58
It has a photonic band gap that cannot transmit light in a wavelength band from 0 nm to 640 nm.

【0045】この積層体の後面には、少なくとも380
nm〜420nmまでの波長でほぼ100%反射するコ
ーティング18を形成した。また、積層体の前面には、
同じ波長範囲で80%の反射率を有するコーティング1
6を形成した。この光素子10Aは、803nmの波長
の光を透過するため、励起光Lとして、時間幅10ナ
ノ秒、波長803nmのTi:サファイアレーザを入射
した。励起光Lの入射ピークパワー密度は、約1MW
/cmとした。
On the rear surface of the laminate, at least 380
A coating 18 reflecting almost 100% at wavelengths from nm to 420 nm was formed. Also, on the front of the laminate,
Coating 1 having 80% reflectivity in the same wavelength range
6 was formed. The optical element 10A in order to transmit light of a wavelength of 803 nm, as the excitation light L 1, Ti duration 10 ns, wavelength 803 nm: incident sapphire laser. Incident peak power density of the excitation light L 1 is approximately 1MW
/ Cm 2 .

【0046】室温で発振するアップコンバージョンレー
ザの材料の例として、Nd0.2 0.8BaCl
が特開平10−41577号公報に開示されている。こ
の材料は806nmの近赤外半導体レーザで励起され、
3度のアップコンバージョン過程を経て390nm付近
及び415nm付近で発振する。しかし、600nm付
近で大きな発光が観測されている。これは、アップコン
バージョンのプロセスの中で、一部の励起電子が発光で
緩和しているものであり、この緩和過程が発振効率を下
げている。従って、この発光を抑えることにより発振効
率を上げることが可能になる。
Upconversion laser oscillating at room temperature
Nd as an example of the material0.2Y 0.8Ba2Cl7
Is disclosed in JP-A-10-41577. This
Is excited by a 806 nm near-infrared semiconductor laser,
Around 390nm after 3 times up conversion process
And oscillate around 415 nm. However, with 600nm
A large light emission is observed nearby. This is an upcon
In the version process, some of the excited electrons emit light
This relaxation process lowers the oscillation efficiency.
I have Therefore, by suppressing this light emission,
It is possible to increase the rate.

【0047】比較のための試料として、図4の構成から
BaTiO層12を除いた構造のレーザ素子を用意し
た。そして、両者のレーザ発振光はフォトダイオードで
モニタし、その発振強度信号を比較した。
As a sample for comparison, a laser device having a structure in which the BaTiO 3 layer 12 was removed from the configuration shown in FIG. 4 was prepared. Then, both laser oscillation lights were monitored by a photodiode, and their oscillation intensity signals were compared.

【0048】図5は、本実施例と比較例の励起パワー強
度に対する発振パワー強度の関係を表すグラフ図であ
る。すなわち、本実施例及び比較例の試料共にレーザ発
振したが、本実施例のほうがスロープ効率(発振のパワ
ー変化/励起光のパワー変化)が圧倒的な高いことが分
かった。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the excitation power intensity and the oscillation power intensity in the present embodiment and the comparative example. That is, although the laser oscillation occurred in both the samples of the present example and the comparative example, it was found that the slope efficiency (change of oscillation power / change of excitation light power) was overwhelmingly higher in this example.

【0049】(第2の実施例)次に、本発明の第2の実
施例として、グレーティング(回折格子)を用いたフォ
トニック構造体にアップコンバージョン媒質を閉じ込め
たレーザ素子について説明する。
(Second Embodiment) Next, as a second embodiment of the present invention, a laser device in which an up-conversion medium is confined in a photonic structure using a grating (diffraction grating) will be described.

【0050】図6は、本実施例のアップコンバージョン
光素子の要部断面構成を表す概念図である。すなわち、
本実施例の光素子は、グレーティングを向かい合わせた
構造のグレーティングペア型フォトニック構造体を有す
る。このフォトニック構造体を開示した文献としては、
特開平10−83005号公報を挙げることができる。
このような構造体も1次元フォトニック結晶と同様の作
用を有する。
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a cross-sectional configuration of a main part of the up-conversion optical element of this embodiment. That is,
The optical device of the present embodiment has a grating pair type photonic structure having a structure in which gratings face each other. Documents disclosing this photonic structure include:
JP-A-10-83005 can be mentioned.
Such a structure also has the same function as a one-dimensional photonic crystal.

【0051】すなわち、ガラス基板22の表面にレジス
ト層23を形成し、その表面に1周期のピッチが約16
0nmのグレーティング24を形成した。これを2つ用
意し、それぞれにBaTiO層25を厚さ100nm
スパッタした上に、アップコンバージョン媒質としてN
0.20.8BaCl微結晶含有ガラス層26
を厚さ100nmスパッタした。次に、これらを図6に
表したように、向かい合わせて接合した。
That is, a resist layer 23 is formed on the surface of the glass substrate 22, and the pitch of one cycle is about 16 on the surface.
A grating 24 of 0 nm was formed. Two of these were prepared, and a BaTiO 3 layer 25 having a thickness of 100 nm
After sputtering, N was used as an upconversion medium.
d 0.2 Y 0.8 Ba 2 Cl 7 microcrystalline containing glass layer 26
Was sputtered to a thickness of 100 nm. Next, they were joined face to face as shown in FIG.

【0052】また、比較例として、レジスト層23の表
面にグレーティング24を形成しない試料を作製した。
前述した第1実施例と同様の評価を行なった結果、いず
れの光素子もレーザ発振したものの、本実施例の光素子
の方が比較例よりも発振スロープ効率が圧倒的に高いこ
とが分かった。
As a comparative example, a sample in which the grating 24 was not formed on the surface of the resist layer 23 was prepared.
As a result of performing the same evaluation as in the first embodiment described above, it was found that, although all of the optical elements oscillated laser, the optical element of the present example had an overwhelmingly higher oscillation slope efficiency than the comparative example. .

【0053】(第3の実施例)次に、本発明の第3の実
施例として、アップコンバージョン媒質としてデンドリ
マーを用いた光素子について説明する。相田らは、「化
学」Vol.53、No3、(1998)において、デ
ンドリマーの5光子励起が存在することを報告してい
る。そこで、図4に表した第1実施例の構成において、
Nd0.20. BaClの代わりに、デンドリ
マーL5AZOおよびレーザ色素IR−5を用いたアッ
プコンバージョン光素子を作成した。この時の各層の層
厚は、デンドリマー/色素層と、BaTiO層ともに
1.65μmとした。これに赤外線モノクロメータで発
生させた1600cm−1(6.25μm)の励起光L
を照射した。その結果、この光素子こから波長1.3
μm近傍の光Lが観測された。これは、デンドリマー
が5光子励起させた電子のエネルギーが色素IR−5に
移動して発光した結果であると考えられる。5光子励起
のアップコンバージョンが寄与した光素子の観測は、従
来得られなかったものであり、本発明によって電子の緩
和過程が大幅に抑制された結果得られたものであると考
えられる。
Third Embodiment Next, as a third embodiment of the present invention, an optical device using a dendrimer as an up-conversion medium will be described. Aida et al., "Chemistry" Vol. 53, No. 3, (1998) report the presence of five-photon excitation of dendrimers. Therefore, in the configuration of the first embodiment shown in FIG.
Nd 0.2 Y 0. An up-conversion optical element using dendrimer L5AZO and laser dye IR-5 instead of 8 Ba 2 Cl 7 was prepared. At this time, the thickness of each layer was 1.65 μm for both the dendrimer / dye layer and the BaTiO 3 layer. The excitation light L of 1600 cm −1 (6.25 μm) generated by the infrared monochromator
1 was irradiated. As a result, a wavelength of 1.3
μm light L 2 in the vicinity were observed. This is considered to be the result of the energy of the electrons excited by the dendrimer excited by five photons transferred to the dye IR-5 to emit light. The observation of the optical element to which the five-photon excitation up-conversion contributed has not been obtained conventionally, and is considered to be obtained as a result of greatly suppressing the electron relaxation process according to the present invention.

【0054】(第4の実施例)次に、本発明の第4の実
施例として、フォトニック構造体を変型させることによ
り、フォトニックバンドギャップを調節可能としたアッ
プコンバージョン光素子について説明する。
(Fourth Embodiment) Next, as a fourth embodiment of the present invention, an up-conversion optical element in which the photonic band gap can be adjusted by changing the photonic structure will be described.

【0055】Yoshinoら(J. J. A. P, 38A, L78
6 (1999))は、圧力を加えることによって有機オパール
のフォトニック結晶のフォトニックバンドが変化するこ
とを報告している。これと同様の方法で、Nd0.2
0.8BaClのポリマーオパールを作製した。そ
の結晶構造は、F.C.C.(面心立方型)であり、球
状のNd0.20.8BaCl(250nm径)
がpoly(2-methoxy-5-dodecyloxy-p-phenyleneviny
lene)中に含まれてなる。
Yoshino et al. (JJA P, 38A, L78)
6 (1999)) report that the photonic band of a photonic crystal of organic opal is changed by applying pressure. In a similar manner, Nd 0.2 Y
A polymer opal of 0.8 Ba 2 Cl 7 was made. Its crystal structure is described by F.S. C. C. (Face-centered cubic type), spherical Nd 0.2 Y 0.8 Ba 2 Cl 7 (250 nm diameter)
Is poly (2-methoxy-5-dodecyloxy-p-phenyleneviny
lene).

【0056】このフォトニック構造体においては、光の
透過スペクトル中に、フォトニックバンドギャップに対
応して光が透過しにくい吸収領域が約20nmの半値幅
で出現する。そして、この構造体に対して、その全体の
長さを1として0.38分が縮まるように1軸性の圧力
を加えると、この吸収領域のピーク波長が、波長570
nmから波長700nmまでの範囲で変化した。
In this photonic structure, an absorption region where light is hardly transmitted appears in a light transmission spectrum with a half-value width of about 20 nm corresponding to the photonic band gap. Then, when a uniaxial pressure is applied to this structure so that 0.38 minutes is reduced with the entire length being 1, the peak wavelength of this absorption region becomes 570 wavelength.
It changed in the range from nm to 700 nm.

【0057】これに、第1実施例と同様に803nmの
励起光Lを入射し、390nmと415nmの発光L
をモニタした。そして、この光素子に1軸性圧力を加
えると、発光量が変化することが確認された。
[0057] thereto, the excitation light L 1 of 803nm as in the first embodiment enters, the 390nm and 415nm emission L
2 was monitored. Then, it was confirmed that when a uniaxial pressure was applied to this optical element, the light emission amount changed.

【0058】一方、一般に有機物は熱膨張係数が大き
い。本実施例の有機オパールの熱膨張係数も、約1×1
−4/Kであった。そこで、ペルチェ素子をこのフォ
トニック構造体に接触させ、20℃から120℃まで温
度を上昇させると格子定数を約1パーセント大きくする
ことができる。1軸性圧力を印加しない状態で120℃
ままで温度を上げた場合に、吸収領域のピーク波長は5
70nmから574nmにシフトした。そこで圧力を加
えることより最大の発光量になるように調節した後、さ
らに温度を上げたところ、発光量がわずかであるが変化
し、発光量をさらに1〜2パーセント大きくすることが
できた。
On the other hand, organic substances generally have a large coefficient of thermal expansion. The coefficient of thermal expansion of the organic opal of this example is also about 1 × 1.
It was 0-4 / K. Therefore, when a Peltier element is brought into contact with the photonic structure and the temperature is increased from 20 ° C. to 120 ° C., the lattice constant can be increased by about 1%. 120 ° C with no uniaxial pressure applied
When the temperature is increased as it is, the peak wavelength in the absorption region is 5
It shifted from 70 nm to 574 nm. Then, the pressure was applied to adjust the light emission amount to the maximum, and then the temperature was further increased. As a result, the light emission amount changed slightly, but the light emission amount could be further increased by 1 to 2%.

【0059】また、本実施例においては、フォトニック
構造体を変型させることによりフォトニックバンドを変
化させ、緩和過程による光の波長に対してフォトニック
バンドギャップを合致させあるいはずらすことが可能と
なる。この現象を応用すると、フォトニック構造体を変
型させることにより発光強度を変化させる光変調機能乃
至光スイッチング機能を付与したり、あるいは、応力や
温度により発光強度が変化する応力センサあるいは温度
センサとしての機能を得ることもできる。
In this embodiment, the photonic band can be changed by deforming the photonic structure, and the photonic band gap can be matched or shifted with respect to the wavelength of light in the relaxation process. . When this phenomenon is applied, a light modulation function or an optical switching function of changing the light emission intensity by deforming the photonic structure is provided, or as a stress sensor or a temperature sensor whose light emission intensity changes due to stress or temperature. You can also get features.

【0060】以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の
形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体
例に限定されるものではない。例えば、本発明において
用いることができるフォトニック構造体としては、従来
「フォトニック結晶」と称されているものも含めた種々
の構造体を挙げることができる。さらに、そのような従
来の材料による従来のフォトニック構造体の「隙間」を
アップコンバージョン媒質で充填するようにしても良
く、あるいは、これらのフォトニック構造体の一部をア
ップコンバージョン媒質により置き換えても良く、ある
いはこれらのフォトニック構造体の全てをアップコンバ
ージョン媒質により置き換えても良い。
The embodiment of the invention has been described with reference to examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, examples of the photonic structure that can be used in the present invention include various structures including those conventionally referred to as “photonic crystals”. In addition, the "gaps" of conventional photonic structures of such conventional materials may be filled with up-conversion media, or some of these photonic structures may be replaced by up-conversion media. Alternatively, all of these photonic structures may be replaced by an up-conversion medium.

【0061】さらに、光素子の構成も、励起光源を内蔵
するものでも良く、外部からの励起光を受けて発光する
ものであってもよい。さらに、光変調素子や受光素子な
どを併せ持つものであっても良い。
Further, the configuration of the optical element may be such as to incorporate a pump light source or to emit light upon receiving external pump light. Further, it may have a light modulation element, a light receiving element, and the like.

【0062】[0062]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
緩和過程による発光に対応するフォトニックバンドを有
するフォトニック構造体の中にアップコンバージョン媒
質を閉じ込めることにより、アップコンバージョンを極
めて高い効率で生じさせ、高性能のアップコンバージョ
ン光素子を提供することができる。
As described in detail above, according to the present invention,
By confining the upconversion medium in a photonic structure having a photonic band corresponding to light emission by the relaxation process, upconversion can be performed with extremely high efficiency, and a high-performance upconversion optical element can be provided. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のアップコンバージョン光素子の要部構
成を概念的に表す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram conceptually showing a main configuration of an up-conversion optical element of the present invention.

【図2】フォトニック構造体における光の透過スペクト
ルを例示するグラフ図である。
FIG. 2 is a graph illustrating a transmission spectrum of light in the photonic structure.

【図3】本発明のアップコンバージョン光素子において
生ずる遷移を表す概念図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a transition that occurs in the up-conversion optical element of the present invention.

【図4】本発明の第1実施例のアップコンバージョン光
素子の要部断面構成を表す概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a cross-sectional configuration of a main part of the up-conversion optical element according to the first embodiment of the present invention.

【図5】第1実施例と比較例の励起パワー強度に対する
発振パワー強度の関係を表すグラフ図である。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between an excitation power intensity and an oscillation power intensity in the first embodiment and a comparative example.

【図6】本発明の第2の実施例のアップコンバージョン
光素子の要部断面構成を表す概念図である。
FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a cross-sectional configuration of a main part of an up-conversion optical element according to a second embodiment of the present invention.

【図7】短波長を得るための3つの手法の原理を説明す
るための概念図である。
FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining the principle of three techniques for obtaining a short wavelength.

【図8】(a)は基底状態GSからひとつの励起準位R
Sを介して最終励起状態ESに励起するような場合を表
し、(b)は第1励起RS1から第2励起準位RS2を
介して最終励起状態ESに励起するような場合を表す。
FIG. 8A shows one excitation level R from the ground state GS.
(B) represents a case where the first excited state RS is excited to the final excited state ES via the second excited level RS2.

【図9】アップコンバージョンにおける緩和過程を説明
する概念図である。
FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a relaxation process in up-conversion.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

PS フォトニック構造体 UC アップコンバージョン媒質 GS 基底状態 RS 励起準位 ES 励起状態 RL 緩和過程 L 励起光 L 放出光 12 BaTiO層 1 4 Nd0.20.8BaCl微結晶含有ガ
ラス層 16、18 コーティング 22 ガラス基板 23 レジスト層 24 グレーティング 25 BaTiO層 26 アップコンバージョン媒質
PS Photonic structure UC Up-conversion medium GS Ground state RS Excited state ES Excited state RL Relaxation process L 1 Excitation light L 2 Emission light 12 BaTiO 3 layer 14 Nd 0.2 Y 0.8 Ba 2 Cl 7 microcrystal Containing glass layer 16, 18 Coating 22 Glass substrate 23 Resist layer 24 Grating 25 BaTiO 3 layer 26 Up-conversion medium

フロントページの続き (72)発明者 木 原 尚 子 埼玉県深谷市幡羅町1−9−2 株式会社 東芝深谷工場内 (72)発明者 市 村 厚 一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式会 社東芝研究開発センター内 Fターム(参考) 2K002 AB12 BA01 CA02 DA20 GA10 HA20 5F072 AB20 JJ02 KK26 PP10 QQ02 RR03 YY16 Continuing from the front page (72) Inventor Naoko Kihara 1-9-2 Hara-cho, Fukaya-shi, Saitama Prefecture Toshiba Fukaya Plant Co., Ltd. (72) Inventor Atsushi Ichimura 1 Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa-ken F-term in Toshiba R & D Center (reference) 2K002 AB12 BA01 CA02 DA20 GA10 HA20 5F072 AB20 JJ02 KK26 PP10 QQ02 RR03 YY16

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光の波長のオーダの周期的な屈折率の分布
を有する構造体にアップコンバージョン媒質が設けられ
てなることを特徴とするアップコンバージョン光素子。
1. An up-conversion optical element comprising an up-conversion medium provided in a structure having a periodic refractive index distribution on the order of the wavelength of light.
【請求項2】前記空間は、フォトニック構造体により形
成されてなることを特徴とする請求項1記載の光素子。
2. The optical device according to claim 1, wherein said space is formed by a photonic structure.
【請求項3】前記フォトニック構造体は、前記屈折率の
分布に対応したフォトニックバンドギャップを有し、 前記フォトニックバンドギャップは、前記アップコンバ
ージョン媒質において生じうる緩和過程により発生する
光の波長に対応することを特徴とする請求項2記載の光
素子。
3. The photonic structure has a photonic band gap corresponding to the refractive index distribution, and the photonic band gap is a wavelength of light generated by a relaxation process that can occur in the up-conversion medium. 3. The optical element according to claim 2, wherein
【請求項4】前記アップコンバージョン媒質は、基底状
態と励起状態との間に複数の励起準位を有し、 前記緩和過程は、前記複数の励起準位のいずれかから前
記基底状態への遷移に対応することを特徴とする請求項
3記載の光素子。
4. The up-conversion medium has a plurality of excitation levels between a ground state and an excited state, and the relaxation step includes a transition from any one of the plurality of excitation levels to the ground state. 4. The optical device according to claim 3, wherein
【請求項5】前記フォトニック構造体の少なくとも一部
が前記アップコンバージョン媒質からなることを特徴と
する請求項2〜4のいずれか1つに記載の光素子
5. The optical device according to claim 2, wherein at least a part of said photonic structure is made of said up-conversion medium.
【請求項6】前記アップコンバージョン媒質は、デンド
リマーを含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか
1つに記載の光素子。
6. The optical device according to claim 1, wherein the up-conversion medium contains a dendrimer.
【請求項7】前記フォトニック構造体に応力を付加しあ
るいは温度を変化させることにより変形させる手段をさ
らに備えたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1
つに記載の光素子。
7. The photonic structure according to claim 1, further comprising means for deforming the photonic structure by applying a stress or changing a temperature.
The optical element according to any one of the above.
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