JP2005156634A - Wavelength transducer having cylindrical ferroelectric single crystal and light generator using the same - Google Patents

Wavelength transducer having cylindrical ferroelectric single crystal and light generator using the same Download PDF

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健二 北村
Sunao Kurimura
直 栗村
Masaru Nakamura
優 中村
Shunji Takegawa
俊二 竹川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wavelength transducer of which the heat distribution is centro-symmetrical. <P>SOLUTION: The wavelength transducer is constructed with a cylindrical ferroelectric single crystal of which the cross section is essentially a perfect circle and which has a polarity reversal structure with a specified period in a direction vertical to a polarization direction. The cylindrical ferroelectric single crystal is selected from a group consisting of essentially stoichiometric lithium niobate, essentially stoichiometric lithium tantalate, essentially stoichiometric lithium niobate with doped impurities and essentially stoichiometric lithium tantalate with doped impurities. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、熱分布が中心対称になる波長変換素子に関する。本発明は、また、熱分布が中心対称であり、損傷伝播のないマルチグレーティングを有する波長変換素子およびそれを用いた光発生装置に関する。   The present invention relates to a wavelength conversion element in which heat distribution is centrosymmetric. The present invention also relates to a wavelength conversion element having a multi-grating whose heat distribution is centrally symmetric and free from damage propagation, and a light generator using the same.

近年、優れた非線形光学定数および電気光学定数を有する強誘電体単結晶を用いた波長変換素子の研究が盛んに行われている。なかでも、良質な強誘電体単結晶の製造技術および分極反転形成技術の向上により、擬似位相整合方式を採用した波長変換素子の発展は目覚しい。
定比組成のタンタル酸リチウム単結晶を利用した波長変換素子の開発がされている(例えば、特許文献1を参照。)。
In recent years, research on wavelength conversion elements using ferroelectric single crystals having excellent nonlinear optical constants and electro-optical constants has been actively conducted. In particular, the development of wavelength conversion elements employing a quasi-phase matching method has been remarkable due to improvements in manufacturing techniques of high-quality ferroelectric single crystals and polarization inversion forming techniques.
A wavelength conversion element utilizing a monolithic lithium tantalate single crystal has been developed (see, for example, Patent Document 1).

図11は、従来技術による波長変換システムを示す図である。
波長変換システム1100は、波長可変レーザ1101と、レンズ1102と、波長変換素子1103とを含む。
波長変換素子1103は、厚さ0.3mm〜5mmである定比組成に近いタンタル酸リチウム単結晶からなる。波長変換素子1103は、電圧印加法により作製された周期3μm〜5μmの周期分極反転構造を有する。
このような波長変換システム1100において、波長可変レーザ1101が発する光(基本波)は、レンズ1102を介して波長変換素子1103に入射する。波長変換素子1103に入射した基本波は、光の導波方向に周期的に繰り返された周期分極反転構造により、基本波の第二高調波と位相整合(擬似位相整合)する。このようにして、基本波は、波長変換素子1103を伝播する間に第二高調波に変換される。
FIG. 11 is a diagram illustrating a wavelength conversion system according to the prior art.
The wavelength conversion system 1100 includes a wavelength tunable laser 1101, a lens 1102, and a wavelength conversion element 1103.
The wavelength conversion element 1103 is made of a lithium tantalate single crystal close to a stoichiometric composition having a thickness of 0.3 mm to 5 mm. The wavelength conversion element 1103 has a periodic polarization inversion structure with a period of 3 μm to 5 μm manufactured by a voltage application method.
In such a wavelength conversion system 1100, light (fundamental wave) emitted from the wavelength tunable laser 1101 enters the wavelength conversion element 1103 through the lens 1102. The fundamental wave that has entered the wavelength conversion element 1103 is phase-matched (pseudo-phase-matched) with the second harmonic of the fundamental wave by a periodically poled structure that is periodically repeated in the light guiding direction. In this way, the fundamental wave is converted into the second harmonic while propagating through the wavelength conversion element 1103.

一方、ニオブ酸リチウム単結晶を利用した波長の広い範囲にわたって調整可能な(以後では、単にチューナビリティと呼ぶ)波長変換素子が開発されている(例えば、非特許文献1を参照。)。   On the other hand, a wavelength conversion element that can be adjusted over a wide range of wavelengths using a lithium niobate single crystal (hereinafter simply referred to as tunability) has been developed (see, for example, Non-Patent Document 1).

図12は、従来技術によるマルチグレーティング型擬似位相整合(QPM)パラメトリック発振器(OPO)を示す図である。
QPM OPO1200は、波長変換素子1201と、第1のミラー1202と、第2のミラー1203と、移動手段1204とを備える。
波長変換素子1201は、コングルエントニオブ酸リチウム(CLN)ウェハから作製されている。波長変換素子1201は、CLNウェハの分極方向に平行な方向の厚さが0.5mmであり、素子長Lは26mmである。波長変換素子1201は、周期の異なる分極反転構造(グレーティング)を複数有する。各グレーティングの幅WGは500μmである。各グレーティング間の間隔は、50μmである。各グレーティングの周期は、26〜36μmである。グレーティングの周期が0.25μmずつ増分するように配置されている。このようなグレーティングは、グレーティングごとに所定の周期を有するマスクを用いたリソグラフィ技術および電界印加法によって、繰り返し作製される。図において、マルチグレーティングのうち一部のみを示す。
FIG. 12 is a diagram showing a conventional multi-grating quasi phase matching (QPM) parametric oscillator (OPO).
The QPM OPO 1200 includes a wavelength conversion element 1201, a first mirror 1202, a second mirror 1203, and a moving unit 1204.
The wavelength conversion element 1201 is manufactured from a congruent lithium niobate (CLN) wafer. The wavelength conversion element 1201 has a thickness in the direction parallel to the polarization direction of the CLN wafer of 0.5 mm and an element length L of 26 mm. The wavelength conversion element 1201 has a plurality of polarization inversion structures (gratings) having different periods. The width W G of each grating is 500 μm. The interval between each grating is 50 μm. The period of each grating is 26 to 36 μm. The grating period is arranged to be incremented by 0.25 μm. Such a grating is repeatedly manufactured by a lithography technique using a mask having a predetermined period for each grating and an electric field application method. In the figure, only a part of the multi-grating is shown.

第1のミラー1202および第2のミラー1203はそれぞれ、曲率半径150mmを有する。第1のミラー1202と第2のミラー1203とは、波長変換素子1201を介して配置されており、その間隔は30mmである。
移動手段1204は、波長変換素子1201を平行に移動させる。
The first mirror 1202 and the second mirror 1203 each have a curvature radius of 150 mm. The 1st mirror 1202 and the 2nd mirror 1203 are arrange | positioned through the wavelength conversion element 1201, and the space | interval is 30 mm.
The moving unit 1204 moves the wavelength conversion element 1201 in parallel.

次に、このようなQPM OPO1200の動作を説明する。
QスイッチNd:YAGレーザ(図示せず)から発生したポンプレーザ光(第1の波長λ1=1.064μm)は、第1のミラー1202を介して所与のビーム径で波長変換素子1201の所定の周期を有するグレーティングに入射する。この際、所定のグレーティングにポンプレーザ光が入射するように、移動手段1204は、予め波長変換素子1201を移動させる。その後、第1の波長λ1を有するポンプレーザ光は、波長変換素子1201の周期に応じて、第2の波長λ2を有するシグナル光および第3の波長λ3を有するアイドラ光に変換される。この際、波長1.54μmを中心とするシグナル光は、第1のミラー1202および第2のミラー1203で一部が反射する。第2のミラー1203で反射することなく透過したシグナル光およびアイドラ光がQPM OPO1200から出射する。
Next, the operation of the QPM OPO 1200 will be described.
Pump laser light (first wavelength λ 1 = 1.064 μm) generated from a Q-switched Nd: YAG laser (not shown) passes through the first mirror 1202 and passes through the first mirror 1202 at a given beam diameter. It is incident on a grating having a predetermined period. At this time, the moving unit 1204 moves the wavelength conversion element 1201 in advance so that the pump laser light is incident on a predetermined grating. Thereafter, the pump laser light having the first wavelength λ 1 is converted into signal light having the second wavelength λ 2 and idler light having the third wavelength λ 3 according to the period of the wavelength conversion element 1201. . At this time, part of the signal light having a wavelength of 1.54 μm is reflected by the first mirror 1202 and the second mirror 1203. The signal light and idler light transmitted without being reflected by the second mirror 1203 are emitted from the QPM OPO 1200.

このようにして設計されたQPM OPO1200によれば、ポンプレーザ光の第1の波長λ1が1.064μmであり、マルチグレーティングの周期が26μm〜32μmの場合、移動手段1204によって波長変換素子1201を移動させるだけで、シグナル光の第2の波長λ2は、1.36μm〜1.98μmの波長可変範囲、アイドラ光の第3の波長λ3は、4.83μm〜2.30μmの波長可変範囲を達成可能である。
特開2002−90785号公報 L. E. Meyrsら、「Multigrating quasi−phase−matched optical parametric oscillator in periodically poled LiNbO3」、OPTICS LETTERS、April 15, 1996、Vol. 21,No. 8、pp. 591−593
According to the QPM OPO 1200 designed in this way, when the first wavelength λ 1 of the pump laser light is 1.064 μm and the period of the multi-grating is 26 μm to 32 μm, the wavelength conversion element 1201 is moved by the moving unit 1204. The second wavelength λ 2 of the signal light is 1.36 μm to 1.98 μm, and the third wavelength λ 3 of the idler light is 4.83 μm to 2.30 μm. Can be achieved.
JP 2002-90785 A L. E. Meyrs et al., “Multigrading quasi-phase-matched optical parametric oscillator in periodic polled LiNbO3”, OPTIC LETTERS, April 15, 1996. 21, no. 8, pp. 591-593

例えば、図11に示される波長変換素子1103に、波長可変レーザ1101が発する光が照射すると、波長変換素子1103に熱分布が生じ得る。熱分布が生じると、波長変換素子の材料である強誘電体単結晶の熱複屈折効果が生じる。熱複屈折効果が生じると、光の偏光が乱れる(すなわち、光のモードが変化し得る)という問題を生じる。このような偏光特性の劣化は、消光比を低下させることになる。このような熱複屈折効果を補償するために、偏光子および1/4波長板等の光学系を必要とするため、装置全体が複雑になるとともに、小型化を困難にしていた。   For example, when the wavelength conversion element 1103 shown in FIG. 11 is irradiated with light emitted from the wavelength tunable laser 1101, heat distribution may occur in the wavelength conversion element 1103. When the heat distribution occurs, the thermal birefringence effect of the ferroelectric single crystal that is the material of the wavelength conversion element occurs. When the thermal birefringence effect occurs, there arises a problem that the polarization of light is disturbed (that is, the mode of light can be changed). Such deterioration of the polarization characteristic decreases the extinction ratio. In order to compensate for the thermal birefringence effect, an optical system such as a polarizer and a quarter-wave plate is required, which complicates the entire apparatus and makes it difficult to reduce the size.

また、熱分布によって生じた熱複屈折効果により、波長変換素子1103における位相整合条件が一部満たされなくなり得る。その結果、変換効率が大きく低下し得る。さらには、波長変換素子1103から出射する光のビーム形状が、熱分布の形状に依存して歪み(円形でなくなる)得る。   Further, due to the thermal birefringence effect caused by the heat distribution, a part of the phase matching condition in the wavelength conversion element 1103 may not be satisfied. As a result, conversion efficiency can be greatly reduced. Furthermore, the beam shape of the light emitted from the wavelength conversion element 1103 may be distorted (not circular) depending on the shape of the heat distribution.

一方、図12に示される波長変換素子1201は単一ウェハから作製されているため、ポンプレーザ光の照射によって1つのグレーティングに生じたクラック等の損傷は、容易に他のグレーティングに伝播してしまい、損傷に弱い(損傷伝播)という難点を有する。また、波長変換素子1201は、1つのグレーティングが損傷すると素子全体を交換しなければならないため、コストがかかるという問題を有する。   On the other hand, since the wavelength conversion element 1201 shown in FIG. 12 is manufactured from a single wafer, damage such as cracks generated in one grating due to irradiation of pump laser light easily propagates to other gratings. It has a drawback of being vulnerable to damage (damage propagation). In addition, the wavelength conversion element 1201 has a problem in that it costs because the entire element must be replaced when one grating is damaged.

波長変換素子1201は、マルチグレーティングを作製する際に、1つのグレーティングの作製に失敗する(分極反転部分が接合してしまう)と、ウェハ全体を破棄しなければならない。そのため歩留まりが悪い。
さらに、波長変換素子1201は、TM偏光を有する光のみを波長変換することができる。したがって、ポンプレーザ光の波長がTE偏光である場合には、TE偏光をTM偏光にする必要がある。このため、ポンプレーザ光の偏光に応じて、偏光子等の光学系が必要となるため、QPM OPO全体が大きくなるといった問題が生じる。
When producing the multi-grating, if the wavelength conversion element 1201 fails to produce one grating (the polarization inversion part is bonded), the entire wafer must be discarded. Therefore, the yield is bad.
Furthermore, the wavelength conversion element 1201 can wavelength-convert only light having TM polarization. Therefore, when the wavelength of the pump laser light is TE polarized light, it is necessary to change the TE polarized light to TM polarized light. For this reason, an optical system such as a polarizer is required in accordance with the polarization of the pump laser light, which causes a problem that the entire QPM OPO becomes large.

したがって、本発明の目的は、熱分布が中心対称になる波長変換素子を提供することである。
本発明の別の目的は、熱分布が中心対称であり、かつ、損傷伝播のないマルチグレーティングを有する波長変換素子およびそれを用いた光発生装置を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、歩留まりを向上させた波長変換素子およびそれを用いた光発生装置を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、入射光の偏光に対する自由度を向上させた波長変換素子およびそれを用いた光発生装置を提供することである。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a wavelength conversion element whose heat distribution is centrally symmetric.
Another object of the present invention is to provide a wavelength conversion element having a multi-grating whose heat distribution is centrally symmetric and free from damage propagation, and a light generator using the same.
Still another object of the present invention is to provide a wavelength conversion element with improved yield and a light generator using the same.
Still another object of the present invention is to provide a wavelength conversion element having an improved degree of freedom with respect to the polarization of incident light and a light generator using the same.

本発明による波長変換素子は、断面が実質的に真円である円柱状強誘電体単結晶からなり、前記円柱状強誘電体単結晶が、前記分極方向に垂直な方向に所定の周期を有する分極反転構造を有し、これにより上記目的を達成する。
前記円柱状強誘電体単結晶は、実質的に定比組成のニオブ酸リチウム、実質的に定比組成のタンタル酸リチウム、不純物をドーピングした実質的に定比組成のニオブ酸リチウム、および、不純物をドーピングした実質的に定比組成のタンタル酸リチウムからなる群から選択されてもよい。
The wavelength conversion element according to the present invention comprises a cylindrical ferroelectric single crystal having a substantially circular cross section, and the cylindrical ferroelectric single crystal has a predetermined period in a direction perpendicular to the polarization direction. It has a domain-inverted structure, thereby achieving the above object.
The columnar ferroelectric single crystal includes substantially stoichiometric lithium niobate, substantially stoichiometric lithium tantalate, substantially doped stoichiometric lithium niobate doped with impurities, and impurities. May be selected from the group consisting of substantially constant ratio lithium tantalate doped with.

前記所定の周期は、前記円柱状強誘電体単結晶が、第1の波長λ1を有する第1の光を、第2の波長λ2を有する第2の光と第3の波長λ3を有する第3の光とに変換する場合、前記第1の波長λ1と前記第2の波長λ2と前記第3の波長λ3とが、関係1/λ1=1/λ2+1/λ3、関係λ1<λ2およびλ1<λ3を満たすように、擬似位相整合する周期であってもよい。 The predetermined period is such that the cylindrical ferroelectric single crystal transmits a first light having a first wavelength λ 1 , a second light having a second wavelength λ 2, and a third wavelength λ 3 . In the case of conversion into the third light having the relationship, the first wavelength λ 1 , the second wavelength λ 2, and the third wavelength λ 3 are related by the relationship 1 / λ 1 = 1 / λ 2 + 1 / λ. 3 may be a period of quasi-phase matching so as to satisfy the relations λ 12 and λ 13 .

前記所定の周期は、前記円柱柱状強誘電体単結晶が、第1の波長λ1を有する第1の光を第2の波長λ2を有する第2の光に変換する場合、前記第1の波長λ1と前記第2の波長λ2とが、関係λ1=2×λ2を満たすように、擬似位相整合する周期であってもよい。
前記所定の周期は、前記円柱状強誘電体単結晶が、第1の波長λ1を有する第1の光と第2の波長λ2を有する第2の光とを、第3の波長λ3を有する第3の光に変換する場合、前記第1の波長λ1と前記第2の波長λ2と前記第3の波長λ3とが、関係1/λ1±1/λ2=1/λ3を満たすように、擬似位相整合する周期であってもよい。
In the predetermined period, when the cylindrical columnar ferroelectric single crystal converts the first light having the first wavelength λ 1 into the second light having the second wavelength λ 2 , The period in which the phase λ 1 and the second wavelength λ 2 satisfy the relation λ 1 = 2 × λ 2 may be a period in which quasi-phase matching is performed.
In the predetermined period, the cylindrical ferroelectric single crystal generates a first light having a first wavelength λ 1 and a second light having a second wavelength λ 2, and a third wavelength λ 3. When the light is converted into the third light having the relationship, the first wavelength λ 1 , the second wavelength λ 2, and the third wavelength λ 3 are related by the relationship 1 / λ 1 ± 1 / λ 2 = 1 / The period may be a quasi-phase matching so as to satisfy λ 3 .

本発明による波長変換素子は、ホルダーと、前記ホルダーに配置された複数の円柱状強誘電体単結晶とを含み、前記複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれの断面は実質的に真円であり、前記複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれは、前記分極方向に垂直な方向に所定の周期を有する分極反転構造を有しており、前記複数の円柱状強誘電体単結晶は、前記分極方向に対して垂直な方向が同一となるように配置されており、これにより上記目的を達成する。   A wavelength conversion element according to the present invention includes a holder and a plurality of columnar ferroelectric single crystals disposed on the holder, and each of the plurality of columnar ferroelectric single crystals has a substantially circular cross section. Each of the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals has a domain-inverted structure having a predetermined period in a direction perpendicular to the polarization direction, and the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals are These are arranged so that the directions perpendicular to the polarization direction are the same, thereby achieving the above object.

前記複数の円柱状強誘電体単結晶は、実質的に定比組成のニオブ酸リチウム、実質的に定比組成のタンタル酸リチウム、不純物をドーピングした実質的に定比組成のニオブ酸リチウム、および、不純物をドーピングした実質的に定比組成のタンタル酸リチウムからなる群からそれぞれ選択されてもよい。
前記所定の周期は、前記複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれが、第1の波長λ1を有する第1の光を、第2の波長λ2を有する第2の光と第3の波長λ3を有する第3の光とに変換する場合、前記第1の波長λ1と前記第2の波長λ2と前記第3の波長λ3とが、関係1/λ1=1/λ2+1/λ3、関係λ1<λ2およびλ1<λ3を満たすように、擬似位相整合する周期であってもよい。
The plurality of cylindrical ferroelectric single crystals include substantially stoichiometric lithium niobate, substantially stoichiometric lithium tantalate, substantially doped stoichiometric lithium niobate doped with impurities, and Each may be selected from the group consisting of lithium tantalate having a substantially stoichiometric composition doped with impurities.
In the predetermined period, each of the plurality of columnar ferroelectric single crystals has a first light having a first wavelength λ 1 , a second light having a second wavelength λ 2, and a third light. when converting to the third light having a wavelength lambda 3, and the first said wavelength lambda 1 and the second wavelength lambda 2 and the third wavelength lambda 3 is the relation 1 / lambda 1 = 1 / lambda The period may be quasi-phase matched so as to satisfy 2 + 1 / λ 3 , relationships λ 12 and λ 13 .

前記所定の周期は、前記複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれが、第1の波長λ1を有する第1の光を第2の波長λ2を有する第2の光に変換する場合、前記第1の波長λ1と前記第2の波長λ2とが、関係λ1=2×λ2を満たすように、擬似位相整合する周期であってもよい。
前記所定の周期は、前記複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれが、第1の波長λ1を有する第1の光と第2の波長λ2を有する第2の光とを、第3の波長λ3を有する第3の光に変換する場合、前記第1の波長λ1と前記第2の波長λ2と前記第3の波長λ3とが、関係1/λ1±1/λ2=1/λ3を満たすように、擬似位相整合する周期であってもよい。
In the predetermined period, each of the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals converts the first light having the first wavelength λ 1 to the second light having the second wavelength λ 2 . The first wavelength λ 1 and the second wavelength λ 2 may have a quasi-phase matching period so that the relationship λ 1 = 2 × λ 2 is satisfied.
In the predetermined period, each of the plurality of columnar ferroelectric single crystals includes a first light having a first wavelength λ 1 and a second light having a second wavelength λ 2 . when converting to a third light having a wavelength lambda 3, and the first said wavelength lambda 1 and the second wavelength lambda 2 and the third wavelength lambda 3 is the relation 1 / lambda 1 ± 1 / lambda It may be a period for quasi-phase matching so as to satisfy 2 = 1 / λ 3 .

前記ホルダーは熱伝導性材料から形成されてもよい。
前記ホルダーに設置された温度制御素子と、前記ホルダーと前記温度制御素子とを包囲する断熱性フレームとをさらに含んでもよい。
前記温度制御素子を制御する制御部をさらに含んでもよい。
前記複数の円柱状強誘電体単結晶は所定の間隔で配置されており、前記所定の間隔に熱伝導性材料が充填されていてもよい。
The holder may be formed from a thermally conductive material.
You may further include the temperature control element installed in the said holder, and the heat insulation flame | frame which surrounds the said holder and the said temperature control element.
A control unit for controlling the temperature control element may be further included.
The plurality of columnar ferroelectric single crystals may be arranged at a predetermined interval, and the predetermined interval may be filled with a heat conductive material.

本発明による光発生装置は、第1の波長λ1を有する第1の光を発する光源と、前記第1の光を、第2の波長λ2を有する第2の光と第3の波長λ3を有する第3の光とに変換する波長変換素子と、前記波長変換素子の位置を制御する制御部とを含み、前記波長変換素子は、ホルダーと、前記ホルダーに配置された複数の円柱状強誘電体単結晶とを含み、前記複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれの断面は実質的に真円であり、前記複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれは、第1の波長λ1と第2の波長λ2と第3の波長λ3とが、関係1/λ1=1/λ2+1/λ3、関係λ1<λ2およびλ1<λ3を満たすように、前記分極方向に対して垂直な方向に擬似位相整合する所定の周期を有する分極反転構造を有しており、前記複数の円柱状強誘電体単結晶は、前記分極方向に対して垂直な方向が同一となるように配置されており、これにより上記目的を達成する。 The light generator according to the present invention includes a light source that emits a first light having a first wavelength λ 1 , a second light having a second wavelength λ 2, and a third wavelength λ. and a wavelength conversion element for converting into a third light having a 3, and a control unit for controlling the position of the wavelength conversion element, wherein the wavelength conversion element, holder and a plurality of cylindrical shape disposed in the holder Each of the plurality of columnar ferroelectric single crystals is substantially circular, and each of the plurality of columnar ferroelectric single crystals has a first wavelength. λ 1 , the second wavelength λ 2, and the third wavelength λ 3 satisfy the relationship 1 / λ 1 = 1 / λ 2 + 1 / λ 3 and the relationship λ 12 and λ 13 A domain-inverted structure having a predetermined period of quasi-phase matching in a direction perpendicular to the polarization direction, and the plurality of columnar ferroelectric single units Crystal is arranged such that a direction perpendicular the same with respect to the polarization direction, thereby achieving the above object.

前記複数の円柱状強誘電体単結晶は、実質的に定比組成のニオブ酸リチウム、実質的に定比組成のタンタル酸リチウム、不純物をドーピングした実質的に定比組成のニオブ酸リチウム、および、不純物をドーピングした実質的に定比組成のタンタル酸リチウムからなる群からそれぞれ選択されてもよい。
前記ホルダーは熱伝導性材料から形成されてもよい。
前記波長変換素子は、前記ホルダーに設置された温度制御素子と、前記ホルダーと前記温度制御素子とを包囲する断熱性フレームとをさらに含んでもよい。
前記制御部は、さらに、前記温度制御素子の温度を制御してもよい。
前記複数の円柱状強誘電体単結晶は所定の間隔で配置されており、前記所定の間隔に熱伝導性材料が充填されてもよい。
The plurality of cylindrical ferroelectric single crystals include substantially stoichiometric lithium niobate, substantially stoichiometric lithium tantalate, substantially doped stoichiometric lithium niobate doped with impurities, and Each may be selected from the group consisting of lithium tantalate having a substantially stoichiometric composition doped with impurities.
The holder may be formed from a thermally conductive material.
The wavelength conversion element may further include a temperature control element installed in the holder, and a heat insulating frame surrounding the holder and the temperature control element.
The controller may further control the temperature of the temperature control element.
The plurality of columnar ferroelectric single crystals may be arranged at a predetermined interval, and the predetermined interval may be filled with a heat conductive material.

本発明による第1の波長λ1を有する第1の光を発する光源と、前記第1の光を第2の波長λ2を有する第2の光に変換する波長変換素子と、前記波長変換素子の位置を制御する制御部とを含み、前記波長変換素子は、ホルダーと、前記ホルダーに配置された複数の円柱状強誘電体単結晶とを含み、前記複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれの断面は実質的に真円であり、前記複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれは、第1の波長λ1と第2の波長λ2とが関係λ1=2×λ2を満たすように、前記分極方向に対して垂直な方向に擬似位相整合する所定の周期を有する分極反転構造を有しており、前記複数の円柱状強誘電体単結晶は、前記分極方向に対して垂直な方向が同一となるように配置されており、これにより上記目的を達成する。 A light source that emits first light having a first wavelength λ 1 according to the present invention, a wavelength conversion element that converts the first light into second light having a second wavelength λ 2 , and the wavelength conversion element The wavelength conversion element includes a holder and a plurality of columnar ferroelectric single crystals arranged in the holder, and the plurality of columnar ferroelectric single crystals Each cross-section is substantially a perfect circle, and each of the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals has a relationship of λ 1 = 2 × λ 2 between the first wavelength λ 1 and the second wavelength λ 2. A plurality of cylindrical ferroelectric single crystals having a predetermined period of quasi-phase matching in a direction perpendicular to the polarization direction so as to satisfy the polarization direction; It arrange | positions so that a perpendicular direction may become the same, This achieves the said objective.

前記複数の円柱状強誘電体単結晶は、実質的に定比組成のニオブ酸リチウム、実質的に定比組成のタンタル酸リチウム、不純物をドーピングした実質的に定比組成のニオブ酸リチウム、および、不純物をドーピングした実質的に定比組成のタンタル酸リチウムからなる群からそれぞれ選択されてもよい。
前記ホルダーは熱伝導性材料から形成されてもよい。
前記波長変換素子は、前記ホルダーに設置された温度制御素子と、前記ホルダーと前記温度制御素子とを包囲する断熱性フレームとをさらに含んでもよい。
前記制御部は、さらに、前記温度制御素子の温度を制御してもよい。
前記複数の円柱状強誘電体単結晶は所定の間隔で配置されており、前記所定の間隔に熱伝導性材料が充填されてもよい。
The plurality of cylindrical ferroelectric single crystals include substantially stoichiometric lithium niobate, substantially stoichiometric lithium tantalate, substantially doped stoichiometric lithium niobate doped with impurities, and Each may be selected from the group consisting of lithium tantalate having a substantially stoichiometric composition doped with impurities.
The holder may be formed from a thermally conductive material.
The wavelength conversion element may further include a temperature control element installed in the holder, and a heat insulating frame surrounding the holder and the temperature control element.
The controller may further control the temperature of the temperature control element.
The plurality of columnar ferroelectric single crystals may be arranged at a predetermined interval, and the predetermined interval may be filled with a heat conductive material.

本発明による光発生装置は、第1の波長λ1を有する第1の光を発する第1の光源と、前記第1の光と、外部から入射した第2の波長λ2を有する第2の光とを結合させる光学系と、前記第1の光と第2の光とを、第3の波長λ3を有する第3の光に変換する波長変換素子と、前記波長変換素子の位置を制御する制御部とを含み、前記波長変換素子は、ホルダーと、前記ホルダーに配置された複数の円柱状強誘電体単結晶とを含み、前記複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれの断面は実質的に真円であり、前記複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれは、第1の波長λ1と第2の波長λ2と第3の波長λ3とが、関係1/λ1±1/λ2=1/λ3を満たすように、前記分極方向に対して垂直な方向に擬似位相整合する所定の周期を有する分極反転構造を有しており、前記複数の円柱状強誘電体単結晶は、前記分極方向に対して垂直な方向が同一となるように配置されており、これにより上記目的を達成する。 The light generator according to the present invention includes a first light source that emits a first light having a first wavelength λ 1 , a second light having a second wavelength λ 2 incident from the first light and the outside. An optical system that couples light, a wavelength conversion element that converts the first light and the second light into third light having a third wavelength λ 3 , and control of the position of the wavelength conversion element The wavelength conversion element includes a holder and a plurality of columnar ferroelectric single crystals disposed in the holder, and each of the plurality of columnar ferroelectric single crystals has a cross-section Each of the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals is substantially circular, and each of the first wavelength λ 1 , the second wavelength λ 2, and the third wavelength λ 3 has a relationship 1 / λ 1. A domain-inverted structure having a predetermined period that is quasi-phase matched in a direction perpendicular to the polarization direction so as to satisfy ± 1 / λ 2 = 1 / λ 3 The plurality of columnar ferroelectric single crystals are arranged so that the directions perpendicular to the polarization direction are the same, thereby achieving the above object.

前記複数の円柱状強誘電体単結晶は、実質的に定比組成のニオブ酸リチウム、実質的に定比組成のタンタル酸リチウム、不純物をドーピングした実質的に定比組成のニオブ酸リチウム、および、不純物をドーピングした実質的に定比組成のタンタル酸リチウムからなる群からそれぞれ選択されてもよい。
前記ホルダーは熱伝導性材料から形成されてもよい。
前記波長変換素子は、前記ホルダーに設置された温度制御素子と、前記ホルダーと前記温度制御素子とを包囲する断熱性フレームとをさらに含んでもよい。
前記制御部は、さらに、前記温度制御素子の温度を制御してもよい。
前記複数の柱状強誘電体単結晶は所定の間隔で配置されており、前記所定の間隔に熱伝導性材料が充填されてもよい。
The plurality of cylindrical ferroelectric single crystals include substantially stoichiometric lithium niobate, substantially stoichiometric lithium tantalate, substantially doped stoichiometric lithium niobate doped with impurities, and Each may be selected from the group consisting of lithium tantalate having a substantially stoichiometric composition doped with impurities.
The holder may be formed from a thermally conductive material.
The wavelength conversion element may further include a temperature control element installed in the holder, and a heat insulating frame surrounding the holder and the temperature control element.
The controller may further control the temperature of the temperature control element.
The plurality of columnar ferroelectric single crystals may be arranged at a predetermined interval, and the predetermined interval may be filled with a heat conductive material.

本発明の波長変換素子は、断面が実質的に真円である円柱状強誘電体単結晶からなる。円柱状強誘電体単結晶は、分極方向に垂直な方向に所定の周期を有する分極反転構造を有する。円柱状強誘電体単結晶の断面が実質的に真円であるため、波長変換素子に照射された光によって熱分布が生じる場合でもあっても、熱分布は必ず中心対称となる。その結果、高い消光比(すなわち、高い直線偏光性)を保持することができるとともに、波長変換素子から出射する光の形状は円形を維持することができる。   The wavelength conversion element of the present invention is composed of a cylindrical ferroelectric single crystal having a substantially circular cross section. A cylindrical ferroelectric single crystal has a domain-inverted structure having a predetermined period in a direction perpendicular to the polarization direction. Since the cylindrical ferroelectric single crystal has a substantially circular cross section, the heat distribution is always centrally symmetric even when the heat distribution is generated by the light applied to the wavelength conversion element. As a result, a high extinction ratio (that is, high linear polarization) can be maintained, and the shape of light emitted from the wavelength conversion element can be maintained circular.

また、円柱状強誘電体単結晶の断面が実質的に真円であるため、円柱状強誘電体単結晶の配置角度を変更するだけで、入射光の偏光に容易に対応させることができる。したがって、偏光子等の光学系が不要であるため、系全体を小型化させることができる。
また、円柱状強誘電体単結晶は角を有さないため、角部が欠けることによって生じる不要なクラックが結晶中に生じる恐れがない。
In addition, since the cross section of the cylindrical ferroelectric single crystal is substantially a circle, it is possible to easily cope with the polarization of incident light simply by changing the arrangement angle of the cylindrical ferroelectric single crystal. Therefore, since an optical system such as a polarizer is unnecessary, the entire system can be reduced in size.
Further, since the cylindrical ferroelectric single crystal does not have corners, there is no possibility that unnecessary cracks caused by the lack of corners are generated in the crystal.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳述する。実施の形態において、強誘電体単結晶としてMgをドープした実質的に定比組成のタンタル酸リチウム単結晶(MgSLT)を用いる。本明細書中において、実質的に「定比組成である」とは、Li2O/(Nb25+Li2O)のモル分率が完全に0.50ではないものの、コングルエント組成よりも化学両論比に近い組成(Li2O/(Nb25+Li2O)のモル分率=0.490〜0.5)を有しており、そのことに起因するデバイスの特性の低下が通常のデバイスの設計において問題にならない程度であることをいう。このようなMgSLTは、例えば、特開2000−344595に記載される二重るつぼを使用したチョクラルスキー法により作製され得る。MgSLTは、強誘電体単結晶の一例に過ぎず、実質的に定比組成のニオブ酸リチウム(SLN)、実質的に定比組成のタンタル酸リチウム(SLT)、不純物(例えば、Mg、Zn、Sc、In等)をドーピングしたSLNまたはSLT等の任意の強誘電体単結晶が用いられ得ることに留意されたい。
図中、同様の要素には同様の番号を付し、その説明を省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the embodiment, a substantially single crystal lithium tantalate single crystal (MgSLT) doped with Mg is used as the ferroelectric single crystal. In the present specification, substantially “stoichiometric composition” means that the molar fraction of Li 2 O / (Nb 2 O 5 + Li 2 O) is not completely 0.50, but is more than the congruent composition. It has a composition close to the stoichiometric ratio (Mole fraction of Li 2 O / (Nb 2 O 5 + Li 2 O) = 0.490 to 0.5), and the deterioration of the device characteristics due to the composition It means that it does not become a problem in normal device design. Such MgSLT can be produced, for example, by the Czochralski method using a double crucible described in JP-A-2000-344595. MgSLT is merely an example of a ferroelectric single crystal, and lithium niobate (SLN) having a substantially stoichiometric composition, lithium tantalate (SLT) having a substantially stoichiometric composition, impurities (for example, Mg, Zn, Note that any ferroelectric single crystal such as SLN or SLT doped with Sc, In, etc. may be used.
In the figure, similar elements are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

(実施の形態1)
図1は、MgO1mol%ドーピングした実質的に定比組成のタンタル酸リチウム(MgSLT)のアイドラ光およびシグナル光発振波長の分極反転周期依存性を示す図である。
図において、横軸は分極反転周期を表し、縦軸はそれぞれアイドラ光およびシグナル光の発振波長を表す。図1は、波長1.064μmを有するポンプ光を、種々の周期を有するMgSLTに入射させ、パラメトリック発振させた場合に生成するアイドラ光およびシグナル光の波長の分極反転周期依存性を示す。図1から、MgSLTをパラメトリック発振器に用いた場合、分極反転周期29.5μm〜32μmの範囲において、アイドラ光の発振波長は、2.9μm〜3.7μmのチューナビリティを有することが分かる。同様に、シグナル光の波長は、1.5μm〜1.7μmのチューナビリティを有することが分かる。図には示さないが、分極反転周期を26μm〜33μmの範囲において、上述のMgSLTのアイドラ光発振波長は、2.5μm〜4.0μmのチューナビリティを有し、シグナル光発振波長は、1.45μm〜1.85μmのチューナビリティを有することが分かっている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing the polarization inversion period dependence of idler light and signal light oscillation wavelengths of substantially constant composition lithium tantalate (MgSLT) doped with 1 mol% of MgO.
In the figure, the horizontal axis represents the polarization inversion period, and the vertical axis represents the oscillation wavelengths of idler light and signal light, respectively. FIG. 1 shows the polarization inversion period dependence of the wavelength of idler light and signal light generated when pump light having a wavelength of 1.064 μm is incident on MgSLT having various periods and parametrically oscillates. From FIG. 1, it can be seen that when MgSLT is used for a parametric oscillator, the oscillation wavelength of idler light has a tunability of 2.9 μm to 3.7 μm in a polarization inversion period of 29.5 μm to 32 μm. Similarly, it can be seen that the wavelength of the signal light has a tunability of 1.5 μm to 1.7 μm. Although not shown in the figure, when the polarization inversion period is in the range of 26 μm to 33 μm, the idler oscillation wavelength of the MgSLT described above has a tunability of 2.5 μm to 4.0 μm, and the signal light oscillation wavelength is 1. It has been found to have a tunability of 45 μm to 1.85 μm.

図2は、本発明の実施の形態1による円柱状強誘電体単結晶からなる波長変換素子の斜視図である。
円柱状強誘電体単結晶200は、例えば、図1のMgSLTである。円柱状強誘電体単結晶200の断面の直径は、例えば、1.5mmである。円柱状強誘電体単結晶200は、分極方向に対して垂直な方向に所定の周期を有する周期分極反転構造201を有する。つまり、1つの円柱状強誘電体単結晶200は、単一のグレーティングを有する。図では、断面は円柱状強誘電体単結晶200の分極方向と平行な面を示すが、これに限定されない。
FIG. 2 is a perspective view of a wavelength conversion element made of a cylindrical ferroelectric single crystal according to Embodiment 1 of the present invention.
The columnar ferroelectric single crystal 200 is, for example, MgSLT in FIG. The diameter of the cross section of the cylindrical ferroelectric single crystal 200 is, for example, 1.5 mm. The cylindrical ferroelectric single crystal 200 has a periodically poled structure 201 having a predetermined period in a direction perpendicular to the polarization direction. That is, one columnar ferroelectric single crystal 200 has a single grating. In the figure, the cross section shows a plane parallel to the polarization direction of the cylindrical ferroelectric single crystal 200, but the present invention is not limited to this.

上述の所定の周期について説明する。円柱状強誘電体単結晶200を用いてパラメトリック発振させる場合、円柱状強誘電体単結晶200に入射する光の波長をλ1とし、円柱状強誘電体単結晶200から出射する光の波長をλ2およびλ3とすると、関係1/λ1=1/λ2+1/λ3、関係λ1<λ2およびλ1<λ3を満たすように、擬似位相整合する分極反転周期の範囲が決定される。同様に、円柱状強誘電体単結晶200を用いて第二高調波発生させる場合、円柱状強誘電体単結晶200に入射する光の波長をλ1とし、円柱状強誘電体単結晶200から出射する光の波長をλ2とすると、関係λ1=2×λ2を満たすように、擬似位相整合する分極反転周期の範囲が決定される。同様に、円柱状強誘電体単結晶200を用いて差周波発生または和周波発生させる場合、円柱状強誘電体単結晶200に入射する光の波長をλ1およびλ2とし、円柱状強誘電体単結晶200から出射する光の波長をλ3とすると、関係1/λ1±1/λ2=1/λ3を満たすように、擬似位相整合する分極反転周期が決定される。円柱状強誘電体単結晶200がMgSLTの場合、パラメトリック発振の分極反転周期は、26μm〜33μmの範囲から選択され、第二高調波の分極反転周期は1μm〜10μmの範囲から選択される。差周波発生の場合は、λ2の波長の応じて任意の分極反転周期が採用される。このような分極反転周期は、強誘電体単結晶固有であることに留意されたい。 The predetermined cycle will be described. When parametric oscillation is performed using the cylindrical ferroelectric single crystal 200, the wavelength of light incident on the cylindrical ferroelectric single crystal 200 is λ 1, and the wavelength of light emitted from the cylindrical ferroelectric single crystal 200 is Assuming that λ 2 and λ 3 are satisfied, the range of the polarization inversion period to be quasi-phase matched is such that the relationship 1 / λ 1 = 1 / λ 2 + 1 / λ 3 and the relationship λ 12 and λ 13 are satisfied. It is determined. Similarly, when second harmonic generation is performed using the cylindrical ferroelectric single crystal 200, the wavelength of light incident on the cylindrical ferroelectric single crystal 200 is λ 1 , and the cylindrical ferroelectric single crystal 200 is When the wavelength of the emitted light is λ 2 , the range of the polarization inversion period for quasi phase matching is determined so as to satisfy the relationship λ 1 = 2 × λ 2 . Similarly, when the difference frequency generation or the sum frequency generation is performed using the cylindrical ferroelectric single crystal 200, the wavelengths of light incident on the cylindrical ferroelectric single crystal 200 are λ 1 and λ 2 , and the cylindrical ferroelectric is generated. When the wavelength of light emitted from the body single crystal 200 is λ 3 , the polarization inversion period for quasi-phase matching is determined so as to satisfy the relationship 1 / λ 1 ± 1 / λ 2 = 1 / λ 3 . When the cylindrical ferroelectric single crystal 200 is MgSLT, the parametric oscillation polarization inversion period is selected from the range of 26 μm to 33 μm, and the second harmonic polarization inversion period is selected from the range of 1 μm to 10 μm. In the case of difference frequency generation, an arbitrary polarization inversion period is adopted according to the wavelength of λ 2 . It should be noted that such a polarization inversion period is inherent to the ferroelectric single crystal.

円柱状強誘電体単結晶200の分極方向に対して垂直な方向の長さLは、例えば35mmである。円柱状強誘電体単結晶200の断面の任意の位置の直径D(例えば、Z軸方向)は、1.5mmである。これら、長さLおよび直径Dは、一例に過ぎず、これらの値に限定されないことに留意されたい。
このような円柱状強誘電体単結晶200の作製は、例えば、最初に角柱状強誘電体単結晶が切り出される。次いで、周期分極反転構造201が、電圧印加法、電子ビーム走査照射法およびプロトン交換熱処理法等の任意の方法を用いて切り出された角柱状強誘電体単結晶に作製され得る。その後、角柱状強誘電体単結晶は、所定の型(例えば、中空体)を用いて打ち抜かれる。ただし、円柱状強誘電体単結晶200の作製方法はこれに限定されない。また、Z軸方位が分かるように、所定の位置にオリフラを設けてもよい。円柱状強誘電体単結晶200の端面に反射膜が設けられていてもよい。
The length L in the direction perpendicular to the polarization direction of the cylindrical ferroelectric single crystal 200 is, for example, 35 mm. The diameter D (for example, in the Z-axis direction) at an arbitrary position in the cross section of the cylindrical ferroelectric single crystal 200 is 1.5 mm. Note that these lengths L and diameters D are only examples and are not limited to these values.
For example, the columnar ferroelectric single crystal 200 is first cut out of a prismatic ferroelectric single crystal. Next, the periodic domain-inverted structure 201 can be formed on a prismatic ferroelectric single crystal cut out using any method such as a voltage application method, an electron beam scanning irradiation method, and a proton exchange heat treatment method. Thereafter, the prismatic ferroelectric single crystal is punched out using a predetermined mold (for example, a hollow body). However, the manufacturing method of the cylindrical ferroelectric single crystal 200 is not limited to this. Further, an orientation flat may be provided at a predetermined position so that the Z-axis direction can be understood. A reflective film may be provided on the end face of the columnar ferroelectric single crystal 200.

本発明の円柱状強誘電体単結晶200の断面は、実質的に真円である。実質的に真円とは、断面の異なる任意の位置の直径の比が必ずしも1ではないものの、このような円柱状強誘電体単結晶200を用いた場合に生じるデバイスの特性の低下が通常のデバイスの設計において問題にならない程度であることをいう。
このように円柱状強誘電体単結晶200の断面が実質的に真円であるため、入射光の偏光に応じて、円柱状強誘電体単結晶200の配置を変更することができる。つまり、円柱状強誘電体単結晶200は、配置角度を変更するだけで任意の偏光を有する光を波長変換することができる。
The cross section of the cylindrical ferroelectric single crystal 200 of the present invention is substantially a perfect circle. A substantially perfect circle means that the ratio of the diameters at arbitrary positions having different cross-sections is not necessarily 1, but the deterioration of device characteristics caused by using such a cylindrical ferroelectric single crystal 200 is normal. It means that it is not a problem in device design.
Thus, since the cross section of the cylindrical ferroelectric single crystal 200 is substantially a perfect circle, the arrangement of the cylindrical ferroelectric single crystal 200 can be changed according to the polarization of incident light. That is, the cylindrical ferroelectric single crystal 200 can convert the wavelength of light having an arbitrary polarization only by changing the arrangement angle.

図2に示される波長変換素子200を用いて第二高調波を発生させる場合の、波長変換素子200の動作を説明する。
波長変換素子200は、光源(図示せず)と集光光学系(図示せず)とともに用いられ得る。光源は、例えば、第1の波長λ1が780nmである第1の光(基本波)を発する半導体レーザであり得るが、これに限定されない。光源は、コヒーレントである限り、任意の光源を用いることができる。集光光学系は、第1の光を集光し、波長変換素子200に入射させるように機能する任意の光学系であり得る。
The operation of the wavelength conversion element 200 when generating the second harmonic using the wavelength conversion element 200 shown in FIG. 2 will be described.
The wavelength conversion element 200 can be used together with a light source (not shown) and a condensing optical system (not shown). The light source can be, for example, a semiconductor laser that emits first light (fundamental wave) having a first wavelength λ 1 of 780 nm, but is not limited thereto. Any light source can be used as long as it is coherent. The condensing optical system may be any optical system that functions to collect the first light and make it incident on the wavelength conversion element 200.

光源が発する第1の光は、集光光学系を介して波長変換素子200に入射する。周期分極反転構造201は、光源の第1の光(基本波)の伝播方向に周期的に繰り返されている。このような周期分極反転構造201により、基本波とその第二高調波とが位相整合(擬似位相整合)する。このようにして、基本波は、波長変換素子200を伝播する間に第2の波長λ2が390nmである第2の光(第二高調波)に変換される。なお、波長変換素子200の基本波の入射面と出射面とに反射膜を設けて、波長変換素子200を共振器として機能させてもよい。 The first light emitted from the light source enters the wavelength conversion element 200 via the condensing optical system. The periodically poled structure 201 is periodically repeated in the propagation direction of the first light (fundamental wave) of the light source. With such a periodically poled structure 201, the fundamental wave and its second harmonic are phase matched (pseudo phase matched). In this way, the fundamental wave is converted into the second light (second harmonic) having the second wavelength λ 2 of 390 nm while propagating through the wavelength conversion element 200. The wavelength conversion element 200 may function as a resonator by providing reflection films on the incident surface and the emission surface of the fundamental wave of the wavelength conversion element 200.

なお、上述したように、波長変換素子200は円柱状強誘電体単結晶からなるので、第1の光の偏光に合わせて、円柱状強誘電体単結晶の配置角度を変更することができる。つまり、波長変換素子200は、任意の偏光を有する光を波長変換することができる。これにより、光源の偏光に対する自由度が向上するので、任意の光源を用いることができる。円柱状強誘電体単結晶の配置角度の変更は、手動で行ってもよいし、または、機械制御で行ってもよい。   As described above, since the wavelength conversion element 200 is made of a cylindrical ferroelectric single crystal, the arrangement angle of the cylindrical ferroelectric single crystal can be changed in accordance with the polarization of the first light. That is, the wavelength conversion element 200 can convert the wavelength of light having arbitrary polarization. Thereby, since the freedom degree with respect to the polarization of a light source improves, arbitrary light sources can be used. The change in the arrangement angle of the cylindrical ferroelectric single crystal may be performed manually or by machine control.

第1の光の照射によって波長変換素子200に熱分布が生じたとしても、波長変換素子200の断面が実質的に真円であるため、熱分布は中心対称となる。この際、第1の光は波長変換素子200の中心に照射されていることに留意されたい。したがって、熱分布が中心対称であるため熱複屈折が低減されるので、波長変換素子200を伝播する光の高い消光比(すなわち、高い直線偏光性)を保持することができるとともに、波長変換素子200から出射する光の形状は、歪むことなく円形に維持される。   Even if a heat distribution is generated in the wavelength conversion element 200 by the irradiation of the first light, the heat distribution is centrally symmetric because the cross section of the wavelength conversion element 200 is substantially a perfect circle. At this time, it should be noted that the first light is applied to the center of the wavelength conversion element 200. Therefore, since the thermal birefringence is reduced because the heat distribution is centrally symmetric, it is possible to maintain a high extinction ratio (that is, high linear polarization) of the light propagating through the wavelength conversion element 200, and the wavelength conversion element The shape of the light emitted from 200 is maintained in a circular shape without distortion.

同様にして、波長変換素子200を用いてパラメトリック発振および差周波発生させることができることを理解されたい。
図3は、MgO1mol%ドーピングした実質的に定比組成のタンタル酸リチウム(MgSLT)のアイドラ光およびシグナル光発振波長の温度依存性を示す図である。
図において、横軸は分極反転周期を表し、縦軸はアイドラ光およびシグナル光の発振波長を表す。図3は、波長1.064μmを有するポンプ光を、種々の温度において、種々の周期を有するMgSLTに入射させ、パラメトリック発振させた場合に生成するアイドラ光およびシグナル光の発振波長の分極反転周期依存性を示す。図中、MgSLTの室温(30℃)における結果とMgSLTをそれぞれ70℃、110℃、150℃および190℃に加熱した場合の結果とを示す。図3から、MgSLTをパラメトリック発振器に用いた場合、例えば、アイドラ光発振波長では、同一分極反転周期において約0.4μmの温度によるチューナビリティを有することが分かった。分極反転構造の周期を制御することに加えて、円柱状強誘電体単結晶200の温度を制御すれば、より高精度に制御されたチューナビリティを達成することができる。
Similarly, it should be understood that the wavelength conversion element 200 can be used to generate parametric oscillation and difference frequency.
FIG. 3 is a diagram showing the temperature dependence of idler light and signal light oscillation wavelengths of lithium tantalate (MgSLT) having a substantially stoichiometric composition doped with 1 mol% of MgO.
In the figure, the horizontal axis represents the polarization inversion period, and the vertical axis represents the oscillation wavelengths of idler light and signal light. FIG. 3 shows the polarization inversion period dependence of the oscillation wavelength of idler light and signal light generated when pump light having a wavelength of 1.064 μm is incident on MgSLT having various periods and parametrically oscillated at various temperatures. Showing gender. In the figure, the result of MgSLT at room temperature (30 ° C.) and the result of heating MgSLT to 70 ° C., 110 ° C., 150 ° C. and 190 ° C. are shown. From FIG. 3, it was found that when MgSLT is used for a parametric oscillator, for example, the idler oscillation wavelength has a tunability with a temperature of about 0.4 μm in the same polarization inversion period. In addition to controlling the period of the domain-inverted structure, controlling the temperature of the cylindrical ferroelectric single crystal 200 can achieve a tunability controlled with higher accuracy.

図4は、本発明の実施の形態1による円柱状強誘電体単結晶からなる別の波長変換素子の斜視図である。
図4に示す波長変換素子400は、温度制御素子401と温度制御素子401を覆うフレーム402とを有する以外は図2に示す波長変換素子200と同様である。図3を参照して説明したように、例、MgSLTからなる円柱状強誘電体単結晶は、温度によりチューナビリティを有しているので、波長変換素子200に温度制御素子401を設置することによってより高精度に制御されたチューナビリティが達成され得る。さらに、温度制御素子401を包囲するようにフレーム402は、断熱性材料から形成される。これにより、温度制御素子401の熱の散逸を妨げ、均一に円柱状強誘電体単結晶200を加熱することができるとともに、ユーザが温度制御素子401の熱によって怪我することを防ぐ。図において、温度制御素子401は、円柱状強誘電体単結晶200全体を覆っているが、円柱状強誘電体単結晶200の温度を均一にすることができる限り任意の温度制御素子を用いることができる。温度制御素子401は、例えば、ペルチェ素子であり得る。
FIG. 4 is a perspective view of another wavelength conversion element made of a cylindrical ferroelectric single crystal according to Embodiment 1 of the present invention.
A wavelength conversion element 400 shown in FIG. 4 is the same as the wavelength conversion element 200 shown in FIG. 2 except that it includes a temperature control element 401 and a frame 402 that covers the temperature control element 401. As described with reference to FIG. 3, for example, the cylindrical ferroelectric single crystal made of MgSLT has tunability depending on the temperature. Therefore, by installing the temperature control element 401 in the wavelength conversion element 200, A more precisely controlled tunability can be achieved. Further, the frame 402 is formed of a heat insulating material so as to surround the temperature control element 401. Thereby, the heat dissipation of the temperature control element 401 can be prevented, the cylindrical ferroelectric single crystal 200 can be heated uniformly, and the user can be prevented from being injured by the heat of the temperature control element 401. In the figure, the temperature control element 401 covers the entire columnar ferroelectric single crystal 200, but any temperature control element can be used as long as the temperature of the columnar ferroelectric single crystal 200 can be made uniform. Can do. The temperature control element 401 can be, for example, a Peltier element.

波長変換素子400は、温度制御素子401を制御するために、制御部(図示せず)をさらに備えてもよい。このような制御部は、図3に示すような強誘電体単結晶固有の出射波長の温度依存性を有しており、この情報を利用して円柱状強誘電体単結晶200が適切な温度となるように制御してもよい。また、制御部は、温度の制御に加えて、波長変換素子400に入射する光の偏光に関する情報を入手し、入射光の偏光に応じて波長変換素子400の角度配置を変更するように制御してもよい。   The wavelength conversion element 400 may further include a control unit (not shown) in order to control the temperature control element 401. Such a control unit has the temperature dependence of the emission wavelength unique to the ferroelectric single crystal as shown in FIG. 3, and the cylindrical ferroelectric single crystal 200 has an appropriate temperature using this information. You may control so that it may become. In addition to controlling the temperature, the control unit obtains information related to the polarization of the light incident on the wavelength conversion element 400, and controls to change the angular arrangement of the wavelength conversion element 400 according to the polarization of the incident light. May be.

以上、図2および図4を参照して説明してきたように、本発明による円柱状強誘電体単結晶200、400からなる波長変換素子は、断面が実質的に真円であるあため、波長変換素子に照射された光によって熱分布が生じる場合でもあっても、熱分布は必ず中心対称となる。その結果、光の高い消光比(すなわち、高い直線偏光性)を保持することができるとともに、波長変換素子200、400から出射する光の形状が円形に維持される。   As described above with reference to FIGS. 2 and 4, the wavelength conversion element made of the cylindrical ferroelectric single crystals 200 and 400 according to the present invention has a substantially circular cross section. Even if the heat distribution is generated by the light applied to the conversion element, the heat distribution is always centrally symmetric. As a result, a high extinction ratio of light (that is, high linear polarization) can be maintained, and the shape of light emitted from the wavelength conversion elements 200 and 400 is maintained in a circular shape.

また、円柱状強誘電体単結晶の断面が実質的に真円であるため、円柱状強誘電体単結晶の配置角度を変更するだけで、入射光の偏光に容易に対応させることができる。したがって、偏光子等の光学系が不要であるため、系全体を小型化させることができる。また、任意の光源を用いることができる。
また、円柱状強誘電体単結晶は角を有さないため、角部が欠けることによって生じる不要なクラックが結晶中に生じる恐れがない。
In addition, since the cross section of the cylindrical ferroelectric single crystal is substantially a circle, it is possible to easily cope with the polarization of incident light simply by changing the arrangement angle of the cylindrical ferroelectric single crystal. Therefore, since an optical system such as a polarizer is unnecessary, the entire system can be reduced in size. Moreover, arbitrary light sources can be used.
Further, since the cylindrical ferroelectric single crystal does not have corners, there is no possibility that unnecessary cracks caused by the lack of corners are generated in the crystal.

(実施の形態2)
図5は、本発明の実施の形態2による波長変換素子の斜視図である。
波長変換素子500は、ホルダー501と、複数の円柱状強誘電体単結晶502とを含む。
ホルダー501には、複数の円柱状強誘電体単結晶502が収容される。ホルダー501のサイズ(長さ、幅、厚さ)は、収容される円柱状強誘電体単結晶200の数、複数の円柱状強誘電体単結晶502の配置に応じて変更され得る。図では、ホルダー501は、半円が模られた底部と蓋部とからなるが、ホルダー501の構成は、このような構成に限定されない。例えば、矩形の筒であってもよい。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a perspective view of the wavelength conversion element according to the second embodiment of the present invention.
The wavelength conversion element 500 includes a holder 501 and a plurality of cylindrical ferroelectric single crystals 502.
The holder 501 accommodates a plurality of cylindrical ferroelectric single crystals 502. The size (length, width, thickness) of the holder 501 can be changed according to the number of cylindrical ferroelectric single crystals 200 accommodated and the arrangement of the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals 502. In the figure, the holder 501 includes a bottom portion and a lid portion imitating a semicircle, but the configuration of the holder 501 is not limited to such a configuration. For example, a rectangular tube may be used.

ホルダー501は、好ましくは、銅などの熱伝導性材料から形成される。実施の形態1で説明したように、複数の円柱状強誘電体単結晶502は、入射光の照射による熱分布は必ず中心対称となる。このため、円柱状強誘電体単結晶200に熱分布が生じたとしても、光の高い消光比(すなわち、高い直線偏光性)を保持することができる。しかしながら、ホルダー501が熱伝導性材料であれば、入射光の照射による熱を容易に散逸させることができるので、熱分布の発生を低減することができる。   The holder 501 is preferably formed from a thermally conductive material such as copper. As described in the first embodiment, in the plurality of columnar ferroelectric single crystals 502, the heat distribution due to the irradiation of incident light is always centrally symmetric. For this reason, even if heat distribution occurs in the cylindrical ferroelectric single crystal 200, a high extinction ratio of light (that is, high linear polarization) can be maintained. However, if the holder 501 is a heat conductive material, heat due to irradiation of incident light can be easily dissipated, so that occurrence of heat distribution can be reduced.

複数の円柱状強誘電体単結晶502は、それぞれの分極方向に垂直な方向が同一となるように配置されている。これにより容易にマルチグレーティングが達成され得る。図では、簡単のため、5本の円柱状強誘電体単結晶502が、平面状に、かつ、それぞれの分極方向が同一となるように配置されている。ただし、円柱状強誘電体単結晶200の数および配置様態は、円柱状強誘電体単結晶200のそれぞれの分極方向に垂直な方向が同一となる限り、任意である。複数の円柱状強誘電体単結晶502それぞれの分極反転周期は、実施の形態1で説明した、パラメトリック発振、第二高調波発生または差周波発生を達成する所定の周期範囲からユーザのニーズに応じて選択される。複数の円柱状強誘電体単結晶502それぞれの分極反転周期は、異なる。   The plurality of columnar ferroelectric single crystals 502 are arranged so that the directions perpendicular to the respective polarization directions are the same. Thereby, multi-grating can be easily achieved. In the figure, for simplicity, five cylindrical ferroelectric single crystals 502 are arranged in a planar shape so that their polarization directions are the same. However, the number and arrangement of the cylindrical ferroelectric single crystals 200 are arbitrary as long as the directions perpendicular to the polarization directions of the cylindrical ferroelectric single crystals 200 are the same. The polarization inversion period of each of the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals 502 corresponds to the user's needs from the predetermined period range for achieving parametric oscillation, second harmonic generation or difference frequency generation described in the first embodiment. Selected. The polarization inversion periods of the plurality of columnar ferroelectric single crystals 502 are different.

このように本発明による波長変換素子500は、単一のグレーティングを有する単一の円柱状強誘電体単結晶200を任意に組み合わせることによってマルチグレーティングを達成する。これにより、波長変換素子500作製時に複数の円柱状強誘電体単結晶(マルチグレーティング)502のうちいずれかの円柱状強誘電体単結晶が損傷した場合には、損傷した円柱状強誘電体単結晶のみを交換すればよいので歩留まりを向上させることができる。また、波長変換素子500の使用時に1つの円柱状強誘電体単結晶にクラックが発生したとしても、隣接する円柱状強誘電体単結晶にはクラックが伝播することはない。したがって、クラックが発生した円柱状強誘電体単結晶のみを交換すればよいので、ユーザ側のコストを削減することができる。   Thus, the wavelength conversion element 500 according to the present invention achieves multi-grating by arbitrarily combining a single cylindrical ferroelectric single crystal 200 having a single grating. Thus, when any one of the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals (multi-grating) 502 is damaged when the wavelength conversion element 500 is manufactured, the damaged cylindrical ferroelectric single crystal is damaged. Since only the crystals need to be exchanged, the yield can be improved. Further, even if a crack is generated in one cylindrical ferroelectric single crystal when the wavelength conversion element 500 is used, the crack does not propagate to the adjacent cylindrical ferroelectric single crystal. Therefore, it is only necessary to replace the cylindrical ferroelectric single crystal in which the crack has occurred, so that the cost on the user side can be reduced.

次に、波長変換素子500の動作を説明する。
波長変換素子500の外部(例えば、光源)からの光(入射光)は、所望の波長を有する光に変換されるよう複数の円柱状強誘電体単結晶502のうち特定の分極反転周期を有する円柱状強誘電体単結晶に入射する。波長変換素子500の分極反転周期に応じて、入射光は、パラメトリック発振、第二高調波発生または差周波発生に基づいて、波長変換される。その後、出射光として波長変換素子500から出射する。例えば、パラメトリック発振の場合、ポンプ光(入射光)の波長が1.064μmであり、特定の分極反転周期が31.8μmである場合、アイドラ光およびシグナル光(出射光)の波長は、それぞれ、2.5μmおよび1.85μmとなる。このように、入射光が、特定の分極反転周期を有する円柱状強誘電体単結晶に照射するように波長変換素子500を手動で、または、機械制御を用いて移動することによって、チューナビリティが達成され得る。
Next, the operation of the wavelength conversion element 500 will be described.
Light (incident light) from the outside (for example, a light source) of the wavelength conversion element 500 has a specific polarization inversion period among the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals 502 so as to be converted into light having a desired wavelength. Incident to a cylindrical ferroelectric single crystal. Depending on the polarization inversion period of the wavelength conversion element 500, the incident light is wavelength-converted based on parametric oscillation, second harmonic generation, or difference frequency generation. Thereafter, the light is emitted from the wavelength conversion element 500 as emitted light. For example, in the case of parametric oscillation, when the wavelength of the pump light (incident light) is 1.064 μm and the specific polarization inversion period is 31.8 μm, the wavelengths of the idler light and the signal light (emitted light) are respectively 2.5 μm and 1.85 μm. Thus, the tunability can be improved by moving the wavelength conversion element 500 manually or using mechanical control so that incident light irradiates a cylindrical ferroelectric single crystal having a specific polarization inversion period. Can be achieved.

また、波長変換素子500は複数の円柱状強誘電体単結晶502からなるので、入射光の偏光に合わせて、複数の円柱状強誘電体単結晶それぞれの配置角度を変更することができる。つまり、波長変換素子200は、任意の偏光を有する光を波長変換することができる。これにより、光源の偏光に対する自由度が向上するので、任意の光源を用いることができる。複数の円柱状強誘電体単結晶それぞれの配置角度の変更は、手動で行ってもよいし、または、機械制御で行ってもよい。   In addition, since the wavelength conversion element 500 includes the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals 502, the arrangement angle of each of the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals can be changed in accordance with the polarization of incident light. That is, the wavelength conversion element 200 can convert the wavelength of light having arbitrary polarization. Thereby, since the freedom degree with respect to the polarization of a light source improves, arbitrary light sources can be used. The change of the arrangement angle of each of the plurality of columnar ferroelectric single crystals may be performed manually or may be performed by machine control.

このように複数の円柱状強誘電体単結晶502のそれぞれの断面を実質的に真円とすることによって、入射光の偏光モードがTEモードであってもTMモードであっても、入射光の光源(図示せず)と波長変換素子500との間に偏光子等の光学系を設けることなく、波長変換することができる。したがって、系全体を小型化することができる。   Thus, by making each cross section of the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals 502 substantially circular, the incident light can be transmitted regardless of whether the polarization mode of the incident light is the TE mode or the TM mode. Wavelength conversion can be performed without providing an optical system such as a polarizer between a light source (not shown) and the wavelength conversion element 500. Therefore, the entire system can be reduced in size.

図6は、本発明の実施の形態2によるさらに別の波長変換素子の斜視図である。
図6(A)に示す波長変換素子600は、温度制御素子601を有する以外は図5を参照して説明した波長変換素子500と同じである。図3を参照して説明したように、例えば、MgSLTからなる円柱状強誘電体単結晶は、温度によるチューナビリティを有しているので、波長変換素子500に温度制御素子601を設置することによってより高精度に制御されたチューナビリティが達成され得る。図において、温度制御素子601はシート形状であるが、温度制御素子601は、複数の円柱状強誘電体単結晶502の温度を均一にすることができる限り、任意の温度制御素子を用いることができる。温度制御素子601は、例えば、ペルチェ素子であり得る。
FIG. 6 is a perspective view of still another wavelength conversion element according to the second embodiment of the present invention.
A wavelength conversion element 600 shown in FIG. 6A is the same as the wavelength conversion element 500 described with reference to FIG. 5 except that it includes a temperature control element 601. As described with reference to FIG. 3, for example, a cylindrical ferroelectric single crystal made of MgSLT has tunability depending on temperature, and therefore, by installing a temperature control element 601 in the wavelength conversion element 500, A more precisely controlled tunability can be achieved. In the figure, the temperature control element 601 has a sheet shape, but any temperature control element may be used as the temperature control element 601 as long as the temperatures of the plurality of columnar ferroelectric single crystals 502 can be made uniform. it can. The temperature control element 601 can be, for example, a Peltier element.

図6(B)に示す波長変換素子610は、温度制御素子601を包囲するフレーム602を備える。フレーム602は、断熱性材料から形成されている。このように、ホルダー501および温度制御素子601を断熱性のフレーム602で包囲することによって、温度制御素子601の熱の散逸を妨げ、均一に複数の円柱状強誘電体単結晶502を加熱することができるとともに、ユーザが温度制御素子601の熱によって怪我することを防ぐ。   A wavelength conversion element 610 illustrated in FIG. 6B includes a frame 602 that surrounds the temperature control element 601. The frame 602 is made of a heat insulating material. In this way, by surrounding the holder 501 and the temperature control element 601 with the heat insulating frame 602, heat dissipation of the temperature control element 601 is prevented, and a plurality of cylindrical ferroelectric single crystals 502 are uniformly heated. In addition, the user can be prevented from being injured by the heat of the temperature control element 601.

波長変換素子600または610は、温度制御素子601を制御するために、制御部(図示せず)をさらに備えてもよい。このような制御部は、図1に示すような強誘電体単結晶材料固有の出射波長の分極反転周期依存性、および/または、図3に示すような強誘電体単結晶固有の出射波長の温度依存性を有しており、これらの関係を利用して、波長変換素子600または610が適切な温度となるように温度制御素子601を制御してもよい。また、制御部は、温度の制御に加えて、波長変換素子600または610に入射する光の偏光に関する情報を入手し、入射光の偏光に応じて波長変換素子600または610の角度配置を変更するように制御してもよい。   The wavelength conversion element 600 or 610 may further include a control unit (not shown) in order to control the temperature control element 601. Such a control unit has a polarization inversion period dependency of the emission wavelength unique to the ferroelectric single crystal material as shown in FIG. 1 and / or the emission wavelength unique to the ferroelectric single crystal as shown in FIG. The temperature control element 601 may be controlled so that the wavelength conversion element 600 or 610 has an appropriate temperature by using these relationships. In addition to controlling the temperature, the control unit obtains information on the polarization of light incident on the wavelength conversion element 600 or 610, and changes the angular arrangement of the wavelength conversion element 600 or 610 according to the polarization of the incident light. You may control as follows.

図7は、本発明の実施の形態2によるさらに別の波長変換素子の斜視図である。
波長変換素子700は、複数の円柱状強誘電体単結晶が所定の間隔で配置されており、所定の間隔に熱伝導性材料が充填されたホルダー701である以外は、図5を参照して説明した波長変換素子500と同じである。このように、各円柱上強誘電体単結晶間に熱伝導性材料を充填することによって、入射光によって円柱状強誘電体単結晶に生じ得る熱を散逸させて、熱分布が生じるのを低減することができる。この結果、熱による複屈折効果が低減されるので、波長変換素子700を伝播する光の偏光モードが維持され、変換効率を一定に保つことができる。所定の間隔は、例えば、50μmであるが、この間隔に限定されない。この場合、熱伝導性材料とホルダーとが一体型の例を示したが、別個であってもよい。
FIG. 7 is a perspective view of still another wavelength conversion element according to the second embodiment of the present invention.
The wavelength conversion element 700 is a holder 701 in which a plurality of cylindrical ferroelectric single crystals are arranged at a predetermined interval, and a thermally conductive material is filled at a predetermined interval with reference to FIG. This is the same as the wavelength conversion element 500 described. In this way, by filling a thermally conductive material between the ferroelectric single crystals on each cylinder, the heat that can be generated in the cylindrical ferroelectric single crystal by the incident light is dissipated to reduce the occurrence of heat distribution. can do. As a result, since the birefringence effect due to heat is reduced, the polarization mode of light propagating through the wavelength conversion element 700 is maintained, and the conversion efficiency can be kept constant. The predetermined interval is, for example, 50 μm, but is not limited to this interval. In this case, the example in which the heat conductive material and the holder are integrated is shown, but may be separate.

以上説明してきたように、それぞれが所定の周期を有する分極反転構造を有する円柱状強誘電体単結晶を組み合わせ、マルチグレーティングを有する波長変換素子を形成することによって、変換波長のチューナビリティを容易に達成する。円柱状強誘電体単結晶は、その断面が実質的に真円であるため、入射光の偏光方位に依存しない。したがって、入射光の光源の自由度が増すとともに、光学系全体を小型化できる。また、入射光の照射による熱分布が中心対称となるため、熱分布が生じたとしても光の高い消光比(すなわち、高い直線偏光性)をすることができる。   As described above, by combining the cylindrical ferroelectric single crystals each having a domain-inverted structure having a predetermined period and forming a wavelength conversion element having a multi-grating, the tunability of the conversion wavelength can be easily achieved. Achieve. Since the cross section of the cylindrical ferroelectric single crystal is substantially perfect, it does not depend on the polarization direction of incident light. Therefore, the degree of freedom of the incident light source is increased and the entire optical system can be miniaturized. In addition, since the heat distribution due to the irradiation of incident light is centrally symmetric, a high extinction ratio (that is, high linear polarization) of light can be achieved even if the heat distribution occurs.

本発明による波長変換素子は、円柱状強誘電体単結晶を組み合わせて形成されるため、製造時に破損した円柱状強誘電体単結晶のみを破棄すればよく、歩留まりを向上させる。さらに、使用時には、破損した円柱状強誘電体単結晶のみを交換すればよく、ユーザ側のコストの削減になる。本発明による波長変換素子は、円柱状強誘電体単結晶を任意に組み合わせて形成されるので、ユーザのニーズに合わせた調整が可能である。   Since the wavelength conversion element according to the present invention is formed by combining cylindrical ferroelectric single crystals, it is only necessary to discard the cylindrical ferroelectric single crystals damaged at the time of manufacturing, thereby improving the yield. Furthermore, at the time of use, it is only necessary to replace the damaged columnar ferroelectric single crystal, which reduces the cost on the user side. Since the wavelength conversion element according to the present invention is formed by arbitrarily combining cylindrical ferroelectric single crystals, it can be adjusted according to the needs of the user.

実施の形態2では、図2を参照して説明した、MgSLTの円柱状強誘電体単結晶200を用いた波長変換素子の例を示してきた。これらは単に例示にすぎないことを理解されたい。任意の強誘電体単結晶材料を用い、少なくとも断面の直径が2mmであり、かつ、断面が実質的に真円である複数の円柱状強誘電体単結晶を用いれば、上記効果を奏することができる。   In the second embodiment, an example of a wavelength conversion element using the MgSLT columnar ferroelectric single crystal 200 described with reference to FIG. 2 has been shown. It should be understood that these are merely examples. If any ferroelectric single crystal material is used, and a plurality of cylindrical ferroelectric single crystals having at least a cross-sectional diameter of 2 mm and a substantially circular cross-section are used, the above effect can be obtained. it can.

(実施の形態3)
図8は、本発明の実施の形態3によるパラメトリック発振を利用した光発生装置を示す図である。
光発生装置800は、光源801と、波長変換素子802と、制御部803とを含む。
光源801は、第1の波長λ1を有する第1の光(ポンプ光)を発する。本発明によれば、第1の光の偏光は、TMモードであってもよいし、TEモードであってもよい。光源801は、例えば、第1の波長λ1=1.064μmのQスイッチNd:YAGレーザである。光源801にチューナブル光源を用いてもよい。
(Embodiment 3)
FIG. 8 is a diagram showing a light generation apparatus using parametric oscillation according to Embodiment 3 of the present invention.
The light generation device 800 includes a light source 801, a wavelength conversion element 802, and a control unit 803.
The light source 801 emits first light (pump light) having a first wavelength λ 1 . According to the present invention, the polarization of the first light may be TM mode or TE mode. The light source 801 is, for example, a Q-switched Nd: YAG laser having a first wavelength λ 1 = 1.064 μm. A tunable light source may be used as the light source 801.

波長変換素子802は、実施の形態2で説明した波長変換素子500、600、610、700のいずれか、または、その変形例である。波長変換素子802は、光源801から受け取った第1の光を、第2の波長λ2を有する第2の光(シグナル光)と、第3の波長λ3を有する第3の光(アイドラ光)とに波長変換する。この際、波長変換素子802内の複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれは、第1の波長λ1と、第2の波長λ2と、第3の波長λ3とが、関係1/λ1=1/λ2+1/λ3、関係λ1<λ2およびλ1<λ3を満たすように、分極方向に対して垂直な方向に擬似位相整合する所定の周期を有する分極反転構造を有する。円柱状強誘電体単結晶に図1および図3に示したMgSLTを用いた場合、円柱状強誘電体単結晶の分極反転周期は、26μm〜33μmの範囲から選択される。円柱状強誘電体単結晶は、MgSLTに限定されない。 The wavelength conversion element 802 is one of the wavelength conversion elements 500, 600, 610, and 700 described in the second embodiment, or a modification thereof. The wavelength conversion element 802 converts the first light received from the light source 801 into the second light (signal light) having the second wavelength λ 2 and the third light (idler light) having the third wavelength λ 3. ) And wavelength conversion. At this time, each of the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals in the wavelength conversion element 802 has a relationship 1 /, a first wavelength λ 1 , a second wavelength λ 2, and a third wavelength λ 3. A domain-inverted structure having a predetermined period in which quasi-phase matching is performed in a direction perpendicular to the polarization direction so as to satisfy λ 1 = 1 / λ 2 + 1 / λ 3 , relations λ 12 and λ 13 Have When MgSLT shown in FIGS. 1 and 3 is used for the cylindrical ferroelectric single crystal, the polarization inversion period of the cylindrical ferroelectric single crystal is selected from the range of 26 μm to 33 μm. The columnar ferroelectric single crystal is not limited to MgSLT.

制御部803は、波長変換素子802の位置を制御する。詳細には、制御部803は、光源801から第1の光の有する情報(例えば、波長、偏光)を入手し、入手した情報に基づいて波長変換素子802の位置を制御する。本明細書において、波長変換素子802の位置を制御するとは、制御部803が、光源801からの第1の光の有する情報のうち偏光モードに基づいて、波長変換素子802の複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれの配置角度を第1の光の偏光モードに対応するように制御すること、および/または、制御部803が、光源801からの第1の光の有する情報のうち波長に基づいて、波長変換素子802のうち所定の円柱状強誘電体単結晶に光源801が発する第1の光が照射するように、波長変換素子802の位置を制御することを意味する。制御部803は、例えば、図1および図6に示す円柱状強誘電体単結晶のアイドラ光およびシグナル光の周期依存性のデータ、および、温度依存性のデータを格納し、これらデータに基づいて波長変換素子802の位置を制御してもよい。   The control unit 803 controls the position of the wavelength conversion element 802. Specifically, the control unit 803 obtains information (for example, wavelength and polarization) of the first light from the light source 801, and controls the position of the wavelength conversion element 802 based on the obtained information. In this specification, the control of the position of the wavelength conversion element 802 means that the control unit 803 has a plurality of cylindrical strengths of the wavelength conversion element 802 based on the polarization mode among the information of the first light from the light source 801. Controlling the respective arrangement angles of the dielectric single crystals so as to correspond to the polarization mode of the first light, and / or the control unit 803 to the wavelength of the information of the first light from the light source 801 Based on this, it means that the position of the wavelength conversion element 802 is controlled so that the first light emitted from the light source 801 irradiates a predetermined cylindrical ferroelectric single crystal of the wavelength conversion element 802. The control unit 803 stores, for example, the cycle-dependent data of the idler light and the signal light and the temperature-dependent data of the cylindrical ferroelectric single crystal shown in FIGS. 1 and 6, and based on these data. The position of the wavelength conversion element 802 may be controlled.

光発生装置800は、光源801と波長変換素子802との間、および、波長変換素子802の出射側にそれぞれ反射ミラー(図示せず)を設けて、共振器として機能させてもよい。   The light generation device 800 may function as a resonator by providing reflection mirrors (not shown) between the light source 801 and the wavelength conversion element 802 and on the emission side of the wavelength conversion element 802.

次に、光発生装置800の動作を説明する。
光源801は、第1の波長λ1=1.064μmを有する第1の光を波長変換素子802へ発する。制御部803は、ユーザが所望する波長の光が得られるように、第1の光の有する情報(波長および偏光)等に基づいて、波長変換素子802の位置を制御する。例えば、ユーザが、第3の波長λ3=3.62μmを有する第3の光(アイドラ光)を所望する場合、制御部803は、第1の光が30μmの分極反転周期を有する円柱状強誘電体単結晶に入射するように、波長変換素子802の位置を制御する。
Next, the operation of the light generator 800 will be described.
The light source 801 emits first light having a first wavelength λ 1 = 1.064 μm to the wavelength conversion element 802. The control unit 803 controls the position of the wavelength conversion element 802 based on information (wavelength and polarization) of the first light so that light with a wavelength desired by the user can be obtained. For example, when the user desires the third light (idler light) having the third wavelength λ 3 = 3.62 μm, the control unit 803 has a cylindrical strong intensity in which the first light has a polarization inversion period of 30 μm. The position of the wavelength conversion element 802 is controlled so as to be incident on the dielectric single crystal.

波長変換素子802の所定の円柱状強誘電体単結晶に入射した第1の光は、上記の関係式を満たして、第2の波長λ2=1.507μmを有する第2の光(シグナル光)および第3の波長λ3=3.62μmを有する第3の光(アイドラ光)に波長変換される。
このようにして波長変換された第2の光は、光通信の波長帯域であるため、光通信での利用が可能である。第3の光は、ガス分光に有効な波長帯域であるため、化学分析に利用可能である。
The first light incident on the predetermined cylindrical ferroelectric single crystal of the wavelength conversion element 802 satisfies the above relational expression, and the second light (signal light) having the second wavelength λ 2 = 1.507 μm. ) And a third wavelength (idler light) having a third wavelength λ 3 = 3.62 μm.
Since the second light wavelength-converted in this manner is in the wavelength band of optical communication, it can be used in optical communication. Since the third light is a wavelength band effective for gas spectroscopy, it can be used for chemical analysis.

本発明による光発生装置800は、所定の周期を有する円柱状強誘電体単結晶を組み合わせたマルチグレーティングを有する波長変換素子802を含む。これにより、変換波長のチューナビリティを容易に達成する。実施の形態1で説明したように、円柱状強誘電体単結晶は、分極方向と同じ方向の断面が実質的に真円であるため、波長変換素子802に照射された光によって円柱状強誘電体単結晶に熱分布が生じる場合でもあっても、熱分布は必ず中心対称となる。その結果、光の高い消光比(すなわち、高い直線偏光性)を保持することができるとともに、波長変換素子802が出射する光(第2の光および第3の光)の形状は、円形に維持される。さらに、入射光の偏光方位に対する依存性もない。したがって、入射光の光源の自由度が増すとともに、光学系全体を小型化できる。   The light generating device 800 according to the present invention includes a wavelength conversion element 802 having a multi-grating in which cylindrical ferroelectric single crystals having a predetermined period are combined. Thereby, the tunability of the conversion wavelength is easily achieved. As described in the first embodiment, since the cylindrical ferroelectric single crystal has a substantially circular cross section in the same direction as the polarization direction, the cylindrical ferroelectric single crystal is irradiated with the light irradiated to the wavelength conversion element 802. Even if heat distribution occurs in the body single crystal, the heat distribution is always centrally symmetric. As a result, a high extinction ratio of light (that is, high linear polarization) can be maintained, and the shape of the light (second light and third light) emitted from the wavelength conversion element 802 is maintained in a circular shape. Is done. Furthermore, there is no dependency on the polarization direction of incident light. Therefore, the degree of freedom of the incident light source is increased and the entire optical system can be miniaturized.

本発明による光発生装置800の波長変換素子802は、円柱状強誘電体単結晶を組み合わせて形成されるため、製造時に破損した円柱状強誘電体単結晶のみを破棄すればよく、歩留まりを向上させる。さらに、使用時には、破損した円柱状強誘電体単結晶のみを交換すればよく、ユーザ側のコストの削減になる。本発明による光発生装置800の波長変換素子802は、円柱状強誘電体単結晶を任意に組み合わせて形成されるので、ユーザのニーズに合わせた調整が可能である。   Since the wavelength conversion element 802 of the light generating device 800 according to the present invention is formed by combining cylindrical ferroelectric single crystals, it is only necessary to discard the cylindrical ferroelectric single crystals damaged at the time of manufacturing, thereby improving the yield. Let Furthermore, at the time of use, it is only necessary to replace the damaged columnar ferroelectric single crystal, which reduces the cost on the user side. Since the wavelength conversion element 802 of the light generator 800 according to the present invention is formed by arbitrarily combining cylindrical ferroelectric single crystals, it can be adjusted according to the needs of the user.

(実施の形態4)
図9は、本発明の実施の形態4による第二高調波発生を利用した光発生装置を示す図である。
光発生装置900は、光源901と、波長変換素子902と、制御部903とを含む。
光源901は、第1の波長λ1を有する第1の光(基本波)を発する。本発明によれば、第1の光の偏光は、TMモードであってもよいし、TEモードであってもよい。光源901は、コヒーレントな第1の光を発するチューナブル半導体レーザ(波長可変レーザ)であり得る。
波長変換素子902は、実施の形態2で説明した波長変換素子500、600、610、700のいずれか、または、その変形例である。波長変換素子902は、光源901から受け取った第1の光を、第2の波長λ2を有する第2の光(第二高調波)に波長変換する。この際、波長変換素子902内の複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれは、第1の波長λ1と第2の波長λ2とが、関係λ1=2×λ2を満たすように、分極方向に対して垂直な方向に擬似位相整合する所定の周期を有する分極反転構造を有する。円柱状強誘電体単結晶にMgSLTを用いた場合、円柱状強誘電体単結晶の分極反転周期は、1μm〜10μmの範囲から選択される。円柱状強誘電体単結晶は、MgSLTに限定されない。
(Embodiment 4)
FIG. 9 is a diagram showing a light generation apparatus using second harmonic generation according to Embodiment 4 of the present invention.
The light generation device 900 includes a light source 901, a wavelength conversion element 902, and a control unit 903.
The light source 901 emits first light (fundamental wave) having a first wavelength λ 1 . According to the present invention, the polarization of the first light may be TM mode or TE mode. The light source 901 can be a tunable semiconductor laser (wavelength tunable laser) that emits coherent first light.
The wavelength conversion element 902 is one of the wavelength conversion elements 500, 600, 610, and 700 described in the second embodiment, or a modification thereof. The wavelength conversion element 902 converts the wavelength of the first light received from the light source 901 into second light (second harmonic) having the second wavelength λ 2 . At this time, in each of the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals in the wavelength conversion element 902, the first wavelength λ 1 and the second wavelength λ 2 satisfy the relationship λ 1 = 2 × λ 2. And a domain-inverted structure having a predetermined period that is quasi-phase matched in a direction perpendicular to the polarization direction. When MgSLT is used for the cylindrical ferroelectric single crystal, the polarization inversion period of the cylindrical ferroelectric single crystal is selected from the range of 1 μm to 10 μm. The columnar ferroelectric single crystal is not limited to MgSLT.

制御部903は、波長変換素子902の位置を制御する。詳細には、制御部903は、光源901から第1の光の有する情報(例えば、波長、偏光)に入手し、入手した情報に基づいて波長変換素子902の位置を制御する。本明細書において、波長変換素子902の位置を制御するとは、制御部903が、光源901からの第1の光の有する情報のうち偏光モードに基づいて、波長変換素子902の複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれの配置角度を第1の光の偏光モードに対応するように制御すること、および/または、制御部903が、光源901からの第1の光の有する情報のうち波長に基づいて、波長変換素子902のうち所定の円柱状強誘電体単結晶に光源901が発する第1の光が照射するように、波長変換素子902の位置を制御することを意味する。制御部903は、例えば、円柱状強誘電体単結晶の第二高調波の周期依存性のデータ、および、温度依存性のデータを格納し、これらデータに基づいて波長変換素子902の位置を制御してもよい。制御部903は、ユーザが所望する波長の光が得られるように、光源901が発する第1の波長λ1を設定するように光源901を制御してもよい。
光発生装置900は、光源901と波長変換素子902との間、および、波長変換素子902の出射側にそれぞれ反射ミラー(図示せず)を設けて、共振器として機能させてもよい。
The control unit 903 controls the position of the wavelength conversion element 902. Specifically, the control unit 903 obtains information (for example, wavelength and polarization) of the first light from the light source 901, and controls the position of the wavelength conversion element 902 based on the obtained information. In this specification, the control of the position of the wavelength conversion element 902 means that the control unit 903 has a plurality of columnar strengths of the wavelength conversion element 902 based on the polarization mode among the information of the first light from the light source 901. Controlling the respective arrangement angles of the dielectric single crystals so as to correspond to the polarization mode of the first light, and / or the control unit 903 to the wavelength of the information held by the first light from the light source 901 Based on this, it means that the position of the wavelength conversion element 902 is controlled such that the first light emitted from the light source 901 is irradiated to a predetermined cylindrical ferroelectric single crystal of the wavelength conversion element 902. The control unit 903 stores, for example, period-dependent data of the second harmonic of the cylindrical ferroelectric single crystal and temperature-dependent data, and controls the position of the wavelength conversion element 902 based on these data. May be. The control unit 903 may control the light source 901 so as to set the first wavelength λ 1 emitted by the light source 901 so that light having a wavelength desired by the user can be obtained.
The light generation apparatus 900 may function as a resonator by providing reflection mirrors (not shown) between the light source 901 and the wavelength conversion element 902 and on the emission side of the wavelength conversion element 902, respectively.

次に、光発生装置900の動作を説明する。
例えば、ユーザが、第2の波長λ2=0.39μmを有する第2の光を所望する場合、制御部903は、光源901が第1の波長λ1=0.78μmを有する第1の波長を発するように、光源901を制御する。次いで、制御部903は、第1の光の有する情報(波長および偏光)等に基づいて、波長変換素子902の位置を制御する。この場合、制御部903は、第1の光が3μmの分極反転周期を有する円柱状強誘電体単結晶に入射するように、波長変換素子902の位置を制御する。波長変換素子902の所定の円柱状強誘電体単結晶に入射した第1の光は、上記の関係式を満たして、第2の波長λ2=0.39μmを有する第2の光(第二高調波)に波長変換される。
Next, the operation of the light generator 900 will be described.
For example, when the user desires the second light having the second wavelength λ 2 = 0.39 μm, the control unit 903 causes the light source 901 to have the first wavelength λ 1 = 0.78 μm. The light source 901 is controlled to emit. Next, the control unit 903 controls the position of the wavelength conversion element 902 based on information (wavelength and polarization) of the first light. In this case, the control unit 903 controls the position of the wavelength conversion element 902 so that the first light is incident on the cylindrical ferroelectric single crystal having a polarization inversion period of 3 μm. The first light incident on the predetermined cylindrical ferroelectric single crystal of the wavelength conversion element 902 satisfies the above relational expression, and the second light (second light having the second wavelength λ 2 = 0.39 μm). Wavelength conversion to harmonics).

実施の形態4による光発生装置900は、それぞれが所定の周期を有する分極反転構造を有する円柱状強誘電体単結晶を組み合わせたマルチグレーティングを有する波長変換素子902を含む。これにより、特に、基本波を発するチューナブルな光源901に対して常に位相整合した第二高調波を発生することができる(すなわち、光源901のチューナビリティを容易に達成する)。実施の形態1で説明したように、円柱状強誘電体単結晶は、分極方向と同じ方向の断面が実質的に真円であるため、波長変換素子902に照射された光によって円柱状強誘電体単結晶に熱分布が生じる場合でもあっても、熱分布は必ず中心対称となる。その結果、光の高い消光比(すなわち、高い直線偏光性)を保持することができるとともに、波長変換素子902が出射する光(第2の光)の形状は、円形に維持される。さらに、入射光の偏光方位に対する依存性もない。したがって、入射光の光源の自由度が増すとともに、光学系全体を小型化できる。   The light generation apparatus 900 according to the fourth embodiment includes a wavelength conversion element 902 having a multi-grating in which cylindrical ferroelectric single crystals each having a polarization inversion structure having a predetermined period are combined. This makes it possible to generate second harmonics that are always phase-matched to the tunable light source 901 that emits the fundamental wave (that is, to easily achieve the tunability of the light source 901). As described in the first embodiment, since the cylindrical ferroelectric single crystal has a substantially circular cross section in the same direction as the polarization direction, the cylindrical ferroelectric single crystal is irradiated with light irradiated to the wavelength conversion element 902. Even if heat distribution occurs in the body single crystal, the heat distribution is always centrally symmetric. As a result, a high extinction ratio of light (that is, high linear polarization) can be maintained, and the shape of the light (second light) emitted from the wavelength conversion element 902 is maintained in a circular shape. Furthermore, there is no dependency on the polarization direction of incident light. Therefore, the degree of freedom of the incident light source is increased and the entire optical system can be miniaturized.

本発明による光発生装置900の波長変換素子902は、円柱状強誘電体単結晶を組み合わせて形成されるため、製造時に破損した円柱状強誘電体単結晶のみを破棄すればよく、歩留まりを向上させる。さらに、使用時には、破損した円柱状強誘電体単結晶のみを交換すればよく、ユーザ側のコストの削減になる。本発明による光発生装置900の波長変換素子902は、円柱状強誘電体単結晶を任意に組み合わせて形成されるので、ユーザのニーズに合わせた調整が可能である。   Since the wavelength conversion element 902 of the light generating device 900 according to the present invention is formed by combining cylindrical ferroelectric single crystals, only the cylindrical ferroelectric single crystals damaged at the time of manufacturing need be discarded, and the yield is improved. Let Furthermore, at the time of use, it is only necessary to replace the damaged columnar ferroelectric single crystal, which reduces the cost on the user side. Since the wavelength conversion element 902 of the light generator 900 according to the present invention is formed by arbitrarily combining cylindrical ferroelectric single crystals, it can be adjusted according to the needs of the user.

(実施の形態5)
図10は、本発明の実施の形態5による差周波発生を利用した光発生装置を示す図である。
光発生装置1000は、光源1001と、結合光学系1002と、波長変換素子1003と、制御部1004とを含む。
光源1001は、第1の波長λ1を有する第1の光(ポンプ光)を発する。本発明によれば、第1の光の偏光は、TMモードであってもよいし、TEモードであってもよい。光源1001は、例えば、第1の波長λ1=0.78μmの半導体レーザであり得る。光源1001にチューナブル光源を用いてもよい。
結合光学系1002は、光源1001からの第1の光と、第2の波長λ2を有する第2の光(シグナル光)とを結合する任意の光学系である。第2の光は、例えば、波長領域多重(WDM)において代表的な通信帯であるCバンド帯(1.53μm〜1.57μm)の光である。第1の波長λ1と第2の波長λ2は、関係λ1<λ2を満たす。
(Embodiment 5)
FIG. 10 is a diagram showing a light generation apparatus using difference frequency generation according to Embodiment 5 of the present invention.
The light generation apparatus 1000 includes a light source 1001, a coupling optical system 1002, a wavelength conversion element 1003, and a control unit 1004.
The light source 1001 emits first light (pump light) having a first wavelength λ 1 . According to the present invention, the polarization of the first light may be TM mode or TE mode. The light source 1001 can be, for example, a semiconductor laser having a first wavelength λ 1 = 0.78 μm. A tunable light source may be used as the light source 1001.
The coupling optical system 1002 is an arbitrary optical system that couples the first light from the light source 1001 and the second light (signal light) having the second wavelength λ 2 . The second light is, for example, light in a C band (1.53 μm to 1.57 μm), which is a typical communication band in wavelength domain multiplexing (WDM). The first wavelength λ 1 and the second wavelength λ 2 satisfy the relationship λ 12 .

波長変換素子1003は、実施の形態2で説明した波長変換素子500、600、610、700のいずれか、または、その変形例である。波長変換素子1003は、結合光学系1002で結合された第1の光と第2の光とを、第3の波長λ3を有する第3の光(出力光)に波長変換する。この際、波長変換素子1003内の複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれは、第1の波長λ1と、第2の波長λ2と、第3の波長λ3とが、関係1/λ1−1/λ2=1/λ3を満たすように、分極方向に対して垂直な方向に擬似位相整合する所定の周期を有する分極反転構造を有する。円柱状強誘電体単結晶は、MgSLTに限定されない。 The wavelength conversion element 1003 is one of the wavelength conversion elements 500, 600, 610, and 700 described in the second embodiment, or a modification thereof. The wavelength conversion element 1003 converts the wavelength of the first light and the second light coupled by the coupling optical system 1002 into third light (output light) having the third wavelength λ 3 . At this time, each of the plurality of cylindrical ferroelectric single crystal of the wavelength conversion element 1003, the first wavelength lambda 1, the second wavelength lambda 2, and the third wavelength lambda 3, the relationship 1 / In order to satisfy λ 1 −1 / λ 2 = 1 / λ 3 , the polarization inversion structure has a predetermined period in which a quasi-phase matching is performed in a direction perpendicular to the polarization direction. The columnar ferroelectric single crystal is not limited to MgSLT.

制御部1004は、波長変換素子1003の位置を制御する。詳細には、制御部1004は、光源1001から第1の光の有する情報(例えば、波長、偏光)および第2の光の有する情報(例えば、波長、偏光)を入手し、入手した情報に基づいて波長変換素子1003の位置を制御する。本明細書において、波長変換素子1003の位置を制御するとは、制御部1003が、光源1001からの第1の光の有する情報のうち偏光、および、第2の光の有する情報のうち偏光に基づいて、波長変換素子1003の複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれの配置角度を第1の光の偏光モードおよび第2の光の偏光に対応するように制御すること、および/または、制御部1004が、光源1001からの第1の光の有する情報のうち波長、および、第2の光の有する情報のうち波長に基づいて、波長変換素子1003内の所定の円柱状強誘電体単結晶に結合光学系1002で結合された第1の光および第2の光が照射するように、波長変換素子1003の位置を制御することを意味する。制御部1004は、例えば、円柱状強誘電体単結晶のシグナル光および出射光の周期依存性のデータ、および、温度依存性のデータを格納し、これらデータに基づいて波長変換素子1003の位置を制御してもよい。
光発生装置1000は、結合光学系1002と波長変換素子1003との間、および、波長変換素子1003の出射側にそれぞれ反射ミラー(図示せず)を設けて、共振器として機能させてもよい。
The control unit 1004 controls the position of the wavelength conversion element 1003. Specifically, the control unit 1004 obtains information (for example, wavelength and polarization) of the first light and information (for example, wavelength and polarization) of the second light from the light source 1001, and based on the obtained information. Then, the position of the wavelength conversion element 1003 is controlled. In this specification, controlling the position of the wavelength conversion element 1003 means that the control unit 1003 is based on the polarization of the information included in the first light from the light source 1001 and the polarization of the information included in the second light. And / or controlling the arrangement angles of the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals of the wavelength conversion element 1003 so as to correspond to the polarization mode of the first light and the polarization of the second light. Based on the wavelength of the information of the first light from the light source 1001 and the wavelength of the information of the second light, the unit 1004 has a predetermined cylindrical ferroelectric single crystal in the wavelength conversion element 1003 This means that the position of the wavelength conversion element 1003 is controlled so that the first light and the second light coupled by the coupling optical system 1002 are irradiated. The control unit 1004 stores, for example, data on the period dependence of signal light and outgoing light of a cylindrical ferroelectric single crystal and data on temperature dependence, and the position of the wavelength conversion element 1003 is determined based on these data. You may control.
The light generation apparatus 1000 may function as a resonator by providing reflection mirrors (not shown) between the coupling optical system 1002 and the wavelength conversion element 1003 and on the emission side of the wavelength conversion element 1003.

次に、光発生装置1000の動作を説明する。
例えば、ユーザが、第2の波長λ2=1.55μmを有する第2の光(Cバンド帯)をLバンド帯の波長を有する第3の光に変換することを所望する場合、制御部1004は、第1の光の有する情報(波長および偏光)および第2の光の有する情報(波長および偏光)等に基づいて、波長変換素子1003の位置を制御する。この場合、制御部1004は、結合光学系1002で結合された第1の光および第2の光が、例えば、17μmの分極反転周期を有する柱状強誘電体単結晶に入射するように、波長変換素子1003の位置を制御する。波長変換素子1003の所定の柱状強誘電体単結晶に入射した第1の光および第2の光は、上記の関係式を満たして、第3の波長λ3=1.57μmを有する第3の光に波長変換される。このようにして変換された第3の波長λ3は、波長領域多重(WDM)において代表的な通信帯であるLバンド帯(1.57μm〜1.62μm)である。
Next, the operation of the light generator 1000 will be described.
For example, when the user desires to convert the second light (C band band) having the second wavelength λ 2 = 1.55 μm into the third light having the wavelength of the L band band, the control unit 1004 Controls the position of the wavelength conversion element 1003 based on information (wavelength and polarization) of the first light, information (wavelength and polarization) of the second light, and the like. In this case, the control unit 1004 converts the wavelength so that the first light and the second light coupled by the coupling optical system 1002 enter a columnar ferroelectric single crystal having a polarization inversion period of 17 μm, for example. The position of the element 1003 is controlled. The first light and the second light incident on the predetermined columnar ferroelectric single crystal of the wavelength conversion element 1003 satisfy the above relational expression and have the third wavelength λ 3 = 1.57 μm. Wavelength converted to light. The third wavelength λ 3 converted in this way is an L band band (1.57 μm to 1.62 μm) which is a typical communication band in wavelength domain multiplexing (WDM).

実施の形態5による光発生装置1000は、所定の周期を有する円柱状強誘電体単結晶を組み合わせたマルチグレーティングを有する波長変換素子905を含む。これにより、光源1001がチューナブル光源であれば、固定のCバンド帯の波長(第2の光の第2の波長λ2)ば、Lバンド帯の波長(第3の波長λ3)へとチューナブルに調整することができる。また、光源1001が単一波長を発する光源である場合、Cバンド帯の波長(第2の光の第2の波長λ2)を可変にすれば、Lバンド帯の波長(第3の波長λ3)をチューナブルに調整することができる。このように、C−Lバンド変換をチューナブルに行うことができる。実施の形態1で説明したように、円柱状強誘電体単結晶は、分極方向と同じ方向の断面が実質的に真円であるため、波長変換素子902に照射された光によって円柱状強誘電体単結晶に熱分布が生じる場合でもあっても、熱分布が必ず中心対称となるので、光の高い消光比(すなわち、高い直線偏光性)を保持することができるとともに、波長変換素子1003が出射する光(第3の光)の形状は、円形に維持される。さらに、入射光の偏光方位に対する依存性もない。したがって、入射光の光源の自由度が増すとともに、光学系全体を小型化できる。 The light generation apparatus 1000 according to the fifth embodiment includes a wavelength conversion element 905 having a multi-grating in which cylindrical ferroelectric single crystals having a predetermined period are combined. Accordingly, if the light source 1001 is a tunable light source, the wavelength of the fixed C band (second wavelength λ 2 of the second light) is changed to the wavelength of the L band (third wavelength λ 3 ). Tunable. Further, when the light source 1001 is a light source that emits a single wavelength, if the wavelength of the C band (second wavelength λ 2 of the second light) is made variable, the wavelength of the L band (third wavelength λ) 3 ) can be adjusted tunable. In this way, CL band conversion can be performed in a tunable manner. As described in the first embodiment, since the cylindrical ferroelectric single crystal has a substantially circular cross section in the same direction as the polarization direction, the cylindrical ferroelectric single crystal is irradiated with light irradiated to the wavelength conversion element 902. Even when heat distribution occurs in the body single crystal, the heat distribution is always centrally symmetric, so that a high extinction ratio of light (that is, high linear polarization) can be maintained, and the wavelength conversion element 1003 The shape of the emitted light (third light) is maintained in a circular shape. Furthermore, there is no dependency on the polarization direction of incident light. Therefore, the degree of freedom of the incident light source is increased and the entire optical system can be miniaturized.

本発明による光発生装置1000の波長変換素子1003は、円柱状強誘電体単結晶を組み合わせて形成されるため、製造時に破損した円柱状強誘電体単結晶のみを破棄すればよく、歩留まりを向上させる。さらに、使用時には、破損した円柱状強誘電体単結晶のみを交換すればよく、ユーザ側のコストの削減になる。本発明による光発生装置1000の波長変換素子1003は、円柱状強誘電体単結晶を任意に組み合わせて形成されるので、ユーザのニーズに合わせた調整が可能である。   Since the wavelength conversion element 1003 of the light generating device 1000 according to the present invention is formed by combining cylindrical ferroelectric single crystals, it is only necessary to discard the cylindrical ferroelectric single crystals damaged at the time of manufacturing, thereby improving the yield. Let Furthermore, at the time of use, it is only necessary to replace the damaged columnar ferroelectric single crystal, which reduces the cost on the user side. Since the wavelength conversion element 1003 of the light generation apparatus 1000 according to the present invention is formed by arbitrarily combining cylindrical ferroelectric single crystals, it can be adjusted according to the needs of the user.

図10に示される光発生装置1000を用いて、差周波発生させる場合を説明したが、光発生装置1000を用いて和周波発生させることもできることに留意されたい。この場合、波長変換素子1003内の複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれは、第1の波長λ1と、第2の波長λ2と、第3の波長λ3とが、関係1/λ1+1/λ2=1/λ3を満たすように、分極方向に対して垂直な方向に擬似位相整合する所定の周期を有する分極反転構造を有していればよい。 Although the case where the difference frequency is generated using the light generator 1000 shown in FIG. 10 has been described, it should be noted that the sum frequency can also be generated using the light generator 1000. In this case, each of the plurality of cylindrical ferroelectric single crystal of the wavelength conversion element 1003, the first wavelength lambda 1, the second wavelength lambda 2, and the third wavelength lambda 3 is the relation 1 / so as to satisfy λ 1 + 1 / λ 2 = 1 / λ 3, may have a polarization inversion structure having a predetermined period of quasi phase matching in a direction perpendicular to the polarization direction.

以上説明してきたように、本発明の波長変換素子は、断面が実質的に真円である円柱状強誘電体単結晶からなる。円柱状強誘電体単結晶は、分極方向に垂直な方向に所定の周期を有する分極反転構造を有する。円柱状強誘電体単結晶の断面が実質的に真円であるため、波長変換素子に照射された光によって熱分布が生じる場合でもあっても、熱分布は必ず中心対称となる。その結果、光の高い消光比(すなわち、高い直線偏光性)を保持することができるとともに、波長変換素子から出射する光の形状は円形を維持することができる。
また、円柱状強誘電体単結晶の断面が実質的に真円であるため、円柱状強誘電体単結晶の配置角度を変更するだけで、入射光の偏光に容易に対応させることができる。したがって、偏光子等の光学系が不要であるため、系全体を小型化させることができる。
As described above, the wavelength conversion element of the present invention is composed of a cylindrical ferroelectric single crystal having a substantially circular cross section. A cylindrical ferroelectric single crystal has a domain-inverted structure having a predetermined period in a direction perpendicular to the polarization direction. Since the cylindrical ferroelectric single crystal has a substantially circular cross section, the heat distribution is always centrally symmetric even when the heat distribution is generated by the light applied to the wavelength conversion element. As a result, a high extinction ratio of light (that is, high linear polarization) can be maintained, and the shape of light emitted from the wavelength conversion element can be maintained circular.
In addition, since the cross section of the cylindrical ferroelectric single crystal is substantially a circle, it is possible to easily cope with the polarization of incident light simply by changing the arrangement angle of the cylindrical ferroelectric single crystal. Therefore, since an optical system such as a polarizer is unnecessary, the entire system can be reduced in size.

また、円柱状強誘電体単結晶は角を有さないため、角部が欠けることによって生じる不要なクラックが結晶中に生じる恐れがない。
それぞれが所定の周期を有する分極反転構造を有する円柱状強誘電体単結晶を組み合わせ、マルチグレーティングを有する波長変換素子を形成することによって、変換波長のチューナビリティを容易に達成する。このような波長変換素子を化学分析、通信等に利用することができる。
Further, since the cylindrical ferroelectric single crystal does not have corners, there is no possibility that unnecessary cracks caused by the lack of corners are generated in the crystal.
Tunability of the conversion wavelength is easily achieved by combining the cylindrical ferroelectric single crystals each having a domain-inverted structure having a predetermined period to form a wavelength conversion element having a multi-grating. Such a wavelength conversion element can be used for chemical analysis, communication, and the like.

MgO1mol%ドーピングした実質的に定比組成のタンタル酸リチウム(MgSLT)のアイドラ光およびシグナル光発振波長の分極反転周期依存性を示す図The figure which shows the polarization inversion period dependence of the idler light and signal light oscillation wavelength of lithium tantalate (MgSLT) of substantially stoichiometric composition doped with 1 mol% of MgO 本発明の実施の形態1による円柱状強誘電体単結晶からなる波長変換素子の斜視図The perspective view of the wavelength conversion element which consists of a cylindrical ferroelectric single crystal by Embodiment 1 of this invention MgO1mol%ドーピングした実質的に定比組成のタンタル酸リチウム(MgSLT)のアイドラ光およびシグナル光発振波長の温度依存性を示す図The figure which shows the temperature dependence of the idler light and signal light oscillation wavelength of lithium tantalate (MgSLT) of substantially stoichiometric composition doped with 1 mol% of MgO 本発明の実施の形態1による円柱状強誘電体単結晶からなる別の波長変換素子の斜視図The perspective view of another wavelength conversion element which consists of a cylindrical ferroelectric single crystal by Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態2による波長変換素子の斜視図The perspective view of the wavelength conversion element by Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態2によるさらに別の波長変換素子の斜視図The perspective view of another wavelength conversion element by Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態2によるさらに別の波長変換素子の斜視図The perspective view of another wavelength conversion element by Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態3によるパラメトリック発振を利用した光発生装置を示す図The figure which shows the light generator using the parametric oscillation by Embodiment 3 of this invention 本発明の実施の形態4による第二高調波発生を利用した光発生装置を示す図The figure which shows the light generator using the 2nd harmonic generation by Embodiment 4 of this invention 本発明の実施の形態5による差周波発生を利用した光発生装置を示す図The figure which shows the light generator using the difference frequency generation by Embodiment 5 of this invention 従来技術による波長変換システムを示す図Diagram showing wavelength conversion system according to prior art 従来技術によるマルチグレーティング型擬似位相整合(QPM)パラメトリック発振器(OPO)を示す図A diagram showing a multi-grating quasi phase matching (QPM) parametric oscillator (OPO) according to the prior art.

符号の説明Explanation of symbols

200、400、500、600、610、700、802、902、1003 波長変換素子
201 周期分極反転構造
501、701 ホルダー
502 複数の円柱状強誘電体単結晶
401、601 温度制御素子
402、602 フレーム
801、901、1001 光源
803、903、1004 制御部
1002 結合光学系
200, 400, 500, 600, 610, 700, 802, 902, 1003 Wavelength conversion element 201 Periodic polarization inversion structure 501, 701 Holder 502 Multiple cylindrical ferroelectric single crystals 401, 601 Temperature control element 402, 602 Frame 801 , 901, 1001 Light source 803, 903, 1004 Control unit 1002 Combined optical system

Claims (32)

断面が実質的に真円である円柱状強誘電体単結晶からなり、前記円柱状強誘電体単結晶が、前記分極方向に垂直な方向に所定の周期を有する分極反転構造を有する波長変換素子。   A wavelength conversion element comprising a columnar ferroelectric single crystal having a substantially circular cross section, wherein the columnar ferroelectric single crystal has a polarization reversal structure having a predetermined period in a direction perpendicular to the polarization direction. . 前記円柱状強誘電体単結晶は、実質的に定比組成のニオブ酸リチウム、実質的に定比組成のタンタル酸リチウム、不純物をドーピングした実質的に定比組成のニオブ酸リチウム、および、不純物をドーピングした実質的に定比組成のタンタル酸リチウムからなる群から選択される、請求項1に記載の波長変換素子。   The columnar ferroelectric single crystal includes substantially stoichiometric lithium niobate, substantially stoichiometric lithium tantalate, substantially doped stoichiometric lithium niobate doped with impurities, and impurities. The wavelength conversion element according to claim 1, wherein the wavelength conversion element is selected from the group consisting of lithium tantalate having a substantially stoichiometric composition doped with tantalum. 前記所定の周期は、前記円柱状強誘電体単結晶が、第1の波長λ1を有する第1の光を、第2の波長λ2を有する第2の光と第3の波長λ3を有する第3の光とに変換する場合、前記第1の波長λ1と前記第2の波長λ2と前記第3の波長λ3とが、関係1/λ1=1/λ2+1/λ3、関係λ1<λ2およびλ1<λ3を満たすように、擬似位相整合する周期である、請求項1に記載の波長変換素子。 The predetermined period is such that the cylindrical ferroelectric single crystal transmits a first light having a first wavelength λ 1 , a second light having a second wavelength λ 2, and a third wavelength λ 3 . In the case of conversion into the third light having the relationship, the first wavelength λ 1 , the second wavelength λ 2, and the third wavelength λ 3 are related by the relationship 1 / λ 1 = 1 / λ 2 + 1 / λ. 3. The wavelength conversion element according to claim 1, wherein the wavelength conversion element has a quasi-phase matching period so as to satisfy the relationships λ 12 and λ 13 . 前記所定の周期は、前記円柱柱状強誘電体単結晶が、第1の波長λ1を有する第1の光を第2の波長λ2を有する第2の光に変換する場合、前記第1の波長λ1と前記第2の波長λ2とが、関係λ1=2×λ2を満たすように、擬似位相整合する周期である、請求項1に記載の波長変換素子。 In the predetermined period, when the cylindrical columnar ferroelectric single crystal converts the first light having the first wavelength λ 1 into the second light having the second wavelength λ 2 , 2. The wavelength conversion element according to claim 1 , wherein the wavelength λ 1 and the second wavelength λ 2 have a quasi-phase matching period so as to satisfy the relationship λ 1 = 2 × λ 2 . 前記所定の周期は、前記円柱状強誘電体単結晶が、第1の波長λ1を有する第1の光と第2の波長λ2を有する第2の光とを、第3の波長λ3を有する第3の光に変換する場合、前記第1の波長λ1と前記第2の波長λ2と前記第3の波長λ3とが、関係1/λ1±1/λ2=1/λ3を満たすように、擬似位相整合する周期である、請求項1に記載の波長変換素子。 In the predetermined period, the cylindrical ferroelectric single crystal generates a first light having a first wavelength λ 1 and a second light having a second wavelength λ 2, and a third wavelength λ 3. When the light is converted into the third light having the relationship, the first wavelength λ 1 , the second wavelength λ 2, and the third wavelength λ 3 are related by the relationship 1 / λ 1 ± 1 / λ 2 = 1 / The wavelength conversion element according to claim 1, wherein the wavelength conversion element has a quasi-phase matching period so as to satisfy λ 3 . ホルダーと、
前記ホルダーに配置された複数の円柱状強誘電体単結晶と
を含む波長変換素子であって、
前記複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれの断面は実質的に真円であり、前記複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれは、前記分極方向に垂直な方向に所定の周期を有する分極反転構造を有しており、前記複数の円柱状強誘電体単結晶は、前記分極方向に対して垂直な方向が同一となるように配置されている、波長変換素子。
With a holder,
A wavelength conversion element comprising a plurality of cylindrical ferroelectric single crystals arranged in the holder,
Each of the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals has a substantially circular cross section, and each of the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals has a predetermined period in a direction perpendicular to the polarization direction. A wavelength conversion element having a domain-inverted structure, wherein the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals are arranged so that directions perpendicular to the polarization direction are the same.
前記複数の円柱状強誘電体単結晶は、実質的に定比組成のニオブ酸リチウム、実質的に定比組成のタンタル酸リチウム、不純物をドーピングした実質的に定比組成のニオブ酸リチウム、および、不純物をドーピングした実質的に定比組成のタンタル酸リチウムからなる群からそれぞれ選択される、請求項6に記載の波長変換素子。   The plurality of cylindrical ferroelectric single crystals include substantially stoichiometric lithium niobate, substantially stoichiometric lithium tantalate, substantially doped stoichiometric lithium niobate doped with impurities, and The wavelength conversion element according to claim 6, wherein the wavelength conversion element is selected from the group consisting of lithium tantalate having a substantially stoichiometric composition doped with impurities. 前記所定の周期は、前記複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれが、第1の波長λ1を有する第1の光を、第2の波長λ2を有する第2の光と第3の波長λ3を有する第3の光とに変換する場合、前記第1の波長λ1と前記第2の波長λ2と前記第3の波長λ3とが、関係1/λ1=1/λ2+1/λ3、関係λ1<λ2およびλ1<λ3を満たすように、擬似位相整合する周期である、請求項6に記載の波長変換素子。 In the predetermined period, each of the plurality of columnar ferroelectric single crystals has a first light having a first wavelength λ 1 , a second light having a second wavelength λ 2, and a third light. when converting to the third light having a wavelength lambda 3, and the first said wavelength lambda 1 and the second wavelength lambda 2 and the third wavelength lambda 3 is the relation 1 / lambda 1 = 1 / lambda The wavelength conversion element according to claim 6, wherein the wavelength conversion element has a period for quasi-phase matching so as to satisfy 2 + 1 / λ 3 and relationships λ 12 and λ 13 . 前記所定の周期は、前記複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれが、第1の波長λ1を有する第1の光を第2の波長λ2を有する第2の光に変換する場合、前記第1の波長λ1と前記第2の波長λ2とが、関係λ1=2×λ2を満たすように、擬似位相整合する周期である、請求項6に記載の波長変換素子。 In the predetermined period, each of the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals converts the first light having the first wavelength λ 1 to the second light having the second wavelength λ 2 . The wavelength conversion element according to claim 6, wherein the first wavelength λ 1 and the second wavelength λ 2 have a quasi-phase matching period so as to satisfy the relationship λ 1 = 2 × λ 2 . 前記所定の周期は、前記複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれが、第1の波長λ1を有する第1の光と第2の波長λ2を有する第2の光とを、第3の波長λ3を有する第3の光に変換する場合、前記第1の波長λ1と前記第2の波長λ2と前記第3の波長λ3とが、関係1/λ1±1/λ2=1/λ3を満たすように、擬似位相整合する周期である、請求項6に記載の波長変換素子。 In the predetermined period, each of the plurality of columnar ferroelectric single crystals includes a first light having a first wavelength λ 1 and a second light having a second wavelength λ 2 . when converting to a third light having a wavelength lambda 3, and the first said wavelength lambda 1 and the second wavelength lambda 2 and the third wavelength lambda 3 is the relation 1 / lambda 1 ± 1 / lambda The wavelength conversion element according to claim 6, which has a period for quasi-phase matching so as to satisfy 2 = 1 / λ 3 . 前記ホルダーは熱伝導性材料から形成される、請求項6に記載の波長変換素子。   The wavelength conversion element according to claim 6, wherein the holder is made of a heat conductive material. 前記ホルダーに設置された温度制御素子と、
前記ホルダーと前記温度制御素子とを包囲する断熱性フレームと
をさらに含む、請求項6に記載の波長変換素子。
A temperature control element installed in the holder;
The wavelength conversion element according to claim 6, further comprising: a heat insulating frame surrounding the holder and the temperature control element.
前記温度制御素子を制御する制御部をさらに含む、請求項12に記載の波長変換素子。   The wavelength conversion element according to claim 12, further comprising a control unit that controls the temperature control element. 前記複数の円柱状強誘電体単結晶は所定の間隔で配置されており、前記所定の間隔に熱伝導性材料が充填されている、請求項6に記載の波長変換素子。   The wavelength conversion element according to claim 6, wherein the plurality of columnar ferroelectric single crystals are arranged at a predetermined interval, and the predetermined interval is filled with a heat conductive material. 第1の波長λ1を有する第1の光を発する光源と、
前記第1の光を、第2の波長λ2を有する第2の光と第3の波長λ3を有する第3の光とに変換する波長変換素子と、
前記波長変換素子の位置を制御する制御部と
を含む光発生装置であって、前記波長変換素子は、ホルダーと、前記ホルダーに配置された複数の円柱状強誘電体単結晶とを含み、前記複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれの断面は実質的に真円であり、前記複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれは、第1の波長λ1と第2の波長λ2と第3の波長λ3とが、関係1/λ1=1/λ2+1/λ3、関係λ1<λ2およびλ1<λ3を満たすように、前記分極方向に対して垂直な方向に擬似位相整合する所定の周期を有する分極反転構造を有しており、前記複数の円柱状強誘電体単結晶は、前記分極方向に対して垂直な方向が同一となるように配置されている、光発生装置。
A light source emitting a first light having a first wavelength λ 1 ;
A wavelength conversion element that converts the first light into a second light having a second wavelength λ 2 and a third light having a third wavelength λ 3 ;
A light generating device including a control unit that controls a position of the wavelength conversion element, wherein the wavelength conversion element includes a holder and a plurality of cylindrical ferroelectric single crystals arranged in the holder, Each of the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals has a substantially circular cross section, and each of the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals has a first wavelength λ 1 and a second wavelength λ 2 . a third wavelength lambda 3 is the relation 1 / λ 1 = 1 / λ 2 + 1 / λ 3, so as to satisfy the relation λ 12 and lambda 1 <lambda 3, a direction perpendicular to the polarization direction The plurality of cylindrical ferroelectric single crystals are arranged so that the directions perpendicular to the polarization direction are the same. , Light generator.
前記複数の円柱状強誘電体単結晶は、実質的に定比組成のニオブ酸リチウム、実質的に定比組成のタンタル酸リチウム、不純物をドーピングした実質的に定比組成のニオブ酸リチウム、および、不純物をドーピングした実質的に定比組成のタンタル酸リチウムからなる群からそれぞれ選択される、請求項15に記載の光発生装置。   The plurality of cylindrical ferroelectric single crystals include substantially stoichiometric lithium niobate, substantially stoichiometric lithium tantalate, substantially doped stoichiometric lithium niobate doped with impurities, and The light generating device according to claim 15, wherein the light generating device is selected from the group consisting of lithium tantalate having a substantially stoichiometric composition doped with impurities. 前記ホルダーは熱伝導性材料から形成される、請求項15に記載の光発生装置。   The light generation device according to claim 15, wherein the holder is formed of a heat conductive material. 前記波長変換素子は、
前記ホルダーに設置された温度制御素子と、
前記ホルダーと前記温度制御素子とを包囲する断熱性フレームと
をさらに含む、請求項15に記載の光発生装置。
The wavelength conversion element is:
A temperature control element installed in the holder;
The light generation device according to claim 15, further comprising: a heat insulating frame surrounding the holder and the temperature control element.
前記制御部は、さらに、前記温度制御素子の温度を制御する、請求項18に記載の光発生装置。   The light generation apparatus according to claim 18, wherein the control unit further controls the temperature of the temperature control element. 前記複数の円柱状強誘電体単結晶は所定の間隔で配置されており、前記所定の間隔に熱伝導性材料が充填されている、請求項15に記載の光発生装置。   The light generating device according to claim 15, wherein the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals are arranged at a predetermined interval, and the predetermined interval is filled with a heat conductive material. 第1の波長λ1を有する第1の光を発する光源と、
前記第1の光を第2の波長λ2を有する第2の光に変換する波長変換素子と、
前記波長変換素子の位置を制御する制御部と
を含む光発生装置であって、前記波長変換素子は、ホルダーと、前記ホルダーに配置された複数の円柱状強誘電体単結晶とを含み、前記複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれの断面は実質的に真円であり、前記複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれは、第1の波長λ1と第2の波長λ2とが関係λ1=2×λ2を満たすように、前記分極方向に対して垂直な方向に擬似位相整合する所定の周期を有する分極反転構造を有しており、前記複数の円柱状強誘電体単結晶は、前記分極方向に対して垂直な方向が同一となるように配置されている、光発生装置。
A light source emitting a first light having a first wavelength λ 1 ;
A wavelength conversion element that converts the first light into second light having a second wavelength λ 2 ;
A light generating device including a control unit that controls a position of the wavelength conversion element, wherein the wavelength conversion element includes a holder and a plurality of cylindrical ferroelectric single crystals arranged in the holder, Each of the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals has a substantially circular cross section, and each of the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals has a first wavelength λ 1 and a second wavelength λ 2 . Has a domain-inverted structure having a predetermined period of quasi-phase matching in a direction perpendicular to the polarization direction so that the relationship λ 1 = 2 × λ 2 is satisfied, and the plurality of columnar ferroelectrics The light generating device, wherein the single crystals are arranged so that a direction perpendicular to the polarization direction is the same.
前記複数の円柱状強誘電体単結晶は、実質的に定比組成のニオブ酸リチウム、実質的に定比組成のタンタル酸リチウム、不純物をドーピングした実質的に定比組成のニオブ酸リチウム、および、不純物をドーピングした実質的に定比組成のタンタル酸リチウムからなる群からそれぞれ選択される、請求項21に記載の光発生装置。   The plurality of cylindrical ferroelectric single crystals include substantially stoichiometric lithium niobate, substantially stoichiometric lithium tantalate, substantially doped stoichiometric lithium niobate doped with impurities, and The light generating device according to claim 21, wherein the light generating device is selected from the group consisting of lithium tantalate having a substantially stoichiometric composition doped with impurities. 前記ホルダーは熱伝導性材料から形成される、請求項21に記載の光発生装置。   24. The light generator of claim 21, wherein the holder is formed from a thermally conductive material. 前記波長変換素子は、
前記ホルダーに設置された温度制御素子と、
前記ホルダーと前記温度制御素子とを包囲する断熱性フレームと
をさらに含む、請求項21に記載の光発生装置。
The wavelength conversion element is:
A temperature control element installed in the holder;
The light generation device according to claim 21, further comprising: a heat insulating frame surrounding the holder and the temperature control element.
前記制御部は、さらに、前記温度制御素子の温度を制御する、請求項24に記載の光発生装置。   The light generation device according to claim 24, wherein the control unit further controls the temperature of the temperature control element. 前記複数の円柱状強誘電体単結晶は所定の間隔で配置されており、前記所定の間隔に熱伝導性材料が充填されている、請求項21に記載の光発生装置。   The light generator according to claim 21, wherein the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals are arranged at a predetermined interval, and the predetermined interval is filled with a heat conductive material. 第1の波長λ1を有する第1の光を発する第1の光源と、
前記第1の光と、外部から入射した第2の波長λ2を有する第2の光とを結合させる光学系と、
前記第1の光と第2の光とを、第3の波長λ3を有する第3の光に変換する波長変換素子と、
前記波長変換素子の位置を制御する制御部と
を含む光発生装置であって、前記波長変換素子は、ホルダーと、前記ホルダーに配置された複数の円柱状強誘電体単結晶とを含み、前記複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれの断面は実質的に真円であり、前記複数の円柱状強誘電体単結晶のそれぞれは、第1の波長λ1と第2の波長λ2と第3の波長λ3とが、関係1/λ1±1/λ2=1/λ3を満たすように、前記分極方向に対して垂直な方向に擬似位相整合する所定の周期を有する分極反転構造を有しており、前記複数の円柱状強誘電体単結晶は、前記分極方向に対して垂直な方向が同一となるように配置されている、光発生装置。
A first light source that emits first light having a first wavelength λ 1 ;
An optical system for combining the first light and a second light having a second wavelength λ 2 incident from the outside;
A wavelength conversion element that converts the first light and the second light into a third light having a third wavelength λ 3 ;
A light generating device including a control unit that controls a position of the wavelength conversion element, wherein the wavelength conversion element includes a holder and a plurality of cylindrical ferroelectric single crystals arranged in the holder, Each of the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals has a substantially circular cross section, and each of the plurality of cylindrical ferroelectric single crystals has a first wavelength λ 1 and a second wavelength λ 2 . Polarization reversal having a predetermined period in which the third wavelength λ 3 satisfies the relationship 1 / λ 1 ± 1 / λ 2 = 1 / λ 3 in a quasi-phase-matched direction perpendicular to the polarization direction. A light generator having a structure, wherein the plurality of columnar ferroelectric single crystals are arranged so that directions perpendicular to the polarization direction are the same.
前記複数の円柱状強誘電体単結晶は、実質的に定比組成のニオブ酸リチウム、実質的に定比組成のタンタル酸リチウム、不純物をドーピングした実質的に定比組成のニオブ酸リチウム、および、不純物をドーピングした実質的に定比組成のタンタル酸リチウムからなる群からそれぞれ選択される、請求項27に記載の光発生装置。   The plurality of cylindrical ferroelectric single crystals include substantially stoichiometric lithium niobate, substantially stoichiometric lithium tantalate, substantially doped stoichiometric lithium niobate doped with impurities, and 28. The light generating device according to claim 27, each selected from the group consisting of lithium tantalate having a substantially stoichiometric composition doped with impurities. 前記ホルダーは熱伝導性材料から形成される、請求項27に記載の光発生装置。   28. The light generator of claim 27, wherein the holder is formed from a thermally conductive material. 前記波長変換素子は、
前記ホルダーに設置された温度制御素子と、
前記ホルダーと前記温度制御素子とを包囲する断熱性フレームと
をさらに含む、請求項27に記載の光発生装置。
The wavelength conversion element is:
A temperature control element installed in the holder;
The light generation device according to claim 27, further comprising: a heat insulating frame surrounding the holder and the temperature control element.
前記制御部は、さらに、前記温度制御素子の温度を制御する、請求項30に記載の光発生装置。   The light generation device according to claim 30, wherein the control unit further controls the temperature of the temperature control element. 前記複数の柱状強誘電体単結晶は所定の間隔で配置されており、前記所定の間隔に熱伝導性材料が充填されている、請求項27に記載の光発生装置。
28. The light generator according to claim 27, wherein the plurality of columnar ferroelectric single crystals are arranged at a predetermined interval, and the predetermined interval is filled with a heat conductive material.
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