JP2005221782A - Wavelength tunable visible light source - Google Patents

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Yoshiki Nishida
好毅 西田
Masao Yube
雅生 遊部
Hiroshi Miyazawa
弘 宮澤
Osamu Tadanaga
修 忠永
Hiroyuki Suzuki
博之 鈴木
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wavelength tunable visible light source which has practical light intensity and is tunable. <P>SOLUTION: The tunable visible light source includes a first laser 63 emitting first laser beam with stabilized wavelength, a second laser 65 outputting tunable second laser beam, and a wavelength conversion element 61 which receives the first laser beam and the second laser beam to output coherent light having a wavelength different from those of the laser beams. The wavelength conversion element comprises a nonlinear optical crystal having a periodical polarization reversal structure. The light source has a light amplifier 64 connected between the second laser 65 and the wavelength conversion element 61. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、可視波長可変光源に関し、より詳細には、非線形光学媒質中で生じる第二高調波発生、差周波発生、和周波発生効果を用いて可視光の波長を変化させる可視波長可変光源に関する。   The present invention relates to a visible wavelength tunable light source, and more particularly to a visible wavelength tunable light source that changes the wavelength of visible light using second harmonic generation, difference frequency generation, and sum frequency generation effects generated in a nonlinear optical medium. .

従来、光の波長を変換する波長変換素子として、半導体光増幅器を応用した素子、四光波混合を利用する素子等が知られている。一方、二次非線形光学効果の一種である擬似位相整合による第二高調波発生、和周波発生、差周波発生を利用した波長変換素子の応用が期待されている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, as a wavelength conversion element for converting the wavelength of light, an element using a semiconductor optical amplifier, an element using four-wave mixing, and the like are known. On the other hand, application of a wavelength conversion element using second harmonic generation, sum frequency generation, and difference frequency generation by pseudo phase matching, which is a kind of second-order nonlinear optical effect, is expected (for example, see Patent Document 1).

図1に、従来の擬似位相整合型の波長変換素子の構成を示す。波長変換素子は、比較的小さな光強度を有する信号光Aと、比較的大きな光強度を有する制御光Bとを合波する合波器11と、分極反転構造を有する非線形光学結晶からなる導波路12と、差周波光Cと制御光Bとを分離する分波器13とから構成されている。信号光Aは、導波路12において、別の波長を有する差周波光Cへと変換され、制御光Bと共に出射される。例えば、励起光Bを波長λ1=1.06μmとし、波長λ2=1.55μmの励起光Aを入力した場合には、波長λ3=3.35μmの中赤外光Cを差周波発生によって得ることができる。   FIG. 1 shows a configuration of a conventional quasi phase matching type wavelength conversion element. The wavelength conversion element includes a multiplexer 11 that combines the signal light A having a relatively small light intensity and the control light B having a relatively large light intensity, and a waveguide made of a nonlinear optical crystal having a polarization inversion structure. 12 and a demultiplexer 13 that separates the difference frequency light C and the control light B. The signal light A is converted into the difference frequency light C having another wavelength in the waveguide 12 and emitted together with the control light B. For example, when the excitation light B has a wavelength λ1 = 1.06 μm and the excitation light A having a wavelength λ2 = 1.55 μm is input, the mid-infrared light C having a wavelength λ3 = 3.35 μm can be obtained by difference frequency generation. Can do.

このような波長変換素子を中赤外のレーザ光源として適用した場合には、中赤外光を利用した高感度のガスセンサーを実現することができる。   When such a wavelength conversion element is applied as a mid-infrared laser light source, a highly sensitive gas sensor using mid-infrared light can be realized.

また、図1の別の実施態様において、比較的大きな励起光Aと励起光Bとを合波器11によって合波して、分極反転構造を有する非線形光学結晶からなる導波路12に入射する。導波路12中では、励起光Aと励起光Bの和周波光が生成され、導波路12から出射される。例えば、励起光Aを波長λ1=1.06μmとし、励起光Bを波長λ2=1.32μmとした場合には、波長λ3=0.58μmの黄色の可視光Cを和周波発生によって得ることができる。   Further, in another embodiment of FIG. 1, relatively large excitation light A and excitation light B are combined by a multiplexer 11 and are incident on a waveguide 12 made of a nonlinear optical crystal having a polarization inversion structure. In the waveguide 12, the sum frequency light of the excitation light A and the excitation light B is generated and emitted from the waveguide 12. For example, when the excitation light A has a wavelength λ1 = 1.06 μm and the excitation light B has a wavelength λ2 = 1.32 μm, yellow visible light C having a wavelength λ3 = 0.58 μm can be obtained by sum frequency generation. it can.

このような波長変換素子を可視光源として利用した場合に、従来のNaランプのD線の代替として、屈折率測定の光源に適用できるほか、蛍光顕微鏡などの可視光を使った光学機器の高感度化に著しい効果がある。   When such a wavelength conversion element is used as a visible light source, it can be applied to a light source for refractive index measurement as an alternative to the D line of a conventional Na lamp, and high sensitivity of optical equipment using visible light such as a fluorescence microscope. There is a significant effect on the conversion.

黄色の可視光源は、励起光源としてファイバグレーティング(以下、FBGという)を用いた外部共振器型の波長安定化1.06μm半導体レーザと、発振波長が1.3μmであるDFB半導体レーザと、WDMカップラ等の合波手段と、モジュール化された波長変換素子とを備えている。ここで、励起光源は、DBR、DFBレーザ等、単一モードで発振する光源であることが望ましく、単一モードで発振しない場合には、FBGを用いた外部共振器の付加によって波長安定化された光源を用いることが望ましい。   The yellow visible light source includes an external resonator type wavelength stabilized 1.06 μm semiconductor laser using a fiber grating (hereinafter referred to as FBG) as an excitation light source, a DFB semiconductor laser having an oscillation wavelength of 1.3 μm, and a WDM coupler. Etc., and a modularized wavelength conversion element. Here, the excitation light source is preferably a light source that oscillates in a single mode, such as a DBR or a DFB laser, and when it does not oscillate in a single mode, the wavelength is stabilized by the addition of an external resonator using an FBG. It is desirable to use a light source.

波長安定化は、可視光を得るために用いる波長変換素子の位相整合帯域幅が狭いために、必須の要件である。図2に、波長0.53μmの緑色光を第二高調波発生によって得るための位相整合条件を示す。非線形光学材料としてニオブ酸リチウムを用い、分極反転構造の周期を6.76μmとし、長さ10mmの波長変換素子を用いた場合の位相整合曲線を計算した図であり、励起光の波長を横軸に、得られる第二高調波の光強度を規格化して縦軸に示してある。図2によると、位相整合の帯域は、0.2nm以下であることがわかる。したがって、1.06μm半導体レーザの発振波長は、0.2nmのスペクトル幅以内で安定化されている必要がある。   Wavelength stabilization is an essential requirement because the phase matching bandwidth of the wavelength conversion element used to obtain visible light is narrow. FIG. 2 shows phase matching conditions for obtaining green light having a wavelength of 0.53 μm by second harmonic generation. It is the figure which calculated the phase matching curve when using lithium niobate as a nonlinear optical material, the period of the polarization inversion structure was 6.76 μm, and using the wavelength conversion element with a length of 10 mm. The vertical axis represents the light intensity of the second harmonic obtained. As can be seen from FIG. 2, the phase matching band is 0.2 nm or less. Therefore, the oscillation wavelength of the 1.06 μm semiconductor laser needs to be stabilized within the spectral width of 0.2 nm.

上述した可視光源において、出力される可視光の波長λを変化させる場合には、次式の関係が満たされるように励起光の波長を変化させる必要がある。
/λ−n/λ−n/λ−1/Λ=0 (式1)
ここで、nは屈折率、λは波長、Λは分極反転構造の周期である。添え字の3は可視光、1および2は励起光であり、
1/λ=1/λ+1/λ (式2)
の関係を満たしている。分極反転構造の周期Λが一定である場合において、可視光λの波長を変化させるためには、λまたはλの励起光の波長を変化させる必要がある。
In the above-described visible light source, when changing the wavelength λ 3 of the visible light to be output, it is necessary to change the wavelength of the excitation light so that the relationship of the following equation is satisfied.
n 3 / λ 3 −n 2 / λ 2 −n 1 / λ 1 −1 / Λ = 0 (Formula 1)
Here, n is the refractive index, λ is the wavelength, and Λ is the period of the domain-inverted structure. Subscript 3 is visible light, 1 and 2 are excitation light,
1 / λ 3 = 1 / λ 1 + 1 / λ 2 (Formula 2)
Meet the relationship. When the period Λ of the domain-inverted structure is constant, in order to change the wavelength of the visible light λ 3 , it is necessary to change the wavelength of the excitation light of λ 2 or λ 1 .

特開2003−140214号公報JP 2003-140214 A

しかしながら、励起光源として上述したようなFBGを用いて波長安定化された1.06μm半導体レーザを用いた場合には、発振波長がFBGで反射される波長に一意に決められるので、黄色光の波長λの変化にしたがって、1.06μm半導体レーザの波長を変化させることは難しいという問題があった。 However, when a 1.06 μm semiconductor laser that has been wavelength-stabilized using an FBG as described above as an excitation light source is used, the oscillation wavelength is uniquely determined by the wavelength reflected by the FBG. There is a problem that it is difficult to change the wavelength of the 1.06 μm semiconductor laser in accordance with the change of λ 3 .

一方、1.3μm帯DFBレーザの発振波長は、温度を変化させることによって、発振波長を可変することができるが、実用的な可変範囲は4nm程度であり、広範囲に波長を変化させることは難しいという問題もあった。   On the other hand, the oscillation wavelength of the 1.3 μm band DFB laser can be varied by changing the temperature, but the practical variable range is about 4 nm, and it is difficult to vary the wavelength over a wide range. There was also a problem.

別の実施態様として、FBGによって波長安定化された1.06μm半導体レーザと実用化されている1.3μm帯波長可変レーザとを、励起光源として用いることも考えられる。しかしながら、1.3μm帯波長可変レーザは、出力光の強度が弱く、実用的な光強度を有する黄色の可視波長可変光源を構成することが難しいという問題もあった。   As another embodiment, it is also conceivable to use a 1.06 μm semiconductor laser whose wavelength is stabilized by FBG and a 1.3 μm band tunable laser which is put into practical use as an excitation light source. However, the 1.3 μm band wavelength tunable laser has a problem that the intensity of output light is weak and it is difficult to construct a yellow visible wavelength tunable light source having practical light intensity.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、実用的な光強度を有し、波長を可変することができる可視波長可変光源を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a visible wavelength variable light source having practical light intensity and capable of changing the wavelength.

本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、波長が安定化された第1のレーザ光を出力する第1のレーザと、出力される第2のレーザ光の波長を可変することができる第2のレーザと、前記第1のレーザ光と前記第2のレーザ光とを入力し、前記レーザ光の波長と異なる波長を有するコヒーレント光を出力する波長変換素子とを含む可視波長可変光源において、前記波長変換素子は、周期的な分極反転構造を有する非線形光学結晶からなり、前記第2のレーザと前記波長変換素子との間に接続された光増幅器を備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, according to the present invention, a first laser that outputs a first laser beam having a stabilized wavelength and a second laser that outputs the first laser beam are provided. Wavelength conversion for inputting a second laser capable of changing the wavelength of light, the first laser light and the second laser light, and outputting coherent light having a wavelength different from the wavelength of the laser light In the visible wavelength tunable light source including the element, the wavelength conversion element includes a nonlinear optical crystal having a periodic polarization inversion structure, and an optical amplifier connected between the second laser and the wavelength conversion element. It is characterized by having.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の前記第2のレーザ光の波長は1.3μm帯であり、前記光増幅器の増幅帯域は1.3μm帯であることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, the wavelength of the second laser light according to the first aspect is a 1.3 μm band, and the amplification band of the optical amplifier is a 1.3 μm band.

請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の前記光増幅器は、半導体光増幅器または希土類ドープ光ファイバ増幅器のいずれかであることを特徴とする。   The invention described in claim 3 is characterized in that the optical amplifier according to claim 1 or 2 is either a semiconductor optical amplifier or a rare earth-doped optical fiber amplifier.

請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の前記希土類ドープ光ファイバ増幅器の希土類イオンは、Prであることを特徴とする。   The invention according to claim 4 is characterized in that the rare earth ion of the rare earth doped optical fiber amplifier according to claim 3 is Pr.

請求項5に記載の発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載の前記非線形光学結晶は、LiNbO、LiTaO、LiNb(x)Ta(1−x)(0≦x≦1)のいずれかであり、またはこれらにMg、Znからなる群から選ばれた少なくとも一種を添加物として含有していることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, the nonlinear optical crystal according to any one of the first to fourth aspects of the present invention includes LiNbO 3 , LiTaO 3 , LiNb (x) Ta (1-x) O 3 (0 ≦ x ≦ 1 Or at least one selected from the group consisting of Mg and Zn as an additive.

請求項6に記載の発明は、請求項1ないし5のいずれかに記載の前記非線形光学結晶は、導波路構造を有することを特徴とする。   The invention described in claim 6 is characterized in that the nonlinear optical crystal according to any one of claims 1 to 5 has a waveguide structure.

請求項7に記載の発明は、レーザ光を出射する光源と被測定物からの前記レーザ光による蛍光を検出する検出手段とを含み、生細胞中の蛍光タンパク質を分析する蛍光顕微鏡装置において、前記光源は、波長が安定化された第1のレーザ光を出力する第1のレーザと、出力される第2のレーザ光の波長を可変することができる第2のレーザと、周期的な分極反転構造を有する非線形光学結晶からなり、前記第1のレーザ光と前記第2のレーザ光とを入力し、前記レーザ光の波長と異なる波長を有するコヒーレント光を出力する波長変換素子と、前記第2のレーザと前記波長変換素子との間に接続された光増幅器とを備えたことを特徴とする。   The invention described in claim 7 includes a light source that emits laser light and a detection unit that detects fluorescence by the laser light from the object to be measured, and is a fluorescence microscope apparatus that analyzes fluorescent proteins in living cells. The light source includes a first laser that outputs a first laser beam having a stabilized wavelength, a second laser that can change the wavelength of the output second laser beam, and periodic polarization inversion A wavelength conversion element that is formed of a nonlinear optical crystal having a structure, inputs the first laser light and the second laser light, and outputs coherent light having a wavelength different from the wavelength of the laser light; And an optical amplifier connected between the wavelength conversion element and the wavelength conversion element.

以上説明したように、本発明によれば、出力される第2のレーザ光の波長を可変することができる第2のレーザと波長変換素子との間に光増幅器とを備えたので、実用的な光強度を有し、波長を可変することができる可視波長可変光源を提供することが可能となる。   As described above, according to the present invention, the optical amplifier is provided between the second laser capable of changing the wavelength of the output second laser light and the wavelength conversion element. It is possible to provide a visible wavelength tunable light source having a high light intensity and capable of changing the wavelength.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本実施形態にかかる可視波長可変光源は、励起光源としてFBGによって波長安定化された1.06μm半導体レーザと、1.3μm帯波長可変レーザと、波長変換素子モジュールと、1.3μm帯波長可変レーザと波長変換素子モジュールとの間に接続された光増幅器とを備えたことを特徴とする。本発明によれば、1.3μm帯波長可変レーザの出力を、光増幅器により増幅することにより、実用的な黄色の可視波長可変光源を構成することができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The visible wavelength tunable light source according to the present embodiment includes a 1.06 μm semiconductor laser stabilized by an FBG as an excitation light source, a 1.3 μm band wavelength tunable laser, a wavelength conversion element module, and a 1.3 μm band wavelength tunable laser. And an optical amplifier connected between the wavelength conversion element module. According to the present invention, a practical yellow visible wavelength variable light source can be configured by amplifying the output of a 1.3 μm band wavelength variable laser with an optical amplifier.

ここで、波長変換素子モジュールは、周期的な分極反転構造を有する非線形光学結晶を備え、LiNbO、LiTaO、LiNb(x)Ta(1−x)(0≦x≦1)のいずれかであり、またはこれらにMg、Znからなる群から選ばれた少なくとも一種を添加物として含有している非線形光学結晶を用いることができる。また、光増幅器として、半導体光増幅器を用いても良いし、希土類ドープ光ファイバ増幅器を用いても良い。半導体光増幅器は、装置サイズが小さくなるという長所を有するが、出力光強度が比較的弱いために、光源の光出力が十分にとれないという短所がある。一方、光ファイバ増幅器は、100mWの近い光強度が得られるという長所を有するが、装置が大きくなるという短所を有している。 Here, the wavelength conversion element module includes a nonlinear optical crystal having a periodic polarization inversion structure, and any of LiNbO 3 , LiTaO 3 , LiNb (x) Ta (1-x) O 3 (0 ≦ x ≦ 1). Alternatively, a nonlinear optical crystal containing at least one selected from the group consisting of Mg and Zn as an additive can be used. Further, as the optical amplifier, a semiconductor optical amplifier or a rare earth doped optical fiber amplifier may be used. The semiconductor optical amplifier has an advantage that the device size is reduced, but has a disadvantage that the light output of the light source cannot be sufficiently obtained because the output light intensity is relatively weak. On the other hand, the optical fiber amplifier has an advantage that a light intensity close to 100 mW can be obtained, but has a disadvantage that the apparatus becomes large.

図3に、本発明の一実施形態にかかる可視波長可変光源の黄色光の波長可変範囲を示す。非線形光学材料としてLiNbOを用いた波長変換素子において、分極反転構造の周期を9.1μmとし、1.06μm半導体レーザを励起光源として用いたときに得られる黄色光の波長可変範囲を、式1に従って計算した図である。波長変換素子の温度を横軸に、1.3μm帯波長可変レーザの波長を左縦軸に、可視波長可変光源の出力である黄色光の波長を右縦軸に示す。波長変換素子の温度を、実用的な範囲である10℃から80℃まで変化させることにより、黄色光の波長を、582nmから585nmの範囲で変化させることができる。 FIG. 3 shows the wavelength variable range of yellow light of the visible wavelength variable light source according to the embodiment of the present invention. In a wavelength conversion element using LiNbO 3 as a nonlinear optical material, the wavelength variable range of yellow light obtained when the period of the domain-inverted structure is 9.1 μm and a 1.06 μm semiconductor laser is used as an excitation light source FIG. The temperature of the wavelength conversion element is shown on the horizontal axis, the wavelength of the 1.3 μm band wavelength variable laser is shown on the left vertical axis, and the wavelength of yellow light that is the output of the visible wavelength variable light source is shown on the right vertical axis. By changing the temperature of the wavelength conversion element from 10 ° C. to 80 ° C., which is a practical range, the wavelength of yellow light can be changed in the range of 582 nm to 585 nm.

このとき、1.3μm帯波長可変レーザの出力波長は、1290nmから1305nmの範囲で変化させることが必要である。この波長範囲は、希土類イオンとしてPr(プラセオジウム)を含有する希土類ドープ光ファイバ増幅器の増幅帯域(1280nmから1330nm)の中に含まれているので、実用的な光強度を有する黄色の可視波長可変光源を構成することができる。   At this time, the output wavelength of the 1.3 μm band wavelength tunable laser needs to be changed in the range of 1290 nm to 1305 nm. Since this wavelength range is included in the amplification band (1280 nm to 1330 nm) of the rare earth-doped optical fiber amplifier containing Pr (praseodymium) as the rare earth ion, a yellow visible wavelength variable light source having practical light intensity Can be configured.

以下、本発明の実施例を用いて説明するが、本発明はこれら実施例になんら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although demonstrated using the Example of this invention, this invention is not limited to these Examples at all.

実施例1の可視波長可変光源は、非線形光学材料としてLiNbOを用いた波長変換素子モジュールと、FBGによって波長安定化された1.064μm半導体レーザと、1.3μm帯波長可変レーザとを備え、波長変換素子モジュールと1.3μm帯波長可変レーザとの間に、Pr添加1.3μm帯光ファイバ増幅器を接続して、黄色の可視波長可変光源を構成する。 The visible wavelength tunable light source of Example 1 includes a wavelength conversion element module using LiNbO 3 as a nonlinear optical material, a 1.064 μm semiconductor laser stabilized in wavelength by FBG, and a 1.3 μm band tunable laser, A Pr-doped 1.3 μm band optical fiber amplifier is connected between the wavelength conversion element module and the 1.3 μm band tunable laser to constitute a yellow visible wavelength tunable light source.

波長変換素子は、直接接合基板を用いたリッジ型導波路を用いる。図4に、実施例1にかかる単一モードのリッジ導波路の作製方法を示す。第1の基板41は、予め周期的な分極反転構造が作製されているZカットZn添加LiNbO基板であり、第2の基板42は、ZカットMg添加LiNbO基板である。基板41,42は、いずれも両面が光学研磨されている3インチウエハであり、基板の厚さは300μmである。第1の基板41と第2の基板42の表面を、通常の酸洗浄あるいはアルカリ洗浄によって親水性にした後、基板41,42を清浄雰囲気中で重ね合わせる。重ね合わせた基板41,42を電気炉に入れ、500℃で3時間熱処理することにより拡散接合を行う(第1の工程)。接着された基板41,42はボイドフリーであり、室温に戻したときにクラックなどは発生しなかった。 The wavelength conversion element uses a ridge-type waveguide using a directly bonded substrate. FIG. 4 shows a method for producing a single-mode ridge waveguide according to the first embodiment. The first substrate 41 is a Z-cut Zn-added LiNbO 3 substrate in which a periodic domain-inverted structure is previously prepared, and the second substrate 42 is a Z-cut Mg-added LiNbO 3 substrate. The substrates 41 and 42 are both 3-inch wafers whose surfaces are optically polished, and the thickness of the substrate is 300 μm. After the surfaces of the first substrate 41 and the second substrate 42 are rendered hydrophilic by normal acid cleaning or alkali cleaning, the substrates 41 and 42 are superposed in a clean atmosphere. The superposed substrates 41 and 42 are placed in an electric furnace and subjected to diffusion bonding by heat treatment at 500 ° C. for 3 hours (first step). The bonded substrates 41 and 42 were void-free, and no cracks or the like occurred when returned to room temperature.

次に、研磨定盤の平坦度が管理された研磨装置を用いて、接着された基板41,42の第1の基板41の厚さが6μmになるまで研磨加工を施す。研磨加工の後に、ポリッシング加工を行うことにより鏡面の研磨表面を得る(第2の工程)。研磨された薄膜基板をダイシングソーにセットし、粒子径が4μm以下のダイアモンドブレードを用いて、導波路幅10μmのリッジ型導波路を作製する(第3の工程)。作製されたリッジ型導波路を基板から短冊状に切りだし、導波路端面を光学研磨することにより、長さ60mmの波長変換素子を作製する。   Next, using a polishing apparatus in which the flatness of the polishing surface plate is controlled, polishing is performed until the thickness of the first substrate 41 of the bonded substrates 41 and 42 becomes 6 μm. After the polishing process, a mirror-polished polishing surface is obtained by performing a polishing process (second step). The polished thin film substrate is set on a dicing saw, and a ridge-type waveguide having a waveguide width of 10 μm is manufactured using a diamond blade having a particle diameter of 4 μm or less (third step). The manufactured ridge-type waveguide is cut into a strip shape from the substrate, and the end face of the waveguide is optically polished to prepare a wavelength conversion element having a length of 60 mm.

なお、第2の基板42として、LiTaO基板を用いてもよい。また、ノンドープLiNbO基板を第1の基板41とし、LiTaO基板を第2の基板42として用いた場合にも、同様の波長変換素子を作製することができる。さらに、基板の厚さは、500μmのほか、200μm以上1mm以下の厚さを用いることができる。 Note that a LiTaO 3 substrate may be used as the second substrate 42. Further, when the non-doped LiNbO 3 substrate is used as the first substrate 41 and the LiTaO 3 substrate is used as the second substrate 42, a similar wavelength conversion element can be manufactured. Furthermore, the thickness of the substrate can be 200 μm or more and 1 mm or less in addition to 500 μm.

図5に、実施例1にかかる波長変換素子モジュールの構成を示す。上述のようにして作製した波長変換素子51をキャリア52上に固定する。波長変換素子51の入力側には、偏波保持型単一モード光ファイバ54を接続する。波長変換素子51の出力側は、レンズモジュール53と光学的に結合し、フィルタ55を介して出射される。キャリア52に熱的に結合されたペルチェ素子57を内蔵し、パッケージ56に封入して波長変換モジュールを作製する。   FIG. 5 shows the configuration of the wavelength conversion element module according to the first example. The wavelength conversion element 51 manufactured as described above is fixed on the carrier 52. A polarization maintaining single mode optical fiber 54 is connected to the input side of the wavelength conversion element 51. The output side of the wavelength conversion element 51 is optically coupled to the lens module 53 and emitted through the filter 55. A Peltier element 57 thermally coupled to the carrier 52 is built in and enclosed in a package 56 to produce a wavelength conversion module.

図6に、実施例1にかかる可視波長可変光源の構成を示す。図5に示した波長変換素子モジュール61の入力側の光ファイバと、波長1.06μmと1.3μmの入力光を合波するWDMカップラ62の出力光ファイバとを融着接続する。WDMカップラ62の1.06μm入力光ファイバには、1.064μm半導体レーザ63のピグテイルを融着接続する。なお、ピグテイルには、波長安定化のためのFBG66が設けられている。   FIG. 6 shows a configuration of a visible wavelength variable light source according to the first embodiment. The optical fiber on the input side of the wavelength conversion element module 61 shown in FIG. 5 and the output optical fiber of the WDM coupler 62 that multiplexes the input lights having wavelengths of 1.06 μm and 1.3 μm are fusion-connected. A pigtail of a 1.064 μm semiconductor laser 63 is fused and connected to the 1.06 μm input optical fiber of the WDM coupler 62. The pigtail is provided with an FBG 66 for wavelength stabilization.

また、WDMカップラ62の1.3μm入力光ファイバには、1.3μm帯光ファイバ増幅器64の出力ファイバを融着接続する。1.3μm帯光ファイバ増幅器64の入力ファイバには、1.3μm帯波長可変レーザ65の出力ファイバを融着接続する。実施例1にかかる可視波長可変光源において、1.3μm帯波長可変レーザ65の波長を1.29μmから1.33μmまで変化させたところ、波長変換素子モジュール61の出力である黄色の可視光の波長が、583nmから591nmまで変化し、平均10mWの光出力を得ることができる。   Further, the output fiber of the 1.3 μm band optical fiber amplifier 64 is fusion-connected to the 1.3 μm input optical fiber of the WDM coupler 62. An output fiber of the 1.3 μm band wavelength tunable laser 65 is fused and connected to the input fiber of the 1.3 μm band optical fiber amplifier 64. In the visible wavelength tunable light source according to the example 1, when the wavelength of the 1.3 μm band wavelength tunable laser 65 is changed from 1.29 μm to 1.33 μm, the wavelength of yellow visible light that is the output of the wavelength conversion element module 61 is changed. However, it changes from 583 nm to 591 nm, and an optical output of 10 mW on average can be obtained.

実施例2においては、実施例1と同様の波長変換素子モジュールと、FBGによって波長安定化された0.98μm半導体レーザと、1.3μm帯波長可変レーザとを備え、波長変換素子モジュールと1.3μm帯波長可変レーザとの間に、Pr添加1.3μm帯光ファイバ増幅器を接続して、可視波長可変光源を構成する。励起光の波長合成には、波長0.98μmと1.3μmの入力光を合波するWDMカップラを用いる。   The second embodiment includes a wavelength conversion element module similar to that of the first embodiment, a 0.98 μm semiconductor laser stabilized by FBG, and a 1.3 μm band wavelength tunable laser. A Pr-doped 1.3 μm band optical fiber amplifier is connected to the 3 μm band tunable laser to constitute a visible wavelength tunable light source. For wavelength synthesis of the excitation light, a WDM coupler that multiplexes input light having wavelengths of 0.98 μm and 1.3 μm is used.

実施例2にかかる可視波長可変光源において、1.3μm帯波長可変レーザの波長を1.29μmから1.33μmまで変化させたところ、波長変換素子モジュールの出力である可視光の波長が、557nmから564nmまで変化し、平均10mWの光出力を得ることができる。なお、実施例2において波長安定化された0.94μm半導体レーザを用いた場合には、543mから550nmまで可視光の波長を変化させることができる。   In the visible wavelength tunable light source according to Example 2, when the wavelength of the 1.3 μm band wavelength tunable laser was changed from 1.29 μm to 1.33 μm, the wavelength of visible light as the output of the wavelength conversion element module was changed from 557 nm. It changes up to 564 nm, and an average optical output of 10 mW can be obtained. In addition, when the wavelength-stabilized 0.94 μm semiconductor laser is used in Example 2, the wavelength of visible light can be changed from 543 m to 550 nm.

図7に、実施例2にかかる可視波長可変光源を適用した蛍光顕微鏡装置の構成を示す。蛍光顕微鏡装置は、光源として実施例2にかかる可視波長可変光源を組み込み、光源からの可視光を、レンズ75、ダイクロイックミラー73および対物レンズ74からなる光学系を介して、被測定物に照射する。被測定物からの蛍光出力は、対物レンズ74、ダイクロイックミラー73およびプリズム72を介して、高感度カメラ71により観察される。他のタンパク質の遺伝子に融合させて細胞に導入させた蛍光タンパク(GFP)の観察に用いると、生きた細胞において特定の構造体、または機能分子を高感度に蛍光ラベルすることができる。   FIG. 7 shows a configuration of a fluorescence microscope apparatus to which the visible wavelength variable light source according to the second embodiment is applied. The fluorescence microscope apparatus incorporates the visible wavelength variable light source according to the second embodiment as a light source, and irradiates the object to be measured with the visible light from the light source via the optical system including the lens 75, the dichroic mirror 73, and the objective lens 74. . The fluorescence output from the object to be measured is observed by the high sensitivity camera 71 through the objective lens 74, the dichroic mirror 73 and the prism 72. When used for observation of a fluorescent protein (GFP) fused to a gene of another protein and introduced into a cell, a specific structure or functional molecule can be fluorescently labeled with high sensitivity in a living cell.

本発明にかかる可視波長可変光源によれば、実用的な光強度を有し、出力光の波長を可変することができるので、可視光を用いた屈折率測定の高感度化、蛍光顕微鏡による蛍光タンパク観察の高感度化に適用することができる。   The visible wavelength variable light source according to the present invention has practical light intensity and the wavelength of output light can be varied. Therefore, the sensitivity of refractive index measurement using visible light is increased, and fluorescence by a fluorescence microscope is used. It can be applied to increase the sensitivity of protein observation.

従来の擬似位相整合型の波長変換素子の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the conventional quasi phase matching type wavelength conversion element. 波長0.53μmの緑色光を第二高調波発生によって得るための位相整合曲線を示す図である。It is a figure which shows the phase matching curve for obtaining the green light of wavelength 0.53 micrometer by a 2nd harmonic generation. 本発明の一実施形態にかかる可視波長可変光源の黄色光の波長可変範囲を示す図である。It is a figure which shows the wavelength variable range of the yellow light of the visible wavelength variable light source concerning one Embodiment of this invention. 実施例1にかかる単一モードのリッジ導波路の作製方法を示す図である。6 is a diagram illustrating a method for producing a single-mode ridge waveguide according to Example 1. FIG. 実施例1にかかる波長変換素子モジュールの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the wavelength conversion element module concerning Example 1. FIG. 実施例1にかかる可視波長可変光源の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the visible wavelength variable light source concerning Example 1. FIG. 実施例2にかかる可視波長可変光源を適用した蛍光顕微鏡装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fluorescence microscope apparatus to which the visible wavelength variable light source concerning Example 2 is applied.

符号の説明Explanation of symbols

11 合波器
12 非線形導波路
13 分波器
41 第1の基板
42 第2の基板
51 波長変換素子
52 キャリア
53 レンズモジュール
54 偏波保持型単一モード光ファイバ
55 フィルタ
56 パッケージ
57 ペルチェ素子
61 波長変換素子モジュール
62 WDMカップラ
63 1.064μm半導体レーザ
64 1.3μm帯光ファイバ増幅器
65 1.3μm帯波長可変レーザ
66 FBG
71 高感度カメラ
72 プリズム
73 ダイクロイックミラー
74 対物レンズ
75 レンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Multiplexer 12 Non-linear waveguide 13 Demultiplexer 41 1st board | substrate 42 2nd board | substrate 51 Wavelength conversion element 52 Carrier 53 Lens module 54 Polarization-maintaining single mode optical fiber 55 Filter 56 Package 57 Peltier element 61 Wavelength Conversion element module 62 WDM coupler 63 1.064 μm semiconductor laser 64 1.3 μm band optical fiber amplifier 65 1.3 μm band wavelength tunable laser 66 FBG
71 High-sensitivity camera 72 Prism 73 Dichroic mirror 74 Objective lens 75 Lens

Claims (7)

波長が安定化された第1のレーザ光を出力する第1のレーザと、出力される第2のレーザ光の波長を可変することができる第2のレーザと、前記第1のレーザ光と前記第2のレーザ光とを入力し、前記レーザ光の波長と異なる波長を有するコヒーレント光を出力する波長変換素子とを含む可視波長可変光源において、
前記波長変換素子は、周期的な分極反転構造を有する非線形光学結晶からなり、
前記第2のレーザと前記波長変換素子との間に接続された光増幅器を備えたことを特徴とする可視波長可変光源。
A first laser that outputs a first laser beam having a stabilized wavelength; a second laser that can vary the wavelength of the second laser beam that is output; the first laser beam; A visible wavelength tunable light source including a second laser beam and a wavelength conversion element that outputs coherent light having a wavelength different from the wavelength of the laser beam.
The wavelength conversion element is composed of a nonlinear optical crystal having a periodic polarization inversion structure,
A visible wavelength variable light source comprising an optical amplifier connected between the second laser and the wavelength conversion element.
前記第2のレーザ光の波長は1.3μm帯であり、前記光増幅器の増幅帯域は1.3μm帯であることを特徴とする請求項1に記載の可視波長可変光源。   2. The visible wavelength variable light source according to claim 1, wherein the wavelength of the second laser light is in a 1.3 [mu] m band, and the amplification band of the optical amplifier is in a 1.3 [mu] m band. 前記光増幅器は、半導体光増幅器または希土類ドープ光ファイバ増幅器のいずれかであることを特徴とする請求項1または2に記載の可視波長可変光源。   3. The visible wavelength tunable light source according to claim 1, wherein the optical amplifier is either a semiconductor optical amplifier or a rare earth-doped optical fiber amplifier. 前記希土類ドープ光ファイバ増幅器の希土類イオンは、Prであることを特徴とする請求項3に記載の可視波長可変光源。   4. The visible wavelength variable light source according to claim 3, wherein the rare earth ion of the rare earth doped optical fiber amplifier is Pr. 前記非線形光学結晶は、LiNbO、LiTaO、LiNb(x)Ta(1−x)(0≦x≦1)のいずれかであり、またはこれらにMg、Znからなる群から選ばれた少なくとも一種を添加物として含有していることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の可視波長可変光源。 The nonlinear optical crystal is one of LiNbO 3 , LiTaO 3 , LiNb (x) Ta (1-x) O 3 (0 ≦ x ≦ 1), or selected from the group consisting of Mg and Zn. The visible wavelength tunable light source according to any one of claims 1 to 4, wherein at least one kind is contained as an additive. 前記非線形光学結晶は、導波路構造を有することを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の可視波長可変光源。   The visible wavelength variable light source according to claim 1, wherein the nonlinear optical crystal has a waveguide structure. レーザ光を出射する光源と被測定物からの前記レーザ光による蛍光を検出する検出手段とを含み、生細胞中の蛍光タンパク質を分析する蛍光顕微鏡装置において、前記光源は、
波長が安定化された第1のレーザ光を出力する第1のレーザと、
出力される第2のレーザ光の波長を可変することができる第2のレーザと、
周期的な分極反転構造を有する非線形光学結晶からなり、前記第1のレーザ光と前記第2のレーザ光とを入力し、前記レーザ光の波長と異なる波長を有するコヒーレント光を出力する波長変換素子と、
前記第2のレーザと前記波長変換素子との間に接続された光増幅器と
を備えたことを特徴とする蛍光顕微鏡装置。

A fluorescence microscope apparatus for analyzing a fluorescent protein in a living cell, comprising: a light source that emits laser light; and a detection unit that detects fluorescence by the laser light from an object to be measured.
A first laser that outputs a first laser beam having a stabilized wavelength;
A second laser capable of varying the wavelength of the output second laser beam;
A wavelength conversion element made of a nonlinear optical crystal having a periodic polarization inversion structure, which inputs the first laser light and the second laser light and outputs coherent light having a wavelength different from the wavelength of the laser light When,
A fluorescence microscope apparatus comprising: an optical amplifier connected between the second laser and the wavelength conversion element.

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