JP2006139225A - Wavelength converter and wavelength conversion method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new wavelength conversion technique which employs neither electric circuit nor mechanical movable part and thereby is neither affected by electromagnetic interference, nor becomes a cause of electromagnetic interference, and which utilizes a light beam with a wide range of wavelength selection, and further has high durability. <P>SOLUTION: The wavelength converter is equipped with: a signal light beam input portion (12) to make a pulsed signal light beam (14) with a specified wavelength incident; a light source (13) for a light beam for conversion to emit a light beam (15) for conversion with a wavelength different from that of the signal light beam (14); a thermal lens forming means (11) having a light absorption layer film with a wavelength band absorbing the signal light beam (14) and transmitting the light beam (15) for conversion and exhibiting a thermal lens effect; and a conversion light beam selecting means emitting, as the light beam for conversion, only the light beam for conversion emitted with an angle larger than an usual angle of aperture out of the emitted light beams for conversion. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この出願の発明は、波長変換装置及び波長変換方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、特に光通信分野や光情報処理分野において好ましく用いられる新規な波長変換装置及び波長変換方法である。   The invention of this application relates to a wavelength conversion device and a wavelength conversion method. More specifically, the invention of this application is a novel wavelength conversion device and wavelength conversion method preferably used particularly in the fields of optical communication and optical information processing.

光通信分野や光情報処理分野において重要な光学素子として、波長変換装置がある。この波長変換装置は、たとえばある特定の波長のパルス信号を別の波長のパルス信号に変換するものである。従来の波長変換装置の一例を図1に模式的に示す。   A wavelength converter is an important optical element in the optical communication field and the optical information processing field. This wavelength converter converts, for example, a pulse signal having a specific wavelength into a pulse signal having another wavelength. An example of a conventional wavelength converter is schematically shown in FIG.

図1に示す波長変換装置は、光通信の波長帯域である波長1.55μmの入射パルス光をフォトダイオード(PD)(1)で受光し、その出力でもってレーザダイオード(LD)(2)を駆動させ、波長780nmのパルス光を出射するものである。   The wavelength converter shown in FIG. 1 receives incident pulsed light having a wavelength of 1.55 μm, which is a wavelength band of optical communication, by a photodiode (PD) (1), and outputs a laser diode (LD) (2) with the output. Driven to emit pulsed light having a wavelength of 780 nm.

一方で、インターネット等の急速な普及に伴い、より高速な光ネットワークに実現が切望されている。そのために高速応答が可能な各種の光学素子の実現が望まれている。
藤原祺多夫、不破敬一郎、小林孝嘉著、レーザー誘起熱レンズ効果とその比色法への応用、「化学」、化学同人発行、第36巻、第6号、432−438頁(1981年) 北森武彦、澤田嗣郎著、光熱変換分光分析法、「ぶんせき」、日本分析化学会発行、1994年3月号、178−187頁 平賀隆、田中教雄、早水紀久子、守谷哲郎著、色素会合体・凝集体の作成・構造評価・光物性、「電子技術総合研究所彙報」、通商産業省工業技術院電子技術総合研究所発行、第59巻、第2号、29−49頁(1994年)
On the other hand, with the rapid spread of the Internet and the like, realization of a faster optical network is desired. Therefore, realization of various optical elements capable of high-speed response is desired.
Takao Fujiwara, Keiichiro Fuwa, Takayoshi Kobayashi, Laser-induced thermal lens effect and its application to colorimetric method, "Chemical", Kagaku Dojin, Vol. 36, No. 6, pp. 432-438 (1981) Takehiko Kitamori, Goro Sawada, Photothermal Conversion Spectroscopy, “Bunseki”, published by the Japan Society for Analytical Chemistry, March 1994, pp. 178-187 Takashi Hiraga, Norio Tanaka, Kikuko Hayami, Tetsuro Moriya, Creation of dye aggregates / aggregates, structural evaluation, photophysical properties, "Electronics Research Institute Vocabulary", Ministry of International Trade and Industry 59, No. 2, pp. 29-49 (1994)

しかしながら、図1に示すような従来の波長変換装置では、光パルス⇒電気パルス変換の電子回路及び電気パルス⇒光パルス変換の電子回路へ電源を供給する必要がある、前記電子回路が電磁波障害の影響をうけやすい、前記電子回路が電磁波障害の原因に成りうる、使用できる波長がレーザダイオード(LD)等を用いているため制限がある、などの課題があり、高速光ネットワーク等の実現のためには、電磁波障害の影響を受けず、かつ、電磁波障害の原因にならない、波長選択の範囲が広い光の利用が可能となることが切望されていた。また、電気回路や機械的可動部分を用いないで、高速な波長変換が行うことができる耐久性が高い波長変換装置の実現が望まれていた。   However, in the conventional wavelength conversion apparatus as shown in FIG. 1, it is necessary to supply power to an electronic circuit of optical pulse → electrical pulse conversion and an electronic circuit of electric pulse → optical pulse conversion. To realize high-speed optical networks and the like, there are problems such as being easily affected, the electronic circuit can cause electromagnetic interference, and the wavelength that can be used is limited because it uses a laser diode (LD) etc. Therefore, it has been desired that light having a wide wavelength selection range that is not affected by electromagnetic interference and does not cause electromagnetic interference can be used. Also, it has been desired to realize a highly durable wavelength conversion device that can perform high-speed wavelength conversion without using an electric circuit or a mechanically movable part.

そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたもので、電気回路や機械的可動部分を用いないで、電磁波障害の影響を受けず、電磁波障害の原因とならない、波長選択の範囲が広い光の利用が可能となり、しかも耐久性が高い、新規な波長変換装置及び波長変換方法を提供することを課題とする。   Therefore, the invention of this application was made in view of the circumstances as described above, and does not use an electric circuit or a mechanical movable part, is not affected by electromagnetic interference, and does not cause electromagnetic interference. It is an object of the present invention to provide a novel wavelength conversion device and a wavelength conversion method that enable use of light with a wide range, and that have high durability.

この出願の発明は、上記課題を解決するものとして、第1には、特定の波長のパルス状信号光を入射する信号光入力部と、信号光とは異なる波長の変換用光を照射する変換用光光源と、信号光に対し吸収性を示し、変換用光に対し透過性を示す波長帯域を持つ光吸収層膜と、光吸収膜に、信号光と変換用光が焦点を結ぶように各々収束させて照射する手段と、前記光吸収層膜を含み、前記光吸収層膜が信号光を吸収した領域及びその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによって、信号光が照射されず熱レンズが形成されない場合は収束された変換用光が通常の開き角度で出射する状態と、制御光が照射されて熱レンズが形成される場合は収束された変換用光が通常の開き角度よりも大きい開き角度で出射する状態とを、信号光の照射の有無に対応させて実現させる熱レンズ形成素子と、出射した変換用光のうち、通常の開き角度よりも大きい角度で出射する変換用光のみを変換光として出射する変換光選択手段と、変換光選択手段からの変換光を集光して、信号光とは異なる波長のパルス状変換光とする集光部を備えることを特徴とする波長変換装置を提供する。   In order to solve the above-mentioned problems, the invention of this application includes, firstly, a signal light input unit that receives pulsed signal light having a specific wavelength and a conversion that irradiates conversion light having a wavelength different from that of the signal light. So that the signal light and the conversion light are focused on the optical light source, the light absorption layer film having a wavelength band exhibiting the absorption property for the signal light and the transmission light for the conversion light, and the light absorption film. A refractive index distribution that reversibly occurs due to a temperature rise that occurs in the area where the light absorption layer film absorbs the signal light and the peripheral area thereof, each of which includes means for irradiating and converging and the light absorption layer film. By using a thermal lens based on the above, when the signal light is not irradiated and the thermal lens is not formed, the converged conversion light is emitted at a normal opening angle, and the control light is irradiated to form the thermal lens. The converged conversion light is less than the normal opening angle. A lens that emits light with a larger opening angle corresponding to the presence or absence of signal light irradiation, and conversion light that is emitted at an angle larger than the normal opening angle among the converted light that is emitted. A conversion light selection unit that emits only light as conversion light, and a condensing unit that condenses the conversion light from the conversion light selection unit and converts it to pulsed conversion light having a wavelength different from that of the signal light, Provided is a wavelength conversion device.

また、第2には、特定の波長のパルス状信号光を入射する信号光入力部と、信号光とは異なる波長の変換用光を照射する変換用光光源と、信号光に対し吸収性を示し、変換用光に対し透過性を示す波長帯域を持つ光吸収層膜と、光吸収膜に、信号光と変換用光が焦点を結ぶように各々収束させて照射する手段と、前記光吸収層膜を含み、前記光吸収層膜が信号光を吸収した領域及びその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによって、信号光が照射されず熱レンズが形成されない場合は収束された変換用光が通常の開き角度で出射する状態と、制御光が照射されて熱レンズが形成される場合は収束された変換用光が通常の開き角度よりも大きい開き角度で出射する状態とを、信号光の照射の有無に対応させて実現させる熱レンズ形成素子と、出射した変換用光のうち、通常の開き角度で熱レンズ形成素子から出射する変換用光のみを変換光として出射する変換光選択手段と、変換光選択手段からの変換光を集光して、信号光とは異なる波長のパルス状変換光とする集光部を備えることを特徴とする波長変換装置を提供する。   Second, a signal light input unit that receives pulsed signal light having a specific wavelength, a conversion light source that emits conversion light having a wavelength different from that of the signal light, and absorptivity to the signal light. A light absorption layer film having a wavelength band that is transparent to the conversion light, means for irradiating the light absorption film so that the signal light and the conversion light are focused so as to be focused, and the light absorption By using a thermal lens including a layer film, and based on a refractive index distribution reversibly generated due to a temperature rise occurring in a region where the light absorption layer film absorbs the signal light and a peripheral region thereof, the signal light is When the thermal lens is not formed without irradiation, the converged conversion light is emitted at a normal opening angle, and when the control lens is irradiated and the thermal lens is formed, the converged conversion light is normal. A signal indicating that the light is emitted at an opening angle larger than the opening angle. Thermal lens forming element realized corresponding to the presence or absence of irradiation, and converted light selection means for emitting, as converted light, only the conversion light emitted from the thermal lens forming element at a normal opening angle among the converted light emitted And a condensing unit that condenses the converted light from the converted light selecting means and converts it into pulsed converted light having a wavelength different from that of the signal light.

また、第3には、特定の波長のパルス状信号光を入射する信号光入力部と、信号光とは異なる波長の変換用光を照射する変換用光光源と、信号光に対し吸収性を示し、変換用光に対し透過性を示す波長帯域を持つ光吸収層膜と、光吸収膜に、信号光と変換用光が焦点を結ぶように各々収束させて照射する手段と、前記光吸収層膜を含み、前記光吸収層膜が信号光を吸収した領域及びその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによって、信号光が照射されず熱レンズが形成されない場合は収束された変換用光が通常の開き角度で出射する状態と、制御光が照射されて熱レンズが形成される場合は収束された変換用光が通常の開き角度よりも大きい開き角度で出射する状態とを、信号光の照射の有無に対応させて実現させる熱レンズ形成素子と、出射した変換用光のうち、通常の開き角度よりも大きい角度で出射する変換用光のみを変換光として出射する状態と、通常の開き角度で出射する変換用光のみを変換光として出射する状態との選択を行うことができる変換光選択手段と、変換光選択手段からの変換光を集光して、信号光とは異なる波長のパルス状変換光とする集光部を備えることを特徴とする波長変換装置を提供する。   Thirdly, a signal light input unit that receives pulsed signal light having a specific wavelength, a conversion light source that emits conversion light having a wavelength different from that of the signal light, and absorptivity to the signal light. A light absorption layer film having a wavelength band that is transparent to the conversion light, means for irradiating the light absorption film so that the signal light and the conversion light are focused so as to be focused, and the light absorption By using a thermal lens including a layer film, and based on a refractive index distribution reversibly generated due to a temperature rise occurring in a region where the light absorption layer film absorbs the signal light and a peripheral region thereof, the signal light is When the thermal lens is not formed without irradiation, the converged conversion light is emitted at a normal opening angle, and when the control lens is irradiated and the thermal lens is formed, the converged conversion light is normal. A signal indicating that the light is emitted at an opening angle larger than the opening angle. A thermal lens forming element that is realized corresponding to the presence or absence of irradiation, and a state in which only conversion light that is emitted at an angle larger than a normal opening angle is emitted as converted light among the emitted conversion light, A conversion light selection means capable of selecting only the conversion light emitted at an opening angle as a conversion light, and a wavelength different from the signal light by condensing the conversion light from the conversion light selection means There is provided a wavelength conversion device comprising a condensing unit for converting the pulse-shaped converted light.

また、第4には、上記第1から第3のいずれかの発明において、出射する変換光の偏光状態を、入射した信号光の偏光状態と同じ状態にするか又は異なる状態にするかを切り替える偏光状態切替手段を備えることを特徴とする波長変換装置を提供する。   Fourthly, in any one of the first to third inventions, the polarization state of the outgoing converted light is switched between the same state and the different state from the polarization state of the incident signal light. Provided is a wavelength conversion device comprising polarization state switching means.

また、第5には、少なくとも、特定の波長のパルス状信号光に対し吸収性を示し、信号光とは異なる波長の変換用光に対し透過性を示す波長帯域を持つ光吸収層膜を含む熱レンズ形成素子の光吸収膜に、信号光と変換用光が焦点を結ぶように各々収束させて照射し、前記光吸収層膜が信号光を吸収した領域及びその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによって、信号光が照射されず熱レンズが形成されない場合は収束された変換用光が通常の開き角度で出射する状態と、制御光が照射されて熱レンズが形成される場合は収束された変換用光が通常の開き角度よりも大きい開き角度で出射する状態とを、信号光の照射の有無に対応させて実現させ、出射した変換用光のうち、通常の開き角よりも大きい角度で出射する変換用光のみを変換光として選択的に出射させ、出射した変換光を集光して、信号光とは異なる波長のパルス状変換光とすることを特徴とする波長変換方法を提供する。   In addition, the fifth includes a light absorption layer film having a wavelength band that is at least absorbable for pulsed signal light having a specific wavelength and exhibits transparency for conversion light having a wavelength different from that of the signal light. The light absorption film of the thermal lens forming element is irradiated with the signal light and the conversion light so as to focus each other, and the light absorption layer film absorbs the signal light and the temperature rises in the surrounding area. By using a thermal lens based on the reversible refractive index distribution caused by this, when the signal light is not irradiated and the thermal lens is not formed, the converged conversion light is emitted at a normal opening angle. When a thermal lens is formed by irradiation with control light, the converged conversion light is emitted at an opening angle larger than the normal opening angle, corresponding to the presence or absence of signal light irradiation. Of the emitted conversion light, usually Only the conversion light emitted at an angle larger than the opening angle is selectively emitted as converted light, and the emitted converted light is condensed to form pulsed converted light having a wavelength different from that of the signal light. A wavelength conversion method is provided.

また、第6には、少なくとも、特定の波長のパルス状信号光に対し吸収性を示し、信号光とは異なる波長の変換用光に対し透過性を示す波長帯域を持つ光吸収層膜を含む熱レンズ形成素子の光吸収膜に、信号光と変換用光が焦点を結ぶように各々収束させて照射し、前記光吸収層膜が信号光を吸収した領域及びその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによって、信号光が照射されず熱レンズが形成されない場合は収束された変換用光が通常の開き角度で出射する状態と、制御光が照射されて熱レンズが形成される場合は収束された変換用光が通常の開き角度よりも大きい開き角度で出射する状態とを、信号光の照射の有無に対応させて実現させ、出射した変換用光のうち、通常の開き角度で熱レンズ形成素子から出射する変換用光のみを変換光として選択的に出射させ、出射した変換光を集光して、信号光とは異なる波長のパルス状変換光とすることを特徴とする波長変換方法を提供する。   In addition, the sixth embodiment includes a light absorption layer film having a wavelength band that is at least absorbable for pulsed signal light having a specific wavelength and has transparency for conversion light having a wavelength different from the signal light. The light absorption film of the thermal lens forming element is irradiated with the signal light and the conversion light so as to focus each other, and the light absorption layer film absorbs the signal light and the temperature rises in the surrounding area. By using a thermal lens based on the reversible refractive index distribution caused by this, when the signal light is not irradiated and the thermal lens is not formed, the converged conversion light is emitted at a normal opening angle. When a thermal lens is formed by irradiation with control light, the converged conversion light is emitted at an opening angle larger than the normal opening angle, corresponding to the presence or absence of signal light irradiation. Of the emitted conversion light, usually Only the conversion light emitted from the thermal lens forming element at the opening angle is selectively emitted as converted light, and the emitted converted light is condensed to form pulsed converted light having a wavelength different from that of the signal light. A wavelength conversion method is provided.

また、第7には、少なくとも、特定の波長のパルス状信号光に対し吸収性を示し、信号光とは異なる波長の変換用光に対し透過性を示す波長帯域を持つ光吸収層膜を含む熱レンズ形成素子の光吸収膜に、信号光と変換用光が焦点を結ぶように各々収束させて照射し、前記光吸収層膜が信号光を吸収した領域及びその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによって、信号光が照射されず熱レンズが形成されない場合は収束された変換用光が通常の開き角度で出射する状態と、制御光が照射されて熱レンズが形成される場合は収束された変換用光が通常の開き角度よりも大きい開き角度で出射する状態とを、信号光の照射の有無に対応させて実現させ、出射した変換用光のうち、通常の開き角度よりも大きい角度で出射する変換用光のみを変換光として出射するか、通常の開き角度で出射する変換用光のみを変換光として出射するかを選択して出射させ、出射した変換光を集光して、信号光とは異なる波長のパルス状変換光とすることを特徴とする波長変換方法を提供する。   In addition, the seventh embodiment includes a light absorption layer film having a wavelength band that is at least absorbable for pulsed signal light having a specific wavelength and has transparency for conversion light having a wavelength different from that of the signal light. The light absorption film of the thermal lens forming element is irradiated with the signal light and the conversion light so as to focus each other, and the light absorption layer film absorbs the signal light and the temperature rises in the surrounding area. By using a thermal lens based on the reversible refractive index distribution caused by this, when the signal light is not irradiated and the thermal lens is not formed, the converged conversion light is emitted at a normal opening angle. When a thermal lens is formed by irradiation with control light, the converged conversion light is emitted at an opening angle larger than the normal opening angle, corresponding to the presence or absence of signal light irradiation. Of the emitted conversion light, usually Only the conversion light emitted at an angle larger than the opening angle is emitted as the converted light or only the conversion light emitted at the normal opening angle is selected as the converted light to be emitted. The wavelength conversion method is characterized in that the light is condensed into pulsed converted light having a wavelength different from that of the signal light.

さらに、本発明によれば、上記第5から第7の発明において、出射する変換光の偏光状態を、入射した信号光の偏光状態と同じ状態又は異なる状態にするかを切り替え可能であることを特徴とする波長変換方法を提供する。   Furthermore, according to the present invention, in the fifth to seventh inventions, it is possible to switch the polarization state of the outgoing converted light to the same or different state from the polarization state of the incident signal light. A characteristic wavelength conversion method is provided.

この出願の第1及び第5の発明によれば、電気回路や機械的可動部分を用いないで、電磁波障害の影響を受けず、電磁波障害の原因とならない、波長選択の範囲が広い光の利用が可能となり、しかも耐久性が高い、新規な波長変換技術を提供することができる。   According to the first and fifth inventions of this application, the use of light having a wide wavelength selection range that is not affected by electromagnetic interference and does not cause electromagnetic interference without using an electric circuit or a mechanical movable part. In addition, it is possible to provide a novel wavelength conversion technique with high durability.

第2及び第6の発明によれば、上記効果に加え、入射信号と反対位相の変換光を得ることができる利点がある。   According to the second and sixth inventions, in addition to the above effects, there is an advantage that converted light having a phase opposite to that of the incident signal can be obtained.

第3及び第7の発明によれば、上記効果に加え、入射信号と同位相又は反対位相の変換光を選択して得ることができる利点がある。   According to the third and seventh inventions, in addition to the above effects, there is an advantage that the converted light having the same phase or opposite phase as the incident signal can be selected and obtained.

第4及び第8の発明によれば、上記効果に加え、入射信号の偏光状態と同じ偏光状態と異なる偏光状態の変換光を選択して得ることができる利点がある。   According to the fourth and eighth inventions, in addition to the above effects, there is an advantage that it is possible to select and obtain converted light having the same polarization state as the polarization state of the incident signal and a different polarization state.

この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。   The invention of this application has the features as described above, and an embodiment thereof will be described below.

この出願の発明の波長変換装置及び波長変換方法では、熱レンズ効果を利用した熱レンズ形成素子を用いる。ここで熱レンズ効果とは、光吸収の中心部分において光を吸収した分子などが光を熱に変換し、この熱が周囲に伝搬されることにより温度分布が生じ、その結果、光透過媒体の屈折率が光吸収中心から外部へ向けて球状に変化して光吸収中心の屈折率が低く外部へ向けて屈折率が高くなる分布を生じ、これが凹レンズのように機能するような光の屈折効果を示す現象である。   In the wavelength conversion device and the wavelength conversion method of the invention of this application, a thermal lens forming element using a thermal lens effect is used. Here, the thermal lens effect means that molecules that absorb light in the central part of light absorption convert light into heat, and this heat is propagated to the surroundings, resulting in a temperature distribution. The refractive index of the light changes such that the refractive index changes spherically from the light absorption center to the outside, resulting in a distribution in which the refractive index at the light absorption center is low and the refractive index increases toward the outside, which functions like a concave lens. It is a phenomenon that shows.

熱レンズ効果は分光分析の分野で古くから利用されており、現在では分子1個による光吸収をも検出するような超高感度分光分析も可能になっている(非特許文献1及び非特許文献2参照)。   The thermal lens effect has been used for a long time in the field of spectroscopic analysis, and now it is possible to perform ultrasensitive spectroscopic analysis that detects light absorption by a single molecule (Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document). 2).

この出願の発明者らも、全光型光素子等による新たな情報処理技術の開発を目指して、有機色素凝集体をポリマーマトリックスに分散した有機ナノパーティクル光熱レンズ形成素子(非特許文献3参照)を用いて、光制御方式の研究を行ってきた。現在、制御光(633nm)により信号光(780nm)の変調を行う方式で、制御光と信号光を同軸・同焦点入射させることを特徴とし、制御光の吸収により過渡的に形成される熱レンズにより信号光が屈折されるという動作原理の素子を開発しており、約20ナノ秒の高速応答を達成している。   The inventors of this application are also aiming to develop a new information processing technique using an all-optical type optical element or the like, and an organic nanoparticle photothermal lens forming element in which an organic dye aggregate is dispersed in a polymer matrix (see Non-Patent Document 3). We have been researching the light control system. Currently, the control light (633 nm) is used to modulate the signal light (780 nm), the control light and the signal light are coaxially and confocally incident, and a thermal lens formed transiently by absorption of the control light Has developed a device with the principle of operation that the signal light is refracted by this, and has achieved a high-speed response of about 20 nanoseconds.

この出願の第1の発明の波長変換装置は、特定の波長のパルス状信号光を入射する信号光入力部と、信号光とは異なる波長の変換用光を照射する変換用光光源と、信号光に対し吸収性を示し、変換用光に対し透過性を示す波長帯域を持つ光吸収層膜と、光吸収膜に、信号光と変換用光が焦点を結ぶように各々収束させて照射する手段と、前記光吸収層膜を含み、前記光吸収層膜が信号光を吸収した領域及びその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによって、信号光が照射されず熱レンズが形成されない場合は収束された変換用光が通常の開き角度で出射する状態と、制御光が照射されて熱レンズが形成される場合は収束された変換用光が通常の開き角度よりも大きい開き角度で出射する状態とを、信号光の照射の有無に対応させて実現させる熱レンズ形成素子と、出射した変換用光のうち、通常の開き角度よりも大きい角度で出射する変換用光のみを変換光として出射する変換光選択手段と、変換光選択手段からの変換光を集光して、信号光とは異なる波長のパルス状変換光とする集光部を備えることを特徴とする。   A wavelength conversion device according to a first aspect of the present application includes a signal light input unit that inputs pulsed signal light having a specific wavelength, a conversion light source that irradiates conversion light having a wavelength different from the signal light, and a signal A light absorption layer film having a wavelength band that exhibits absorption for light and transparency for conversion light, and the light absorption film are focused and irradiated so that the signal light and the conversion light are focused. And a thermal lens based on a refractive index distribution reversibly generated due to a temperature rise occurring in a region where the light absorption layer film absorbs signal light and its peripheral region. As a result, when the signal light is not irradiated and the thermal lens is not formed, the converged conversion light is emitted at a normal opening angle, and when the control lens is irradiated and the thermal lens is formed, the light is converged. When the conversion light is larger than the normal opening angle The thermal lens forming element that realizes the radiating state corresponding to the presence or absence of signal light irradiation, and the converted light that is emitted at an angle larger than the normal opening angle among the converted light that is emitted is converted light And a condensing unit for condensing the converted light from the converted light selecting means and converting it into pulsed converted light having a wavelength different from that of the signal light.

この出願の発明の波長変換装置の一実施形態の概念図を図2に示し、図2の熱レンズ形成素子に使用される一例の光吸収層膜に用いる材料(この場合、色素)の波長と吸収特性及び透過特性との関係を図3に示し、概略装置構成例を図4に示す。   FIG. 2 shows a conceptual diagram of an embodiment of the wavelength conversion device of the invention of this application. The wavelength of a material (in this case, a dye) used for an example light absorption layer film used in the thermal lens forming element of FIG. FIG. 3 shows the relationship between the absorption characteristics and the transmission characteristics, and FIG. 4 shows a schematic apparatus configuration example.

この実施形態の波長変換装置では、光制御型熱レンズ形成素子(11)を用い、信号入力部(12)より任意波長Aの光パルス信号を信号光(14)として入射するとともに、変換用光光源(13)より任意波長Bの連続光を変換用光(15)として入射し、任意波長Bの光パルスを変換光(16)として出射する。信号入力部(12)より入射する信号光(14)はレーザ光源をはじめ従来から使用されている各種の光源からの光を用いることができる。また、変換用光光源(13)にはレーザ装置が好適に用いられるが、これに限定されない。   In the wavelength conversion device of this embodiment, a light control type thermal lens forming element (11) is used, an optical pulse signal having an arbitrary wavelength A is incident as signal light (14) from a signal input unit (12), and conversion light is used. From the light source (13), continuous light having an arbitrary wavelength B is made incident as conversion light (15), and an optical pulse having an arbitrary wavelength B is emitted as converted light (16). As the signal light (14) incident from the signal input unit (12), light from various light sources conventionally used including a laser light source can be used. Moreover, although a laser apparatus is used suitably for the conversion light source (13), it is not limited to this.

熱レンズ形成素子(11)には、図3に示すような波長帯域を持つ光吸収層膜を設ける。すなわち、この光吸収層膜は、波長Aに対して吸収率が大であり、波長Bに対して透過率が大で、かつ、屈折率効果(温度の変化に対して大きな屈折率変化を示す)を有するものとする。このような波長帯域の形態は、光吸収層膜の材料によって様々な形態をとるので、材料の選択により波長A、Bは任意に選ぶことができる。   The thermal lens forming element (11) is provided with a light absorption layer film having a wavelength band as shown in FIG. That is, this light absorption layer film has a large absorptance with respect to the wavelength A, a large transmissivity with respect to the wavelength B, and a refractive index effect (a large refractive index change with respect to a change in temperature). ). Since the wavelength band has various forms depending on the material of the light absorption layer film, the wavelengths A and B can be arbitrarily selected by selecting the material.

この実施形態の波長変換装置の構成を図4に基づき、より具体的に説明すると、熱レンズ形成素子(11)は、信号光(14)に対し高い吸収性を示し、変換用光(15)に対し高い透過性を示す波長帯域を持つ光吸収層膜を有し、たとえばそのような波長帯域を持つ色素含有溶液を透明な光学セルに収容したものとすることができる。たとえば信号入力部(12)としてファイバー増幅器を用い、光通信の波長帯にある波長1.55μmの光パルスの信号光(14)を入射し、変換光光源(13)としてレーザダイオード(LD)(13)を用い、波長650nmのレーザ光(連続光)からなる変換用光(15)を入射するものとする。この場合、熱レンズ形成素子(11)として、たとえば色素(商品名CIR−960;日本カーリット社製:近赤外領域(780〜1500nm)に大きな吸収を示す)のテトラヒドロフラン(TFT)溶液を透明な光学セル内に収容したものを用いることができる。なお、この色素CIR−960の吸収及び透過の波長帯域の形態は図3のものとは異なっている。   The configuration of the wavelength conversion device of this embodiment will be described more specifically with reference to FIG. 4. The thermal lens forming element (11) exhibits high absorptivity with respect to the signal light (14), and the conversion light (15). For example, a light-absorbing layer film having a wavelength band exhibiting high transparency can be used. For example, a dye-containing solution having such a wavelength band can be accommodated in a transparent optical cell. For example, a fiber amplifier is used as the signal input unit (12), signal light (14) having an optical pulse with a wavelength of 1.55 μm in the optical communication wavelength band is incident, and a laser diode (LD) ( 13), and the conversion light (15) made of laser light (continuous light) having a wavelength of 650 nm is incident. In this case, as the thermal lens forming element (11), for example, a tetrahydrofuran (TFT) solution of a dye (trade name: CIR-960; manufactured by Nippon Carlit Co., Ltd .: exhibits a large absorption in the near infrared region (780-1500 nm)) is transparent. What was accommodated in the optical cell can be used. The form of the absorption and transmission wavelength band of this dye CIR-960 is different from that of FIG.

図4の装置の光学系について述べると、熱レンズ形成素子(11)以外に、レンズ(21)、レンズ(22)、光混合器(23)、レンズ(24)、レンズ(25)、変換光選択部材(26)、レンズ(27)を備える。また(31)は信号出力部(光ファイバー)である。熱レンズ形成素子(11)、は、信号光(14)を平行光として光混合器(23)に送り、レンズ(22)は、変換用光(15)を平行光として光混合器(23)に送るものである。光混合器(23)は、送られてきた信号光(14)と変換用光(15)を、熱レンズ形成素子(11)の光吸収層膜に焦点を結ぶように各々収束させる役割をするものであり、たとえば偏光ビームスプリッター、非偏光ビームスプリッター、ダイクロイックミラー等を使用することができる。レンズ(25)は、熱レンズ形成素子(11)を通過した変換用光(15)を平行光とするものである。変換光選択部材(26)は、熱レンズ形成素子(11)において熱レンズが形成されない場合に出射される通常の開き角度の変換用光(15a)は遮断し、熱レンズ形成素子(11)において熱レンズが形成された場合に出射される、通常の開き角度より大きい角度の変換用光(15b)のみ出射させるものである。変換光選択部材(26)は、熱レンズ形成素子(11)を通過した信号光(14)を遮断する機能を有していることが好ましい。変換光選択部材(26)としては、たとえば波長1.55μm及び650nmの光を吸収する材料としてカーボンブラック塗料を塗工したアルミニウムなどの金属板等を用いることができる。レンズ(27)は、出射した変換用光(15b)を変換光(16)として集光する役割を行う。   The optical system of the apparatus of FIG. 4 will be described. In addition to the thermal lens forming element (11), the lens (21), the lens (22), the optical mixer (23), the lens (24), the lens (25), and the converted light. A selection member (26) and a lens (27) are provided. Reference numeral 31 denotes a signal output unit (optical fiber). The thermal lens forming element (11) sends the signal light (14) as parallel light to the optical mixer (23), and the lens (22) converts the conversion light (15) as parallel light into the optical mixer (23). To send to. The optical mixer (23) serves to converge the transmitted signal light (14) and conversion light (15) so as to focus on the light absorption layer film of the thermal lens forming element (11). For example, a polarizing beam splitter, a non-polarizing beam splitter, a dichroic mirror, or the like can be used. The lens (25) converts the conversion light (15) that has passed through the thermal lens forming element (11) into parallel light. The converted light selection member (26) blocks the normal opening angle conversion light (15a) emitted when no thermal lens is formed in the thermal lens forming element (11), and in the thermal lens forming element (11). Only the conversion light (15b) emitted when the thermal lens is formed and having an angle larger than the normal opening angle is emitted. The converted light selection member (26) preferably has a function of blocking the signal light (14) that has passed through the thermal lens forming element (11). As the conversion light selection member (26), for example, a metal plate such as aluminum coated with a carbon black paint as a material that absorbs light having wavelengths of 1.55 μm and 650 nm can be used. The lens (27) performs the role of collecting the emitted conversion light (15b) as converted light (16).

次に、図4の実施形態の波長変換装置の動作について述べる。   Next, the operation of the wavelength conversion device of the embodiment of FIG. 4 will be described.

図4のような構成の装置において、信号入力部(12)であるファイバー増幅器から波長1.55μmのパルス状信号光(14)を入射し、レンズ(21)により平行光として光混合器(23)に送る。一方、変換用光光源(13)であるレーザダイオードより波長650nmのレーザ光(連続光)が変換用光(15)として出射し、レンズ(22)により平行光とされ、光混合器(23)に送られる。なお、ここでは変換用光(15)の位相、偏光状態は信号光と同じものとする。   In the apparatus having the configuration as shown in FIG. 4, a pulsed signal light (14) having a wavelength of 1.55 μm is incident from a fiber amplifier as a signal input unit (12), and is converted into parallel light by a lens (21) (23). ) On the other hand, a laser beam (continuous light) having a wavelength of 650 nm is emitted as a conversion light (15) from a laser diode which is a conversion light source (13), and is converted into parallel light by a lens (22). Sent to. Here, the phase and polarization state of the conversion light (15) are the same as those of the signal light.

光混合器(23)は、送られてきた信号光(14)と変換用光(15)を、熱レンズ形成素子(11)の光吸収層膜に焦点を結ぶように各々収束させる。   The optical mixer (23) converges the transmitted signal light (14) and conversion light (15) so as to focus on the light absorption layer film of the thermal lens forming element (11).

熱レンズ形成素子(11)では、パルス状の信号光(14)がオン(又はhigh)のときは、光吸収層膜が波長1.55μmの光に高い吸収性を持つため、熱レンズを形成する。このとき、変換用光(15)は、形成された熱レンズのため、その屈折率の特性により、通常の開き角度より大きな角度で変換用光(15b)として出射する。この変換用光(15a)はレンズ(25)により平行光とされ、レンズ(27)により集光される。   In the thermal lens forming element (11), when the pulsed signal light (14) is on (or high), the light absorption layer film has high absorptivity with respect to light having a wavelength of 1.55 μm, so a thermal lens is formed. To do. At this time, the conversion light (15) is emitted as conversion light (15b) at an angle larger than the normal opening angle due to the characteristics of the refractive index because of the formed thermal lens. The conversion light (15a) is converted into parallel light by the lens (25) and is condensed by the lens (27).

一方、熱レンズ形成素子(11)では、パルス状の信号光(14)がオン(又はlow)のときは、光吸収層膜には信号光(14)が照射されないため、熱レンズは形成されない。したがって、変換用光(15)は、通常の開き角度で変換用光(15a)として出射する。この変換用光(15a)は変換光選択部(26)により遮断される。   On the other hand, in the thermal lens forming element (11), when the pulsed signal light (14) is on (or low), the light absorbing layer film is not irradiated with the signal light (14), and thus no thermal lens is formed. . Therefore, the conversion light (15) is emitted as the conversion light (15a) at a normal opening angle. This conversion light (15a) is blocked by the converted light selector (26).

したがって、信号光(14)のパルスのオン・オフ(あるいはhigh・low)により、熱レンズの形成の有無が繰り返され、信号光(14)の波長のデータが、変換光(16)の波長のデータに変換される。熱レンズ形成素子の応答速度は数十ナノ秒と非常に高速なため、電気回路や機械的可動部分を用いないで、応答速度が非常に高速で、種々の波長の光の利用が可能となり、しかも耐久性が高い波長変換が可能となる。また、波長変換が光だけで行われるため、電磁波障害の影響を受けず、また、電磁波障害の原因となることもない。   Therefore, the presence or absence of the thermal lens is repeated by turning on / off (or high / low) the pulse of the signal light (14), and the wavelength data of the signal light (14) becomes the wavelength of the converted light (16). Converted to data. Since the response speed of the thermal lens forming element is very high, tens of nanoseconds, the response speed is very high without using an electric circuit or a mechanical movable part, and light of various wavelengths can be used. Moreover, wavelength conversion with high durability becomes possible. Further, since wavelength conversion is performed only with light, it is not affected by electromagnetic interference and does not cause electromagnetic interference.

次に、この出願の発明の別の実施形態の波長変換装置について説明する。   Next, a wavelength conversion device according to another embodiment of the present invention will be described.

図5は、この実施形態の波長変換装置の構成を示す図4と同様な図である。図5において、図4の要素と同様な役割を行うものは同じ符号を付してある。図5の波長変換装置は図4の波長変換装置が入力光と変換光が同位相であるのに対し、入力光と変換光が逆位相になるようにしたものである。構成的には、図4の波長変換装置の変換光選択部(26)を設けず、かつ、レンズ(25)の代わりに、熱レンズ形成素子(11)において、熱レンズが形成されたときの、通常の開き角度より大きい角度の変換用光(15b)は入射させずに、熱レンズが形成されたときの通常の開き角度の変換用光(15a)のみ入射させるレンズ(28)を設けたものである。また、それに伴い、レンズ(27)より小径のレンズ(29)を設けている。このような構成にすると、得られる変換光(16)の位相は図4のものと逆位相となる。   FIG. 5 is a view similar to FIG. 4 showing the configuration of the wavelength conversion device of this embodiment. In FIG. 5, the same reference numerals are given to the same functions as those in FIG. The wavelength converter shown in FIG. 5 is configured such that the input light and the converted light have opposite phases, while the wavelength converter shown in FIG. 4 has the same phase as the input light. In terms of configuration, the converted light selection unit (26) of the wavelength conversion device of FIG. 4 is not provided, and the thermal lens is formed in the thermal lens forming element (11) instead of the lens (25). The lens (28) for allowing only the conversion light (15a) having the normal opening angle when the thermal lens is formed is provided without entering the conversion light (15b) having an angle larger than the normal opening angle. Is. Accordingly, a lens (29) having a smaller diameter than the lens (27) is provided. With such a configuration, the phase of the obtained converted light (16) is opposite to that of FIG.

なお、熱レンズが形成されたときの、通常の開き角度より大きい角度の変換用光(15b)は、穴あきミラー等を用いて他の光路に分離させてもよいし、遮断するようにしてもよい。   Note that the conversion light (15b) having an angle larger than the normal opening angle when the thermal lens is formed may be separated into another optical path by using a perforated mirror or the like so as to be blocked. Also good.

次に、この出願のさらに別の実施形態の波長変換装置について説明する。   Next, a wavelength conversion device according to still another embodiment of this application will be described.

この実施形態の波長変換装置は、出射する変換光の偏光状態を、入射した信号光の偏光状態と異なる状態にしたものである。この場合、図4又は図5の波長変換装置の構成において、偏光状態を変化させる部材を変換用光(15)の途中、たとえばレンズ(22)と光混合器(23)の中間部に設ければよい。偏光状態を変化させる部材としては、ヨウ素を含有させた配向ポリビニルアルコール膜を設けたガラス板(いわゆるポラロイド板)等を用いることができる。   In the wavelength conversion device of this embodiment, the polarization state of outgoing converted light is different from the polarization state of incident signal light. In this case, in the configuration of the wavelength conversion device of FIG. 4 or FIG. 5, a member that changes the polarization state is provided in the middle of the conversion light (15), for example, in the middle of the lens (22) and the optical mixer (23). That's fine. As a member that changes the polarization state, a glass plate (so-called polaroid plate) provided with an oriented polyvinyl alcohol film containing iodine can be used.

また、この実施形態の波長変換装置では、偏光状態を変化させない状態と偏光状態を変化させた状態の変換光(16)を得るために、いずれかを選択できる機構としてもよい。   Moreover, in the wavelength converter of this embodiment, in order to obtain the converted light (16) in a state in which the polarization state is not changed and a state in which the polarization state is changed, any of the mechanisms may be selected.

次に、この出願の発明で用いる熱レンズ形成素子について詳述する。   Next, the thermal lens forming element used in the invention of this application will be described in detail.

[熱レンズ形成素子]
この出願の発明において、熱レンズ形成素子としてはたとえば積層膜型構造を有するものを好適に用いることができ、その積層膜の構成としてはたとえば以下のような組み合わせを挙げることができる。
(1)光吸収層膜単独。ただし、光吸収層膜は、文字通り「光吸収膜」単独の単層膜、あるいは、「光吸収膜/熱レンズ形成層」という2層構造、又は、「光吸収膜/熱レンズ形成層/光吸収膜」という3層構造の積層型薄膜のいずれであってもよい。なお、以下の(2)から(10)の「光吸収層膜」も上記同様の構造を含むものとする。
(2)光吸収層膜/保温層膜
(3)保温層膜/光吸収層膜/保温層膜
(4)光吸収層膜/伝熱層膜
(5)伝熱層膜/光吸収層膜/伝熱層膜
(6)光吸収層膜/保温層膜/伝熱層膜
(7)伝熱層膜/光吸収層膜/保温層膜
(8)伝熱層膜/光吸収層膜/保温層膜/伝熱層膜
(9)伝熱層膜/保温層膜/光吸収層膜/保温層膜
(10)伝熱層膜/保温層膜/光吸収層膜/保温層膜/伝熱層膜
(11)屈折率分布型レンズ/(光透過層/)上記(1)ないし(10)の熱レンズ形成素子
(12)屈折率分布型レンズ/(光透過層/)上記(1)ないし(10)の熱レンズ形成素子/(光透過層/)屈折率分布型レンズなお、上記「(光透過層/)」とは、必要に応じて光透過層を設けることを意味する。さらに、必要に応じて光の入射面及び出射面に反射防止膜(ARコート膜)を設けてもよい。
[Thermal lens forming element]
In the invention of this application, as the thermal lens forming element, for example, one having a laminated film type structure can be suitably used, and examples of the laminated film structure include the following combinations.
(1) The light absorbing layer film alone. However, the light absorption layer film is literally a single layer film of “light absorption film” alone, or a two-layer structure of “light absorption film / thermal lens formation layer”, or “light absorption film / thermal lens formation layer / light”. Any of the three-layer laminated thin film called “absorbing film” may be used. The following “light absorption layer film” from (2) to (10) includes the same structure as described above.
(2) Light absorption layer film / heat insulation layer film (3) Heat insulation layer film / light absorption layer film / heat insulation layer film (4) Light absorption layer film / heat transfer layer film (5) Heat transfer layer film / light absorption layer film / Heat transfer layer film (6) Light absorption layer film / Heat insulation layer film / Heat transfer layer film (7) Heat transfer layer film / Light absorption layer film / Heat insulation layer film (8) Heat transfer layer film / Light absorption layer film / Thermal insulation layer film / Heat transfer layer film (9) Heat transfer layer film / Heat insulation layer film / Light absorption layer film / Heat insulation layer film (10) Heat transfer layer film / Heat insulation layer film / Light absorption layer film / Heat insulation layer film / Transmission Thermal layer film (11) Refractive index distribution type lens / (Light transmission layer /) Thermal lens forming element of (1) to (10) above (12) Refractive index distribution type lens / (Light transmission layer /) Above (1) (10) Thermal lens forming element / (light transmissive layer /) gradient index lens The above “(light transmissive layer /)” means that a light transmissive layer is provided if necessary. Furthermore, an antireflection film (AR coating film) may be provided on the light incident surface and the light emitting surface as necessary.

熱レンズ形成素子の構成の一例を例示した断面図を図6に示す。図6に例示するように、熱レンズ形成素子(500)は、信号光(509)及び変換用光(508)の入射側から、たとえば、屈折率分布型レンズ(507)/光透過層(506)/伝熱層膜(501)/光吸収層膜(503)/熱レンズ形成層(505)/光吸収層膜(504)/伝熱層膜(502)の順に積層されてなる。なお、図6に示す信号光(509)の光線は模式的なものであり、各層膜間における屈折を省略している。   FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an example of the configuration of the thermal lens forming element. As illustrated in FIG. 6, the thermal lens forming element (500) includes, for example, a gradient index lens (507) / light transmission layer (506) from the incident side of the signal light (509) and the conversion light (508). ) / Heat transfer layer film (501) / light absorption layer film (503) / thermal lens forming layer (505) / light absorption layer film (504) / heat transfer layer film (502). Note that the light rays of the signal light (509) shown in FIG. 6 are schematic, and refraction between the respective layer films is omitted.

熱レンズ形成素子の構成の別の一例を例示した断面図を図7に示す。図7に例示するように、熱レンズ形成素子(600)は、信号光(609)及び変換用光(608)の入射側から、たとえば、伝熱層膜(601)/光吸収層膜(603)/熱レンズ形成層(605)/光吸収層膜(604)/伝熱層膜(602)の順に積層されてなる。この場合、信号光(609)及び変換用光(608)は外部に設けた集光レンズ(610)によって集光されつつ、熱レンズ形成素子(600)に入射する。なお、図7に示す信号光(609)の光線は模式的なものであり、各層膜間における屈折を省略している。   FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating another example of the configuration of the thermal lens forming element. As illustrated in FIG. 7, the thermal lens forming element (600) has, for example, a heat transfer layer film (601) / light absorption layer film (603) from the incident side of the signal light (609) and the conversion light (608). ) / Thermal lens formation layer (605) / light absorption layer film (604) / heat transfer layer film (602). In this case, the signal light (609) and the conversion light (608) are incident on the thermal lens forming element (600) while being condensed by the condenser lens (610) provided outside. Note that the light rays of the signal light (609) shown in FIG. 7 are schematic, and refraction between the respective layer films is omitted.

さらにまた、色素溶液充填式熱レンズ形成素子を例示した模式図を図8に示す。図8に例示するように、色素溶液充填式熱レンズ形成素子(800)は、伝熱層膜として作用する入射・出射面ガラス(801)及び(802)、側面ガラス(803)及び(804)、底面ガラス(805)に囲まれた光学セル(809)の色素充填部(808)へ、導入管(806)の導入口(807)から光吸収層膜兼熱レンズ形成層として作用する色素溶液を充填し、導入口(807)を封じたものである。すなわち、伝熱層膜/光吸収層膜兼熱レンズ形成層/伝熱層膜という単純な素子構成のものである。   Furthermore, a schematic view illustrating a dye solution-filled thermal lens forming element is shown in FIG. As illustrated in FIG. 8, the dye solution-filled thermal lens forming element (800) includes incident and exit surface glasses (801) and (802), side glasses (803) and (804) acting as a heat transfer layer film. A dye solution that acts as a light absorption layer film and a thermal lens forming layer from the introduction port (807) of the introduction tube (806) to the dye filling portion (808) of the optical cell (809) surrounded by the bottom glass (805) And the inlet (807) is sealed. That is, it has a simple element structure of heat transfer layer film / light absorption layer film / heat lens forming layer / heat transfer layer film.

光吸収層膜、熱レンズ形成層、保温層膜、伝熱層膜、光透過層、及び屈折率分布型レンズの材料、作成方法、各々の膜厚などについて、以下に、順を追って説明する。   The materials of the light absorption layer film, the thermal lens formation layer, the heat retaining layer film, the heat transfer layer film, the light transmission layer, and the gradient index lens, the manufacturing method thereof, the thickness of each, and the like will be described below in order. .

なお、この出願の発明で用いられる光吸収層膜、熱レンズ形成層、保温層膜、伝熱層膜、光透過層、及び屈折率分布型レンズの材料は、その機能に支障をきたさない範囲において、加工性を向上させたり、光学素子としての安定性・耐久性を向上させるため、添加物として公知の酸化防止剤、紫外線吸収剤、一重項酸素クエンチャー、分散助剤などを含有してもよい。   The materials of the light absorption layer film, the thermal lens forming layer, the heat retaining layer film, the heat transfer layer film, the light transmission layer, and the gradient index lens used in the invention of this application are within the range that does not hinder the function. In order to improve processability and improve the stability and durability as an optical element, it contains known antioxidants, ultraviolet absorbers, singlet oxygen quenchers, dispersion aids, etc. as additives. Also good.

[光吸収層膜の材料]
この出願の発明で用いられる熱レンズ形成素子中の光吸収層膜に用いられる光吸収性の材料としては、公知の種々のものを使用することができる。
[Material of light absorption layer film]
Various known materials can be used as the light-absorbing material used for the light-absorbing layer film in the thermal lens forming element used in the invention of this application.

この出願の発明で用いられる熱レンズ形成素子中の光吸収層膜に用いられる光吸収性材料の例を具体的に挙げるならば、たとえば、GaAs、GaAsP、GaAlAs、InP、InSb、InAs、PbTe、InGaAsP、ZnSeなどの化合物半導体の単結晶、前記化合物半導体の微粒子をマトリックス材料中へ分散したもの、異種金属イオンをドープした金属ハロゲン化物(たとえば、臭化カリウム、塩化ナトリウムなど)の単結晶、前記金属ハロゲン化物(たとえば、臭化銅、塩化銅、塩化コバルトなど)の微粒子をマトリックス材料中へ分散したもの、銅などの異種金属イオンをドープしたCdS、CdSe、CdSeS、CdSeTeなどのカドミウムカルコゲナイドの単結晶、前記カドミウムカルコゲナイドの微粒子をマトリックス材料中に分散したもの、シリコン、ゲルマニウム、セレン、テルルなどの半導体単結晶薄膜、多結晶薄膜ないし多孔質薄膜、シリコン、ゲルマニウム、セレン、テルルなどの半導体微粒子をマトリックス材料中へ分散したもの、ルビー、アレキサンドライト、ガーネット、Nd:YAG、サファイア、Ti:サファイア、Nd:YLFなど、金属イオンをドープした宝石に相当する単結晶(いわゆるレーザー結晶)、金属イオン(たとえば、鉄イオン)をドープしたニオブ酸リチウム(LiNbO3)、LiB35、LiTaO3、KTiOPO4、KH2PO4、KNbO3、BaB22などの強誘電性結晶、金属イオン(たとえば、ネオジウムイオン、エルビウムイオンなど)をドープした石英ガラス、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、その他のガラスなどのほか、マトリックス材料中に色素を溶解又は分散したもの、及び、非晶質の色素凝集体を好適に使用することができる。 If the example of the light absorptive material used for the light absorption layer film | membrane in the thermal lens formation element used by invention of this application is specifically mentioned, for example, GaAs, GaAsP, GaAlAs, InP, InSb, InAs, PbTe, Single crystals of compound semiconductors such as InGaAsP and ZnSe, fine particles of the compound semiconductor dispersed in a matrix material, single crystals of metal halides doped with different metal ions (for example, potassium bromide, sodium chloride, etc.), Single particles of cadmium chalcogenides such as CdS, CdSe, CdSeS, CdSeTe, etc., in which fine particles of metal halide (for example, copper bromide, copper chloride, cobalt chloride, etc.) are dispersed in a matrix material, or doped with different metal ions such as copper Crystals, fine particles of the cadmium chalcogenide Dispersed in trix material, semiconductor single crystal thin film such as silicon, germanium, selenium, tellurium, polycrystalline thin film or porous thin film, dispersed semiconductor fine particles such as silicon, germanium, selenium, tellurium in matrix material, Ruby, alexandrite, garnet, Nd: YAG, sapphire, Ti: sapphire, Nd: YLF, etc. Single crystal (so-called laser crystal) corresponding to gems doped with metal ions, Niobium doped with metal ions (for example, iron ions) Ferroelectric crystals such as lithium oxide (LiNbO 3 ), LiB 3 O 5 , LiTaO 3 , KTiOPO 4 , KH 2 PO 4 , KNbO 3 , BaB 2 O 2 , metal ions (for example, neodymium ions, erbium ions, etc.) Doped quartz glass, soda glass, ho In addition to silicate glass and other glasses, those obtained by dissolving or dispersing a dye in a matrix material and amorphous dye aggregates can be preferably used.

これらの中でも、マトリックス材料中に色素を溶解又は分散したものは、マトリックス材料及び色素の選択範囲が広く、かつ熱レンズ形成素子への加工も容易であるため、特に好適に用いることができる。   Among these, those in which a dye is dissolved or dispersed in a matrix material can be used particularly suitably because the selection range of the matrix material and the dye is wide and processing into a thermal lens forming element is easy.

この出願の発明で用いることができる色素の具体例としては、たとえば、ローダミンB、ローダミン6G、エオシン、フロキシンBなどのキサンテン系色素、アクリジンオレンジ、アクリジンレッドなどのアクリジン系色素、エチルレッド、メチルレッドなどのアゾ色素、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、3,3'−ジエチルチアカルボシアニンヨージド、3,3'−ジエチルオキサジカルボシアニンヨージドなどのシアニン色素、エチル・バイオレット、ビクトリア・ブルーRなどのトリアリールメタン系色素、ナフトキノン系色素、アントラキノン系色素、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド系色素、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド系色素などを好適に使用することができる。   Specific examples of the dye that can be used in the invention of this application include xanthene dyes such as rhodamine B, rhodamine 6G, eosin and phloxine B, acridine dyes such as acridine orange and acridine red, ethyl red, and methyl red. Azo dyes, porphyrin dyes, phthalocyanine dyes, cyanine dyes such as 3,3′-diethylthiacarbocyanine iodide, 3,3′-diethyloxadicarbocyanine iodide, ethyl violet, Victoria Blue R Triarylmethane dyes such as naphthoquinone dyes, anthraquinone dyes, naphthalenetetracarboxylic acid diimide dyes, and perylenetetracarboxylic acid diimide dyes can be preferably used.

この出願の発明では、これらの色素を単独で、又は、2種以上を混合して使用することができる。   In the invention of this application, these dyes can be used alone or in admixture of two or more.

この出願の発明で用いることのできるマトリックス材料は、
(1)この出願の発明で用いられる光の波長領域で透過率が高いこと、
(2)この出願の発明で用いられる色素又は種々の微粒子を安定性良溶解又は分散できること、
という条件を満足するものであれば任意のものを使用することができる。
The matrix material that can be used in the invention of this application is:
(1) High transmittance in the wavelength region of light used in the invention of this application;
(2) The dye or various fine particles used in the invention of this application can be dissolved or dispersed with good stability.
Any material can be used as long as the above condition is satisfied.

無機系固体状のマトリックス材料としては、たとえば金属ハロゲン化物の単結晶、金属酸化物の単結晶、金属カルコゲナイドの単結晶、石英ガラス、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラスなどの他、いわゆるゾルゲル法で作成された低融点ガラス材料などを使用することができる。   Examples of inorganic solid matrix materials include metal halide single crystals, metal oxide single crystals, metal chalcogenide single crystals, quartz glass, soda glass, borosilicate glass, and so-called sol-gel methods. Other low melting glass materials can be used.

無機系液体状のマトリックス材料としては、水、水ガラス(アルカリケイ酸塩の濃厚水溶液)、塩酸、硫酸、硝酸、王水、クロルスルホン酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、などを使用することができる。   Water, water glass (concentrated aqueous solution of alkali silicate), hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, aqua regia, chlorosulfonic acid, methanesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, etc. are used as the inorganic liquid matrix material. be able to.

また、有機系液体状のマトリックス材料として、たとえば種々の有機溶剤を使用することができる。有機溶剤としては、具体的には、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、n−ブタノール、アミルアルコール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコールなどのアルコール類、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリンなどの多価アルコール類、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸アミル、酢酸イソプロピルなどのエステル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、メトキシエタノール、エトキシエタノール、ブトキシエタノール、カルビトールなどのエーテル類、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキサンなどの環状エーテル類、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクレン、ブロモホルム、ジブロモメタン、ジヨードメタンなどのハロゲン化炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、ニトロベンゼン、アニソール、α−クロロナフタレンなどの芳香族炭化水素類、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、シクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ヘキサメチルホスホリックトリアミドなどのアミド類、N−メチルピロリドンなどの環状アミド類、テトラメチル尿素、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンなどの尿素誘導体類、ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類、炭酸エチレン、炭酸プロピレンなどの炭酸エステル類、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル類、ピリジン、キノリンなどの含窒素複素環化合物類、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、ジエチルアミノアルコール、アニリンなどのアミン類、クロル酢酸、トリクロル酢酸、トリフルオロ酢酸、酢酸などの有機酸の他、ニトロメタン、二硫化炭素、スルホランなどの溶剤を用いることができる。これらの溶剤は、また、複数の種類のものを混合して用いてもよい。   In addition, as the organic liquid matrix material, for example, various organic solvents can be used. Specific examples of the organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, n-butanol, amyl alcohol, cyclohexanol, and benzyl alcohol, polyhydric alcohols such as ethylene glycol, diethylene glycol, and glycerin, ethyl acetate, Esters such as n-butyl acetate, amyl acetate, isopropyl acetate, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, ethers such as diethyl ether, dibutyl ether, methoxyethanol, ethoxyethanol, butoxyethanol, carbitol , Tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, cyclic ethers such as 1,3-dioxane, dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, 1,2-dichloro Halogenated hydrocarbons such as loethane, 1,1,2-trichloroethane, trichlene, bromoform, dibromomethane, diiodomethane, aroma such as benzene, toluene, xylene, chlorobenzene, o-dichlorobenzene, nitrobenzene, anisole, α-chloronaphthalene Hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons such as n-pentane, n-hexane, n-heptane and cyclohexane, amides such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide and hexamethylphosphoric triamide Cyclic amides such as N-methylpyrrolidone, urea derivatives such as tetramethylurea and 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, sulfoxides such as dimethylsulfoxide, carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate, Ace Nitriles such as tonitrile, propionitrile and benzonitrile, nitrogen-containing heterocyclic compounds such as pyridine and quinoline, amines such as triethylamine, triethanolamine, diethylaminoalcohol and aniline, chloroacetic acid, trichloroacetic acid, trifluoroacetic acid, In addition to organic acids such as acetic acid, solvents such as nitromethane, carbon disulfide, and sulfolane can be used. These solvents may be used as a mixture of a plurality of types.

さらに、有機系のマトリックス材料としては、液体状、固体状又はゴム状の有機高分子材料を使用することができる。その具体例としては、ポリスチレン、ポリ(α−メチルスチレン)、ポリインデン、ポリ(4−メチル−1−ペンテン)、ポリビニルピリジン、ポリビニルホルマール、ポリビニルアセタール、ポリビニルブチラール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルエチルエーテル、ポリビニルベンジルエーテル、ポリビニルメチルケトン、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、ポリ(N−ビニルピロリドン)、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリメタクリル酸ベンジル、ポリメタクリル酸シクロヘキシル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸アミド、ポリメタクリロニトリル、ポリアセトアルデヒド、ポリクロラール、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート類(ビスフェノール類+炭酸)、ポリ(ジエチレングリコール・ビスアリルカーボネイト)類、6−ナイロン、6,6−ナイロン、12−ナイロン、6,12−ナイロン、ポリアスパラギン酸エチル、ポリグルタミン酸エチル、ポリリジン、ポリプロリン、ポリ(γ−ベンジル−L−グルタメート)、メチルセルロース、エチルセルロース、ベンジルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、アセチルセルロース、セルローストリアセテート、セルローストリブチレート、アルキド樹脂(無水フタル酸+グリセリン)、脂肪酸変性アルキド樹脂(脂肪酸+無水フタル酸+グリセリン)、不飽和ポリエステル樹脂(無水マレイン酸+無水フタル酸+プロピレングリコール)、エポキシ樹脂(ビスフェノール類+エピクロルヒドリン)、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂、トルエン樹脂、グアナミン樹脂などの樹脂、ポリ(フェニルメチルシラン)などの有機ポリシラン、有機ポリゲルマン及びこれらの共重合・共重縮合体が挙げられる。また、二硫化炭素、四フッ化炭素、エチルベンゼン、パーフルオロベンゼン、パーフルオロシクロヘキサン又はトリメチルクロロシラン等、通常では重合性のない化合物をプラズマ重合して得た高分子化合物などを使用することができる。さらに、これらの有機高分子化合物に色素の残基をモノマー単位の側鎖として、もしくは架橋基として、共重合モノマー単位として、又は重合開始末端として結合させたものをマトリックス材料として使用することもできる。さらに、前記の色素残基とマトリックス材料が化学結合を形成していてもよい。   Furthermore, as the organic matrix material, a liquid, solid or rubber-like organic polymer material can be used. Specific examples thereof include polystyrene, poly (α-methylstyrene), polyindene, poly (4-methyl-1-pentene), polyvinylpyridine, polyvinyl formal, polyvinyl acetal, polyvinyl butyral, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polychlorinated. Vinyl, polyvinylidene chloride, polyvinyl methyl ether, polyvinyl ethyl ether, polyvinyl benzyl ether, polyvinyl methyl ketone, poly (N-vinyl carbazole), poly (N-vinyl pyrrolidone), methyl polyacrylate, polyethyl acrylate, polyacryl Acid, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, polybutyl methacrylate, polybenzyl methacrylate, polycyclohexyl methacrylate, polymethacrylic acid, Rimethacrylamide, polymethacrylonitrile, polyacetaldehyde, polychloral, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polycarbonates (bisphenols + carbonic acid), poly (diethylene glycol bisallyl carbonate), 6- Nylon, 6,6-nylon, 12-nylon, 6,12-nylon, polyethyl aspartate, ethyl polyglutamate, polylysine, polyproline, poly (γ-benzyl-L-glutamate), methylcellulose, ethylcellulose, benzylcellulose, Hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, acetyl cellulose, cellulose triacetate, cellulose tributyrate, alkyd Fat (phthalic anhydride + glycerin), fatty acid-modified alkyd resin (fatty acid + phthalic anhydride + glycerin), unsaturated polyester resin (maleic anhydride + phthalic anhydride + propylene glycol), epoxy resin (bisphenols + epichlorohydrin), polyurethane Resins, phenol resins, urea resins, melamine resins, xylene resins, toluene resins, guanamine resins and other resins, organic polysilanes such as poly (phenylmethylsilane), organic polygermanes, and copolymers / copolycondensates thereof. . In addition, a polymer compound obtained by plasma polymerization of a compound that is not normally polymerizable, such as carbon disulfide, carbon tetrafluoride, ethylbenzene, perfluorobenzene, perfluorocyclohexane, or trimethylchlorosilane, can be used. Furthermore, those obtained by bonding the residue of the dye to these organic polymer compounds as a side chain of the monomer unit, as a crosslinking group, as a copolymerization monomer unit, or as a polymerization initiation terminal can also be used as a matrix material. . Further, the dye residue and the matrix material may form a chemical bond.

これらのマトリックス材料中へ色素を溶解又は分散させるには公知の方法を用いることができる。たとえば、色素とマトリックス材料を共通の溶媒中へ溶解して混合した後、溶媒を蒸発させて除去する方法、ゾルゲル法で製造する無機系マトリックス材料の原料溶液へ色素を溶解又は分散させてからマトリックス材料を形成する方法、有機高分子系マトリックス材料のモノマー中へ、必要に応じて溶媒を用いて、色素を溶解又は分散させてから該モノマーを重合ないし重縮合させてマトリックス材料を形成する方法、色素と有機高分子系マトリックス材料を共通の溶媒中に溶解した溶液を、色素及び熱可塑性の有機高分子系マトリックス材料の両方が不溶の溶剤中へ滴下し、生じた沈殿を濾別し乾燥してから加熱・溶融加工する方法などを好適に用いることができる。色素とマトリックス材料の組み合わせ及び加工方法を工夫することで、色素分子を凝集させ、「H会合体」や「J会合体」などと呼ばれる特殊な会合体を形成させられることが知られているが、マトリックス材料中の色素分子をこのような凝集状態もしくは会合状態を形成する条件で使用してもよい。   A known method can be used to dissolve or disperse the dye in these matrix materials. For example, the dye and matrix material are dissolved and mixed in a common solvent, then the solvent is evaporated and removed, or the dye is dissolved or dispersed in the raw material solution of the inorganic matrix material produced by the sol-gel method, and then the matrix A method of forming a material, a method of forming a matrix material by dissolving or dispersing a dye in a monomer of an organic polymer matrix material, if necessary, and then polymerizing or polycondensing the monomer; A solution prepared by dissolving a dye and an organic polymer matrix material in a common solvent is dropped into a solvent in which both the dye and the thermoplastic organic polymer matrix material are insoluble, and the resulting precipitate is filtered and dried. For example, a method of heating / melting can be preferably used. It is known that by combining the dye and the matrix material and processing methods, the dye molecules can be aggregated to form a special aggregate called “H aggregate” or “J aggregate”. The dye molecules in the matrix material may be used under conditions that form such an aggregated state or an associated state.

また、これらのマトリックス材料中へ前記の種々の微粒子を分散させるには公知の方法を用いることができる。たとえば、前記微粒子をマトリックス材料の溶液、又は、マトリックス材料の前駆体の溶液に分散した後、溶媒を除去する方法、有機高分子系マトリックス材料のモノマー中へ、必要に応じて溶媒を用いて、前記微粒子を分散させてから該モノマーを重合ないし重縮合させてマトリックス材料を形成する方法、微粒子の前駆体として、たとえば過塩素酸カドミウムや塩化金などの金属塩を有機高分子系マトリックス材料中へ溶解又は分散した後、硫化水素ガスで処理して硫化カドミウムの微粒子を、又は、熱処理することで金の微粒子を、それぞれマトリックス材料中に析出させる方法、化学的気相成長法、スパッタリング法などを好適に用いることができる。   A known method can be used to disperse the various fine particles in these matrix materials. For example, after the fine particles are dispersed in a matrix material solution or a matrix material precursor solution, a method of removing the solvent, into the monomer of the organic polymer matrix material, if necessary, using a solvent, A method for forming a matrix material by polymerizing or polycondensing the monomer after dispersing the fine particles, and as a precursor of the fine particles, for example, a metal salt such as cadmium perchlorate or gold chloride into an organic polymer matrix material. After dissolution or dispersion, a method of depositing fine particles of cadmium sulfide by treatment with hydrogen sulfide gas or gold fine particles by heat treatment, respectively, a chemical vapor deposition method, a sputtering method, etc. It can be used suitably.

色素を単独で、光散乱の少ない非晶質状態(アモルファス)の薄膜として存在させることができる場合は、マトリックス材料を用いずに、非晶質色素膜を光吸収層膜として用いることもできる。   In the case where the dye can be present alone as an amorphous thin film with little light scattering, an amorphous dye film can also be used as the light absorption layer film without using a matrix material.

また、色素を単独で、光散乱を起こさない微結晶凝集体として存在させることができる場合は、マトリックス材料を用いずに、色素の微結晶凝集体を光吸収層膜として用いることもできる。この出願の発明で用いられる熱レンズ形成素子におけるように、光吸収層膜としての色素微結晶凝集体が、熱レンズ形成層(樹脂など)、伝熱層膜(ガラスなど)及び保温層膜(樹脂など)の少なくとも一方と積層されて存在する場合、前記色素微小結晶の粒子径が信号光の波長と変換用光の波長を比べて短い方の波長の1/5を超えない大きさであれば、実質的に光散乱を起こさない。   In addition, when the dye can be present alone as a microcrystal aggregate that does not cause light scattering, the microcrystal aggregate of the dye can be used as the light absorption layer film without using the matrix material. As in the thermal lens forming element used in the invention of this application, the dye microcrystal aggregates as the light absorption layer film are composed of a thermal lens forming layer (resin etc.), a heat transfer layer film (glass etc.) and a heat insulating layer film ( In the case where the particle diameter of the dye microcrystal is not larger than 1/5 of the shorter wavelength of the wavelength of the signal light and the wavelength of the conversion light. In this case, substantially no light scattering occurs.

[光吸収層膜の材料、信号光の波長帯域、及び変換用光の波長帯域の組み合わせ]
この出願の発明で使用される光吸収層膜の材料、信号光の波長帯域、及び変換用光の波長帯域は、これらの組み合わせとして、使用目的に応じて適切な組み合わせを選定し用いることができる。
[Combination of light absorption layer material, wavelength band of signal light, and wavelength band of conversion light]
The material of the light absorption layer film, the wavelength band of the signal light, and the wavelength band of the conversion light used in the invention of this application can be selected and used as an appropriate combination according to the purpose of use. .

具体的な設定手順としては、たとえば、まず、使用目的に応じて信号光と変換用光のそれぞれの波長ないし波長帯域の組合せを決定し、それらに最適な光吸収層膜の材料を選定すればよい。光の波長の組み合わせを選定すればよい。   As a specific setting procedure, for example, first, the combination of the wavelength or wavelength band of the signal light and the conversion light is determined according to the purpose of use, and the most suitable material for the light absorption layer film is selected. Good. A combination of light wavelengths may be selected.

[光吸収層膜の材料の組成、光吸収層膜中の光吸収層膜の膜厚、及び熱レンズ形成層の膜厚]
この出願の発明で用いられる熱レンズ形成素子において、光吸収層膜は、「光吸収膜」単独の単層膜、あるいは、「光吸収膜/熱レンズ形成層」という2層構造、又は、「光吸収膜/熱レンズ形成層/光吸収膜」という3層構造の積層型薄膜のいずれであってもよく、光吸収層膜全体の厚さは、収束された変換用光の共焦点距離の2倍を超えないことが好ましい。さらに、一層高速な応答速度を目指す場合は、前記積層型薄膜からなる光吸収層膜の厚さは、収束された変換用光の共焦点距離の1倍を超えないことが好ましい。
[Composition of material of light absorption layer film, film thickness of light absorption layer film in light absorption layer film, and film thickness of thermal lens forming layer]
In the thermal lens forming element used in the invention of this application, the light absorption layer film is a single layer film of “light absorption film” alone, or a two-layer structure of “light absorption film / thermal lens formation layer”, or “ Any of the three-layered laminated thin films of “light absorption film / thermal lens forming layer / light absorption film” may be used, and the total thickness of the light absorption layer film is determined by the confocal distance of the converged conversion light. It is preferable not to exceed 2 times. Furthermore, when aiming at a higher response speed, it is preferable that the thickness of the light absorption layer film composed of the laminated thin film does not exceed one time the confocal distance of the converged conversion light.

このような条件の中で、この出願の発明で用いられる光吸収層膜の材料の組成及び光吸収層膜中の光吸収膜(1又は2枚)の膜厚については、これらの組み合わせとして、光吸収層膜を透過する変換用光及び信号光の透過率を基準にして設定することができる。たとえば、まず、光吸収層膜の材料の組成の内、少なくとも変換用光あるいは信号光を吸収する成分の濃度を決定し、次いで、熱レンズ形成素子を透過する変換用光及び信号光の透過率が特定の値になるよう光吸収層膜中の光吸収膜(1又は2枚)の膜厚を設定することができる。又は、まず、たとえば装置設計上の必要に応じて、光吸収層膜中の光吸収膜(1又は2枚)の膜厚を特定の値に設定した後、熱レンズ形成素子を透過する変換用光及び信号光の透過率が特定の値になるよう光吸収層膜の材料の組成を調整することができる。   Under such conditions, the composition of the material of the light absorption layer film used in the invention of this application and the film thickness of the light absorption film (1 or 2 sheets) in the light absorption layer film, It can be set on the basis of the transmissivity of the conversion light and the signal light transmitted through the light absorption layer film. For example, first, the concentration of the component that absorbs at least the conversion light or the signal light in the composition of the material of the light absorption layer film is determined, and then the transmittance of the conversion light and the signal light transmitted through the thermal lens forming element. The film thickness of the light absorption film (1 or 2) in the light absorption layer film can be set so that becomes a specific value. Or, first, for example, according to the design requirements of the device, the film thickness of the light absorbing film (one or two) in the light absorbing layer film is set to a specific value, and then converted through the thermal lens forming element. The composition of the material of the light absorption layer film can be adjusted so that the light and signal light transmittances have specific values.

この出願の発明で用いられる熱レンズ形成素子から、できる限り低い光パワーで充分な大きさ及び高速度の熱レンズ効果を引き出すために最適な、光吸収層膜を透過する変換用光及び信号光の透過率の値は、それぞれ、次に示す通りである。   Conversion light and signal light that pass through the light-absorbing layer film, which is optimal for extracting a sufficient size and high-speed thermal lens effect with the lowest possible optical power from the thermal lens forming element used in the invention of this application The transmittance values are as follows.

この出願の発明で用いられる熱レンズ形成素子においては、熱レンズ形成素子中の光吸収層膜を伝播する変換用光の透過率が90%ないし0%になるよう光吸収層膜中の光吸収成分の濃度及び存在状態の制御、光吸収層膜中の光吸収膜(1又は2枚)の膜厚設定を行うことが推奨される。   In the thermal lens forming element used in the invention of this application, the light absorption in the light absorbing layer film is such that the transmittance of the conversion light propagating through the light absorbing layer film in the thermal lens forming element is 90% to 0%. It is recommended to control the concentration and presence state of the components and set the film thickness of the light absorption film (1 or 2) in the light absorption layer film.

一方、信号光を照射しない状態において、熱レンズ形成素子中の光吸収層膜を伝播する変換用光の透過率が下限として10%以上、また、上限としては100%に限りなく近づくよう光吸収層膜中の光吸収成分の濃度及び存在状態の制御、光吸収層膜中の光吸収膜(1又は2枚)の膜厚設定を行うことが推奨される。   On the other hand, in the state where no signal light is irradiated, the light absorption is such that the transmittance of the conversion light propagating through the light absorbing layer film in the thermal lens forming element approaches 10% or more as the lower limit and 100% as the upper limit. It is recommended to control the concentration and existence state of the light absorption component in the layer film and to set the film thickness of the light absorption film (1 or 2 sheets) in the light absorption layer film.

光吸収層膜中の熱レンズ形成層膜厚の下限は、以下に記載するように、熱レンズ形成層の材料に応じて選定される。   The lower limit of the thermal lens forming layer thickness in the light absorbing layer film is selected according to the material of the thermal lens forming layer as described below.

[光吸収層膜中の熱レンズ形成層の材料及び熱レンズ形成層の膜厚]
単層の光吸収膜そのものが、熱レンズ形成層として作用してもよいが、光吸収と熱レンズ形成の機能を別々の材料に分担させて、各々選択された最適の材料を積層して使用することが好ましい。
[Material of Thermal Lens Formation Layer in Light Absorption Layer Film and Film Thickness of Thermal Lens Formation Layer]
The single-layer light absorption film itself may act as a thermal lens forming layer, but the functions of light absorption and thermal lens formation are shared by different materials, and each selected optimal material is used in layers. It is preferable to do.

光吸収層膜中の熱レンズ形成層の材料としては液体、液晶、及び、固体の材料を用いることができる。特に、熱レンズ形成層が、非晶質の有機化合物、有機化合物液体、及び液晶からなる群から選ばれる有機化合物からなると好適である。なお、熱レンズ形成層の材質が液晶及び液体の場合、たとえば、光吸収膜及び伝熱層膜の少なくとも一方を自己形態保持性の材質で作成し、熱レンズ形成層の厚さに相当する空乏を設け、そこへ流動状態の熱レンズ形成層材料を注入することで、熱レンズ形成層を作成することができる。一方、熱レンズ形成層の材質が固体の場合は、熱レンズ形成層の片面又は両面に光吸収膜を積層させて作成すればよい。   As the material of the thermal lens forming layer in the light absorption layer film, liquid, liquid crystal, and solid material can be used. In particular, the thermal lens forming layer is preferably made of an organic compound selected from the group consisting of an amorphous organic compound, an organic compound liquid, and a liquid crystal. When the material of the thermal lens forming layer is liquid crystal or liquid, for example, at least one of the light absorption film and the heat transfer layer film is made of a self-form-retaining material, and the depletion corresponding to the thickness of the thermal lens forming layer is made. And a thermal lens forming layer material in a fluid state is injected into the thermal lens forming layer. On the other hand, when the material of the thermal lens forming layer is solid, the thermal lens forming layer may be formed by laminating a light absorption film on one or both sides.

熱レンズ形成層の材質は単一でなくともよく、たとえば、複数種類の固体の積層膜であってもよく、また、固体と液体を積層させたものであってもよい。   The thermal lens forming layer may not be made of a single material, and may be a laminated film of a plurality of types of solids, or may be a laminate of a solid and a liquid.

熱レンズ形成層の厚さは、用いる材料の種類にもよるが、数ナノメートルから1mmの範囲の厚さであればよく、数十ナノメートルから数百μmの範囲であれば特に好適である。   Although the thickness of the thermal lens forming layer depends on the type of material used, the thickness may be in the range of several nanometers to 1 mm, and particularly preferably in the range of several tens of nanometers to several hundreds of micrometers. .

前述のように、熱レンズ形成層と1又は2枚の光吸収膜を積層してなる光吸収層膜の合計の厚さは、収束された前記信号の共焦点距離の2倍を超えないことが好ましい。   As described above, the total thickness of the light absorbing layer film formed by laminating the thermal lens forming layer and one or two light absorbing films should not exceed twice the confocal distance of the converged signal. Is preferred.

光吸収層膜中の熱レンズ形成層の材料としては液体、液晶、及び、固体の材料を用いることができるが、いずれの場合も屈折率の温度依存性が大きい材料が好ましい。   As the material for the thermal lens forming layer in the light absorption layer film, liquid, liquid crystal, and solid material can be used. In any case, a material having a large temperature dependence of the refractive index is preferable.

代表的な有機化合物液体及び水の屈折率温度依存性の物性値は文献[D.Solimini:J.Appl.Phys.,vol.37,3314(1966)]に記載されている。波長633nmの光に対する屈折率の温度変化[単位:1/K]は、水(0.8×10-4)よりもメタノール(3.9×10-4)などのアルコールが大きく、さらに、シクロペンタン(5.7×10-4)、ベンゼン(6.4×10-4)、クロロホルム(5.8×10-4)、ベンゼン(6.4×10-4)、二硫化炭素(7.7×10-4)などの非水素結合性有機溶剤が大きい。 Typical organic compound liquid and water refractive index temperature-dependent physical property values are described in the literature [D. Solini: J.M. Appl. Phys. , Vol. 37, 3314 (1966)]. The temperature change [unit: 1 / K] of the refractive index with respect to light having a wavelength of 633 nm is larger in alcohol such as methanol (3.9 × 10 −4 ) than in water (0.8 × 10 −4 ). Pentane (5.7 × 10 −4 ), benzene (6.4 × 10 −4 ), chloroform (5.8 × 10 −4 ), benzene (6.4 × 10 −4 ), carbon disulfide (7. Non-hydrogen bonding organic solvents such as 7 × 10 −4 ) are large.

光吸収層膜中の熱レンズ形成層の材料として液晶を用いる場合、液晶としては、公知の任意のものを使用することができる。具体的には、種々のコレステロール誘導体、4'−n−ブトキシベンジリデン−4−シアノアニリン、4'−n−ヘキシルベンジリデン−4−シアノアニリンなどの4'−アルコキシベンジリデン−4−シアノアニリン類、4'−エトキシベンジリデン−4−n−ブチルアニリン、4'−メトキシベンジリデンアミノアゾベンゼン、4−(4'−メトキシベンジリデン)アミノビフェニル、4−(4'−メトキシベンジリデン)アミノスチルベンなどの4'−アルコキシベンジリデンアニリン類、4'−シアノベンジリデン−4−n−ブチトキシアニリン、4'−シアノベンジリデン−4−n−ヘキシルオキシアニリンなどの4'−シアノベンジリデン−4−アルコキシアニリン類、4'−n−ブトキシカルボニルオキシベンジリデン−4−メトキシアニリン、p−カルボキシフェニル・n−アミルカーボネイト、n−ヘプチル・4−(4'−エトキシフェノキシカルボニル)フェニルカーボネイトなどの炭酸エステル類、4−n−ブチル安息香酸・4'−エトキシフェニル、4−n−ブチル安息香酸・4'−オクチルオキシフェニル、4−n−ペンチル安息香酸・4'−ヘキシルオキシフェニルなどの4−アルキル安息香酸・4'−アルコキシフェニルエステル類、4,4'−ジ−n−アミルオキシアゾキシベンゼン、4,4'−ジ−n−ノニルオキシアゾキシベンゼンなどのアゾキシベンゼン誘導体、4−シアノ−4'−n−オクチルビフェニル、4−シアノ−4'−n−ドデシルビフェニルなどの4−シアノ−4'−アルキルビフェニル類などの液晶、及び(2S,3S)−3−メチル−2−クロロペンタノイック酸・4',4"−オクチルオキシビフェニル、4'−(2−メチルブチル)ビフェニル−4−カルボン酸・4−ヘキシルオキシフェニル、4'−オクチルビフェニル−4−カルボン酸・4−(2−メチルブチル)フェニルなどの強誘電性液晶を使用することができる。   When liquid crystal is used as the material of the thermal lens forming layer in the light absorption layer film, any known liquid crystal can be used. Specifically, various cholesterol derivatives, 4′-n-butoxybenzylidene-4-cyanoaniline, 4′-alkoxybenzylidene-4-cyanoanilines such as 4′-n-hexylbenzylidene-4-cyanoaniline, 4 4'-alkoxybenzylidene such as' -ethoxybenzylidene-4-n-butylaniline, 4'-methoxybenzylideneaminoazobenzene, 4- (4'-methoxybenzylidene) aminobiphenyl, 4- (4'-methoxybenzylidene) aminostilbene Anilines, 4′-cyanobenzylidene-4-n-butoxyaniline, 4′-cyanobenzylidene-4-alkoxyanilines such as 4′-cyanobenzylidene-4-n-hexyloxyaniline, 4′-n-butoxy Carbonyloxybenzylidene-4-methoxyaniline Carbonates such as p-carboxyphenyl, n-amyl carbonate, n-heptyl, 4- (4′-ethoxyphenoxycarbonyl) phenyl carbonate, 4-n-butylbenzoic acid, 4′-ethoxyphenyl, 4-n- 4-alkylbenzoic acid, 4′-alkoxyphenyl esters such as butylbenzoic acid, 4′-octyloxyphenyl, 4-n-pentylbenzoic acid, 4′-hexyloxyphenyl, 4,4′-di-n- Azoxybenzene derivatives such as amyloxyazoxybenzene, 4,4′-di-n-nonyloxyazoxybenzene, 4-cyano-4′-n-octylbiphenyl, 4-cyano-4′-n-dodecylbiphenyl Liquid crystals such as 4-cyano-4′-alkylbiphenyls, and (2S, 3S) -3-methyl-2-chloropentano 4 ', 4 "-octyloxybiphenyl, 4'-(2-methylbutyl) biphenyl-4-carboxylic acid, 4-hexyloxyphenyl, 4'-octylbiphenyl-4-carboxylic acid, 4- (2 Ferroelectric liquid crystals such as -methylbutyl) phenyl can be used.

光吸収層膜中の熱レンズ形成層の材料として固体の材料を用いる場合は、光散乱が小さく屈折率の温度依存性の大きな、非晶質の有機化合物が特に好適である。具体的には、前記マトリックス材料と同様に、種々の有機高分子材料の中から光学用樹脂として公知のものを選定して使用することができる。文献[技術情報協会編、「最新光学用樹脂の開発、特性と高精度部品の設計、成形技術」、技術情報協会(1993)、P.35]に記載されている光学用樹脂の屈折率の温度変化[単位:1/K]は、たとえば、ポリ(メタクリル酸メチル)1.2×10-4、ポリカーボネート1.4×10-4、ポリスチレン1.5×10-4である。これらの樹脂を光吸収層膜中の熱レンズ形成層の材料として好適に使用することができる。 When a solid material is used as the material of the thermal lens forming layer in the light absorption layer film, an amorphous organic compound having a small light scattering and a large temperature dependency of the refractive index is particularly suitable. Specifically, similar to the matrix material, a known optical resin can be selected from various organic polymer materials and used. Document [Technical Information Association, “Development of Latest Optical Resins, Design of Properties and High Precision Parts, Molding Technology”, Technical Information Association (1993), P.A. 35], the refractive index change in temperature of the optical resin [unit: 1 / K] is, for example, poly (methyl methacrylate) 1.2 × 10 −4 , polycarbonate 1.4 × 10 −4 , Polystyrene 1.5 × 10 −4 . These resins can be suitably used as a material for the thermal lens forming layer in the light absorption layer film.

前記有機溶剤の屈折率温度依存性は前記光学用樹脂の場合よりも大きいというメリットがある反面、信号光照射による温度上昇が有機溶剤の沸点に到達すると沸騰してしまうという問題がある(高沸点の溶剤を用いる場合は問題ない)。これに対して、揮発性不純物を徹底的に除去した光学用樹脂は、たとえばポリカーボネートの場合、信号光照射による温度上昇が250℃を超えるような過酷な条件においても使用可能である。   While the refractive index temperature dependency of the organic solvent has a merit that it is greater than that of the optical resin, there is a problem that the organic solvent boils when the temperature rise due to signal light irradiation reaches the boiling point of the organic solvent (high boiling point). No problem when using other solvents). On the other hand, the optical resin from which volatile impurities have been thoroughly removed can be used even under severe conditions in which the temperature rise due to signal light irradiation exceeds 250 ° C., for example, in the case of polycarbonate.

[保温層膜]
保温層膜として気体を用いる場合は、空気の他、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどの不活性ガスを好適に用いることができる。
[Heat insulation layer film]
When a gas is used as the heat insulating layer film, an inert gas such as nitrogen, helium, neon, or argon can be suitably used in addition to air.

保温層膜として液体を用いる場合は、熱伝導率が光吸収層膜と同等か光吸収層膜よりも小さい材質であって、かつ、変換用光及び信号光を透過し、光吸収層膜の材質を溶解又は腐食しないものであれば、任意の液体を用いることができる。たとえば、光吸収層膜がシアニン色素を含有したポリメタクリル酸メチルからなる場合、流動性パラフィンを用いることができる。   When a liquid is used as the heat insulation layer film, the material has a thermal conductivity equal to or smaller than that of the light absorption layer film, and transmits the conversion light and the signal light. Any liquid can be used as long as it does not dissolve or corrode the material. For example, when the light absorbing layer film is made of polymethyl methacrylate containing a cyanine dye, fluid paraffin can be used.

保温層膜として固体を用いる場合は、熱伝導率が光吸収層膜(光吸収膜及び熱レンズ形成層)と同等か光吸収層膜よりも小さい材質であって、かつ、偏光用光及び信号光を透過し、光吸収層膜や伝熱層膜の材質と反応しないものであれば、任意の固体を用いることができる。たとえば、光吸収膜がシアニン色素を含有したポリメタクリル酸メチルからなる場合、色素を含まないポリメタクリル酸メチル[300Kにおける熱伝導率0.15Wm-1-1]を保温層膜として用いることができる。 When a solid is used as the heat insulating layer film, the heat conductivity is the same as or smaller than that of the light absorption layer film (light absorption film and thermal lens forming layer), and the polarization light and signal Any solid can be used as long as it transmits light and does not react with the material of the light absorption layer film or the heat transfer layer film. For example, when the light absorption film is made of polymethyl methacrylate containing a cyanine dye, polymethyl methacrylate [pigment-free polymethyl methacrylate [thermal conductivity at 300 K: 0.15 Wm −1 K −1 ]] is used as the heat insulating layer film. it can.

[伝熱層膜の材料]
伝熱層膜としては、熱伝導率が光吸収層膜よりも大きい材質が好ましく、変換用光及び信号光を透過し、光吸収層膜や保温層膜の材質と反応しないものであれば、任意のものを用いることができる。熱伝導率が高く、かつ、可視光線の波長帯域における光吸収が小さい材質として、たとえば、ダイアモンド[300Kにおける熱伝導率900Wm-1-1]、サファイア[同46Wm-1-1]、石英単結晶[c軸に平行方向で同10.4Wm-1-1]、石英ガラス[同1.38Wm-1-1]、硬質ガラス[同1.10Wm-1-1]などを伝熱層膜として好適に用いることができる。
[Material of heat transfer layer film]
As the heat transfer layer film, a material having a thermal conductivity larger than that of the light absorption layer film is preferable, as long as it transmits the conversion light and the signal light and does not react with the material of the light absorption layer film or the heat insulation layer film. Any thing can be used. Examples of materials having high thermal conductivity and low light absorption in the visible light wavelength band include diamond [thermal conductivity 900 Wm −1 K −1 at 300 K], sapphire [46 Wm −1 K −1 ], quartz. Single crystal [same as 10.4 Wm −1 K −1 in the direction parallel to the c-axis], quartz glass [1.38 Wm −1 K −1 ], hard glass [1.10 Wm −1 K −1 ], etc. It can be suitably used as a thermal layer film.

[光透過層の材料]
この出願の発明で用いられる熱レンズ形成素子は、信号光の収束手段としての屈折率分布型レンズが、光透過層を介して変換用光の入射側に積層されて設けられていてもよいが、光透過層の材質としては、固体の保温層膜及び/又は伝熱層膜の材質と同様のものを使用することができる。光透過層は、文字通り、信号光及び変換用光を効率よく透過させるだけでなく、屈折率分布型レンズを熱レンズ形成素子構成要素として接着するためのものである。いわゆる紫外線硬化型樹脂や電子線硬化型樹脂の内、信号光及び変換用光の波長帯域の光透過率の高いものを特に好適に用いることができる。
[Material of light transmission layer]
The thermal lens forming element used in the invention of this application may be provided with a gradient index lens as signal light converging means laminated on the incident side of the conversion light via a light transmission layer. As the material for the light transmission layer, the same materials as those for the solid heat insulating layer film and / or the heat transfer layer film can be used. The light transmission layer literally serves not only to efficiently transmit the signal light and the conversion light but also to adhere the gradient index lens as a thermal lens forming element component. Among so-called ultraviolet curable resins and electron beam curable resins, those having a high light transmittance in the wavelength band of signal light and conversion light can be particularly preferably used.

[熱レンズ形成素子の作成方法]
この出願の発明で用いられる熱レンズ形成素子の作成方法は、熱レンズ形成素子の構成及び使用する材料の種類に応じて任意に選定され、公知の方法を用いることができる。
[Method for creating thermal lens forming element]
The method for producing the thermal lens forming element used in the invention of this application is arbitrarily selected according to the configuration of the thermal lens forming element and the type of material used, and a known method can be used.

たとえば、熱レンズ形成素子中の光吸収膜に用いられる光吸収性の材料が、前述のような単結晶の場合、単結晶の切削・研磨加工によって、光吸収膜を作成することができる。   For example, when the light absorbing material used for the light absorbing film in the thermal lens forming element is a single crystal as described above, the light absorbing film can be formed by cutting and polishing the single crystal.

たとえば、色素を含有したマトリックス材料からなる光吸収膜、光学用樹脂からなる熱レンズ形成層、及び光学ガラスを伝熱層膜として組み合わせて用いた「伝熱層膜/光吸収膜/熱レンズ形成層/光吸収膜/伝熱層膜」という構成の熱レンズ形成素子を作成する場合、以下に列挙するような方法によって、まず、伝熱層膜上に光吸収膜を作成することができる。   For example, a “heat transfer layer film / light absorption film / thermal lens formation using a light absorption film made of a matrix material containing a dye, a thermal lens formation layer made of an optical resin, and optical glass as a heat transfer layer film” When a thermal lens forming element having a configuration of “layer / light absorption film / heat transfer layer film” is formed, a light absorption film can be first formed on the heat transfer layer film by the following method.

色素及びマトリックス材料を溶解した溶液を、伝熱層膜として用いられるガラス板上に塗布法、ブレードコート法、ロールコート法、スピンコート法、ディッピング法、スプレー法などの塗工法で塗工するか、あるいは、平版、凸版、凹版、孔版、スクリーン、転写などの印刷法で印刷して光吸収膜を形成する方法を用いてもよい。この場合、光吸収膜の形成にゾルゲル法による無機系マトリックス材料作成方法を利用することもできる。   Whether a solution in which a dye and a matrix material are dissolved is applied to a glass plate used as a heat transfer layer film by a coating method such as a coating method, a blade coating method, a roll coating method, a spin coating method, a dipping method, or a spray method. Alternatively, a method of forming a light-absorbing film by printing using a printing method such as a planographic plate, a relief plate, an intaglio plate, a stencil plate, a screen, or a transfer method may be used. In this case, an inorganic matrix material preparation method by a sol-gel method can be used for forming the light absorption film.

電着法、電解重合法、ミセル電解法(特開昭63−243298号公報)などの電気化学的成膜手法を用いることができる。   Electrochemical film formation methods such as electrodeposition, electropolymerization, and micelle electrolysis (Japanese Patent Laid-Open No. 63-243298) can be used.

さらに、水の上に形成させた単分子膜を移し取るラングミア・ブロジェット法を用いることができる。   Furthermore, a Langmere-Blodgett method that transfers a monomolecular film formed on water can be used.

原料モノマーの重合ないし重縮合反応を利用する方法として、たとえば、モノマーが液体の場合、キャスティング法、リアクション・インジェクション・モールド法、プラズマ重合法、及び、光重合法などが挙げられる。   Examples of the method utilizing polymerization or polycondensation reaction of raw material monomers include casting method, reaction injection molding method, plasma polymerization method, and photopolymerization method when the monomer is liquid.

昇華転写法、蒸着法、真空蒸着法、イオンビーム法、スパッタリング法、プラズマ重合法、CVD法、有機分子線蒸着法、などの方法を用いることもできる。   Sublimation transfer methods, vapor deposition methods, vacuum vapor deposition methods, ion beam methods, sputtering methods, plasma polymerization methods, CVD methods, organic molecular beam vapor deposition methods, and the like can also be used.

2成分以上の有機系光学材料を溶液又は分散液状態で各成分毎に設けた噴霧ノズルから高真空容器内に噴霧して基板上に堆積させ、加熱処理することを特徴とする複合型光学薄膜の製造方法(特許公報第2599569号)を利用することもできる。   A composite optical thin film characterized in that an organic optical material of two or more components is sprayed into a high vacuum container from a spray nozzle provided for each component in a solution or dispersion state, deposited on a substrate, and heat-treated The manufacturing method (Patent Publication No. 2599569) can also be used.

以上のような固体の光吸収膜の作成方法は、たとえば、固体の有機高分子材料からなる保温層膜を作成する場合にも、好適に使用することができる。   The method for producing a solid light-absorbing film as described above can be suitably used when, for example, a heat insulating layer film made of a solid organic polymer material is produced.

次いで、熱可塑性の光学用樹脂を用いて熱レンズ形成層を作成する場合、真空ホットプレス法(特開平4−99609号公報)を用いて「伝熱層膜/光吸収膜/熱レンズ形成層/光吸収膜/伝熱層膜」という構成の熱レンズ形成素子を作成することができる。すなわち、熱可塑性光学用樹脂の粉末又はシートを、上記の方法で表面に光吸収膜を形成した2枚の伝熱層膜(ガラス板)で挟み、高真空下、加熱・プレスすることによって、上記構成の積層型薄膜素子を作成することができる。   Next, when forming a thermal lens forming layer using a thermoplastic optical resin, a vacuum hot pressing method (Japanese Patent Laid-Open No. 4-99609) is used. A thermal lens forming element having a configuration of “/ light absorption film / heat transfer layer film” can be produced. That is, the thermoplastic optical resin powder or sheet is sandwiched between two heat transfer layer films (glass plates) having a light absorption film formed on the surface by the above method, and heated and pressed under high vacuum, A laminated thin film element having the above-described configuration can be produced.

[屈折率分布型レンズの材料と作成方法]
この出願の発明で用いられる熱レンズ形成素子は、信号光の収束手段としての屈折率分布型レンズが、光透過層を介して信号光の入射側に積層されて設けられていてもよいが、この屈折率分布型レンズの材料と作成方法としては、公知の、任意のものを使用することができる。
[Material and manufacturing method of gradient index lens]
The thermal lens forming element used in the invention of this application may be provided with a gradient index lens as a signal light converging means laminated on the signal light incident side through a light transmission layer, As the material and manufacturing method of the gradient index lens, known ones can be used.

たとえば、モノマーの浸透・拡散現象を利用して、屈折率分布型の屈折率分布型レンズを有機高分子系材質で作成することができる[M.Oikawa,K.Iga,T.Sanada:Jpn.J.Appl.Phys,20(1),L51−L54(1981)]。すなわち、モノマー交換技術によって、屈折率分布レンズを平坦な基板上にモノリシックに作ることができ、たとえば、低屈折率プラスチックとしてのメタクリル酸メチル(n=1.494)を、3.6mmφの円形ディスクのマスクのまわりから、高屈折率をもつポリイソフタル酸ジアクリル(n=1.570)の平坦なプラスチック基板中へ拡散させる。   For example, a refractive index distribution type refractive index distribution type lens can be made of an organic polymer material by utilizing a monomer penetration / diffusion phenomenon [M. Oikawa, K .; Iga, T .; Sanada: Jpn. J. et al. Appl. Phys, 20 (1), L51-L54 (1981)]. In other words, the refractive index distribution lens can be made monolithically on a flat substrate by the monomer exchange technique. For example, methyl methacrylate (n = 1.494) as a low refractive index plastic is used as a circular disk of 3.6 mmφ. Is diffused into a flat plastic substrate of polyisophthalic diacrylate (n = 1.570) having a high refractive index.

また、無機イオンの拡散現象を利用し、屈折率分布型の屈折率分布型レンズを無機ガラス系材質で作成することができる[M.Oikawa,K.Iga:Appl.Opt.,21(6),1052−1056(1982)]。すなわち、ガラス基板にマスクを付けてからフォトリソグラフィの手法により直径百μm前後の円形窓を設け、溶融塩に浸けてイオン交換により屈折率分布を形成させるに当たり、数時間に渡って電界を印加してイオン交換を促進させることによって、たとえば、直径0.9mm、焦点距離2mm、開口数NA=0.23のレンズを形成させることができる。   Further, a refractive index distribution type refractive index distribution type lens can be made of an inorganic glass material by utilizing the diffusion phenomenon of inorganic ions [M. Oikawa, K .; Iga: Appl. Opt. , 21 (6), 1052-1056 (1982)]. That is, after applying a mask to a glass substrate, a circular window with a diameter of about 100 μm is provided by a photolithography method, and an electric field is applied for several hours to form a refractive index distribution by ion exchange by immersing in molten salt. By promoting ion exchange, a lens having a diameter of 0.9 mm, a focal length of 2 mm, and a numerical aperture NA = 0.23 can be formed, for example.

[光学セル]
色素溶液充填式熱レンズ形成素子で用いられる光学セルは、色素溶液を保持する機能、及び色素溶液に実効的に形態を付与し、光吸収層膜兼熱レンズ形成層として作用させる機能を有し、さらに、収束されて照射される信号光及び制御光を受光して光応答性塑性物へ信号光及び変換用光を伝播させる機能、及び光応答性組成物を透過した後、発散していく変換用光を伝播させて出射する機能を有するものである。
[Optical cell]
The optical cell used in the dye solution-filled thermal lens forming element has a function of holding the dye solution and a function of effectively giving the dye solution a shape and acting as a light absorption layer film and a thermal lens forming layer. In addition, the signal light and the control light that are converged and irradiated are received and the signal light and the conversion light are propagated to the photoresponsive plastic material, and after passing through the photoresponsive composition, it diverges. It has a function of propagating and emitting conversion light.

色素溶液充填式熱レンズ形成素子で用いられる光学セルの形態は外部形態と内部形態に大別される。   The form of the optical cell used in the dye solution-filled thermal lens forming element is roughly classified into an external form and an internal form.

光学セルの外部形態は、この出願の発明の波長変換装置の構成に応じて、板状、直方体状、四角柱状などの形状のものが用いられる。   As the external form of the optical cell, a plate shape, a rectangular parallelepiped shape, a quadrangular prism shape or the like is used according to the configuration of the wavelength conversion device of the invention of this application.

光学セルの内部形態とは、すなわち、色素溶液充填部の形態であり、色素溶液に、実効的に形態を付与するものである。この出願の発明の波長変換装置の構成に応じて、光学セルの内部形態は、具体的には、たとえば薄膜、厚膜、板状、直方体状、四角柱状、凸レンズ状、凹レンズ状などの中から適宜選択することができる。   The internal form of the optical cell is a form of a dye solution filling portion, and effectively imparts a form to the dye solution. Depending on the configuration of the wavelength conversion device of the invention of this application, the internal form of the optical cell can be specifically selected from among, for example, a thin film, a thick film, a plate, a rectangular parallelepiped, a quadrangular prism, a convex lens, and a concave lens. It can be selected appropriately.

光学セルの構成及び材質は、下記の要件を満たすものであれば任意のものを使用することができる。
(1)上記のような外部形態及び内部形態を、使用条件において精密に維持できること。
(2)色素溶液に対して不活性であること・
(3)色素溶液を構成する諸成分の放散・透過・浸透による組成変化を防止できること。
(4)色素溶液が、酸素や水などの使用環境に存在する気体あるいは液体と接触することによって劣化することを防げることができること。
Any configuration and material of the optical cell can be used as long as the following requirements are satisfied.
(1) The external form and the internal form as described above can be accurately maintained under use conditions.
(2) Be inert to the dye solution
(3) It is possible to prevent composition changes due to diffusion, permeation, and penetration of various components constituting the dye solution.
(4) The dye solution can be prevented from deteriorating due to contact with a gas or liquid existing in the use environment such as oxygen or water.

光学セルの材質としては、具体的には、色素溶液の種類によらずソーダガラス、ホウセイ酸ガラスなどの種々の光学ガラス、石英ガラス、サファイアなどを好適に使用することができる。また、色素溶液の溶剤が水やアルコール系である場合、ポリ(メタクリル酸メチル)、ポリスチレン、ポリカーボネートなどのプラスチックを用いることもできる。   Specifically, as the material of the optical cell, various optical glasses such as soda glass and borosilicate glass, quartz glass, sapphire, and the like can be preferably used regardless of the type of the dye solution. In addition, when the solvent of the dye solution is water or alcohol, plastics such as poly (methyl methacrylate), polystyrene, and polycarbonate can be used.

なお、上記要件のうち、色素溶液の組成変化や劣化を防止する機能は、熱レンズ形成素子としての設計寿命の範囲内に限り発揮すればよい。   Of the above requirements, the function of preventing the composition change and deterioration of the dye solution only needs to be exhibited within the design life of the thermal lens forming element.

この出願の発明で用いられる他の光学要素、すなわち、集光レンズ、受光レンズ、波長選択透過フィルターなどを前記光学セルに組み込んだ一体構造の光学セルを用いることができる。   Other optical elements used in the invention of this application, that is, an optical cell having an integrated structure in which a condensing lens, a light receiving lens, a wavelength selective transmission filter, and the like are incorporated in the optical cell can be used.

[ビームウエスト直径の計算]
この出願の発明において熱レンズ効果を有効に利用するためには、焦点(集光点)近傍の光子密度が最も高い領域、すなわち「ビームウエスト」における変換用光のビーム断面積が、ビームウエストにおける信号光のビーム断面積を超えないように変換用光及び信号光のビーム断面の形状及び大きさをそれぞれ設定することが好ましい。
[Calculation of beam waist diameter]
In order to effectively use the thermal lens effect in the invention of this application, the beam cross-sectional area of the conversion light in the region with the highest photon density near the focal point (condensing point), that is, the “beam waist” is It is preferable to set the shapes and sizes of the beam cross sections of the conversion light and the signal light so as not to exceed the beam cross sectional area of the signal light.

以下、進行方向ビーム断面の電場の振幅分布、すなわち光束のエネルギー分布がガウス分布となっているガウスビームの場合について述べる。なお、以下の説明では、ビーム収束手段として集光レンズ(屈折率分布型レンズ)を用いる場合について説明するが、収束手段が凹面鏡や屈折率分散型レンズであっても同様である。   Hereinafter, the case of a Gaussian beam in which the amplitude distribution of the electric field in the cross section of the traveling direction beam, that is, the energy distribution of the luminous flux is a Gaussian distribution will be described. In the following description, a case where a condensing lens (refractive index distribution type lens) is used as the beam converging unit will be described. However, the same applies when the converging unit is a concave mirror or a refractive index dispersion type lens.

ガウスビームを、集光レンズなどで、開き角2θで収束させたときの焦点(301)近傍における光線束及び波面(300)の様子を図9に示す。ここで、波長λのガウスビームの直径2ωが最小になる位置を「ビームウエスト」という。以下、ビームウエスト直径を2ω0で表すものとする。光の回折作用のため、2ω0はゼロにはならず、有限の値をもつ。なお、ビーム半径ωやω0の定義は、ガウスビームのビーム中心部分のエネルギーを基準として、エネルギーが1/e2(eは自然対数の底)になる位置をビーム中心から測ったときの距離であり、ビーム直径は2ω又は2ω0で表される。いうまでもなく、ビームウエストの中心において、光子密度は最も高い。 FIG. 9 shows the state of the light beam and the wavefront (300) in the vicinity of the focal point (301) when the Gaussian beam is converged with an opening angle 2θ using a condenser lens or the like. Here, the position where the diameter 2ω of the Gaussian beam having the wavelength λ is minimum is referred to as “beam waist”. Hereinafter, the beam waist diameter is represented by 2ω 0 . Due to the diffraction effect of light, 2ω 0 does not become zero but has a finite value. The definitions of the beam radii ω and ω 0 are the distances when the position where the energy becomes 1 / e 2 (e is the base of the natural logarithm) is measured from the beam center with reference to the energy of the beam center portion of the Gaussian beam. And the beam diameter is expressed as 2ω or 2ω 0 . Needless to say, the photon density is highest in the center of the beam waist.

ガウスビームの場合、ビームウエストから充分に遠方でのビーム拡がり角θは波長λ及びビームウエスト径ω0と、次の式〔1〕で関係付けられる。
(数1)
π・θ・ω0 ≒ λ …〔1〕
ここで、πは円周率である。
In the case of a Gaussian beam, the beam divergence angle θ sufficiently far from the beam waist is related to the wavelength λ and the beam waist diameter ω 0 by the following equation [1].
(Equation 1)
π ・ θ ・ ω 0 ≒ λ… [1]
Here, π is the circumference ratio.

「ビームウエストから充分に遠方」という条件を満たす場合に限りこの式を用いて、集光レンズに入射するビーム半径ω、集光レンズの開口数及び焦点距離から、集光レンズで集光されたビームウエスト径ω0を計算することができる。 Using this formula only when the condition of “far enough from the beam waist” is satisfied, the beam is collected by the condenser lens from the beam radius ω incident on the condenser lens, the numerical aperture of the condenser lens, and the focal length. The beam waist diameter ω 0 can be calculated.

さらに一般的に、有効開口半径a及び開口数NAの集光レンズで、ビーム半径ωの平行ガウスビーム(波長λ)を収束させた場合のビームウエスト直径2ω0は、次の式〔2〕で表すことができる。
(数2)
2ω0 ≒ k・λ/NA …〔2〕
ここで、係数kは代数的に解くことができないため、レンズ結像面での光強度分布についての数値解析計算を行うことによって決定することができる。
More generally, a beam waist diameter 2ω 0 when a parallel Gaussian beam (wavelength λ) having a beam radius ω is converged by a condensing lens having an effective aperture radius a and a numerical aperture NA is expressed by the following equation [2]. Can be represented.
(Equation 2)
0 ≒ k · λ / NA [2]
Here, since the coefficient k cannot be solved algebraically, it can be determined by performing a numerical analysis calculation on the light intensity distribution on the lens imaging plane.

集光レンズに入射するビーム半径ωと集光レンズの有効開口半径aの比率を変えて、数値解析計算を行うと、式〔2〕の係数kの値は以下のように求まる。
(数3)
a/ω = 1 のとき k ≒ 0.92
a/ω = 2 のとき k ≒ 1.3
a/ω = 3 のとき k ≒ 1.9
a/ω = 4 のとき k ≒ 3
すなわち、集光レンズの有効開口半径aよりもビーム半径ωが小さければ小さい程、ビームウエスト径ω0は大きくなる。
When numerical analysis calculation is performed by changing the ratio of the beam radius ω incident on the condenser lens and the effective aperture radius a of the condenser lens, the value of the coefficient k in the equation [2] is obtained as follows.
(Equation 3)
When a / ω = 1, k≈0.92
When a / ω = 2, k≈1.3
When a / ω = 3, k≈1.9
When a / ω = 4, k≈3
That is, the smaller the beam radius ω is than the effective aperture radius a of the condenser lens, the larger the beam waist diameter ω 0 .

たとえば、集光レンズとして開口数0.25、有効開口半径約5mmのレンズを用い、波長780nmの偏光用光を収束したとき、集光レンズに入射するビーム半径ωが5mmであればa/ωは約1で、ビームウエストの半径ω0は1.4μm、ωが1.25mmであればa/ωは約4でω0は4.7μmと計算される。同様にして波長633nmの信号光を収束したとき、ビーム半径ωが5mmであればa/ωは約1で、ビームウエストの半径ω0は1.2μm、ωが1.25mmであればa/ωは約4でω0は3.8μmと計算される。 For example, if a lens having a numerical aperture of 0.25 and an effective aperture radius of about 5 mm is used as the condenser lens and the light for polarization having a wavelength of 780 nm is converged, if the beam radius ω incident on the condenser lens is 5 mm, a / ω Is about 1, the beam waist radius ω 0 is 1.4 μm, and ω is 1.25 mm, a / ω is about 4 and ω 0 is calculated to be 4.7 μm. Similarly, when the signal light having a wavelength of 633 nm is converged, if the beam radius ω is 5 mm, a / ω is about 1, the beam waist radius ω 0 is 1.2 μm, and if ω is 1.25 mm, a / ω is about 4 and ω 0 is calculated to be 3.8 μm.

この計算例から明らかなように、集光レンズの焦点近傍の光子密度が最も高い領域、すなわちビームウエストにおける光ビームの断面積を最小にするには、集光レンズに入射する光ビームの強度分布が平面波に近くなるまで、ビーム直径を拡大(ビームエキスパンド)すればよい。また、集光レンズへ入射するビーム直径が同一の場合、光の波長が短い程、ビームウエスト径は小さくなることも判る。   As can be seen from this calculation example, in order to minimize the cross-sectional area of the light beam in the region where the photon density near the focal point of the condenser lens is the highest, that is, the beam waist, the intensity distribution of the light beam incident on the condenser lens The beam diameter may be expanded (beam expanding) until becomes close to a plane wave. It can also be seen that when the beam diameter incident on the condenser lens is the same, the shorter the wavelength of the light, the smaller the beam waist diameter.

前述のように、この出願の発明において熱レンズ効果を有効に利用するためには、ビームウエスト近傍の光子密度が最も高い領域における変換用光のビーム断面積が、ビームウエストにおける信号光のビーム断面積を超えないように変換用光及び信号光のビーム断面の形状及び大きさをそれぞれ設定することが好ましい。変換用光及び信号光ともにガウスビームを用いる場合であれば、以上の説明及び計算式にしたがって、集光レンズなどの収束手段で収束する前の平行ビームの状態で、波長に応じて、変換用光及び信号光のビーム直径を、必要に応じてビームエキスパンドするなどして、調節することによって、ビームウエスト近傍の光子密度が最も高い領域における変換用光のビーム断面積が、ビームウエストにおける信号光のビーム断面積を超えないようにすることができる。ビームエキスパンドの手段としては、公知のもの、たとえば2枚の凸レンズからなるケプラー型の光学系を用いることができる。   As described above, in order to effectively use the thermal lens effect in the invention of this application, the beam cross-sectional area of the conversion light in the region where the photon density in the vicinity of the beam waist is the highest is the beam break of the signal light in the beam waist. It is preferable to set the shape and size of the beam cross sections of the conversion light and the signal light so as not to exceed the area. If a Gaussian beam is used for both the conversion light and the signal light, according to the above explanation and the calculation formula, in the state of the parallel beam before being converged by the converging means such as a condensing lens, for conversion according to the wavelength The beam cross-sectional area of the conversion light in the region where the photon density in the vicinity of the beam waist is the highest is adjusted by adjusting the beam diameter of the light and the signal light, for example, by expanding the beam as necessary. The beam cross-sectional area can be not exceeded. As a means for beam expansion, a publicly known one, for example, a Kepler type optical system composed of two convex lenses can be used.

[共焦点距離Zcの計算]
一般に、ガウスビームの場合、凸レンズなどの収束手段で収束された光束のビームウエスト近傍、すなわち、焦点を挟んで共焦点距離Zcの区間においては、収束ビームはほぼ平行光と見なすことができ、共焦点距離Zcは、円周率π、ビームウエスト半径ω0及び波長λを用いた式〔3〕で表すことができる。
(数4)
Zc = πω0 2/λ …〔3〕
式〔3〕のω0に式〔2〕を代入すると、式(4)が得られる。
(数5)
Zc ≒ π(k/NA)2λ/4 …〔4〕
たとえば、集光レンズとして開口数0.25、有効開口半径約5mmのレンズを用い、波長780nmの変換用光を収束したとき、集光レンズに入射するビーム半径ωが5mmであればa/ωは約1で、ビームウエストの半径ω0は1.4μm、共焦点距離Zcは8.3μm、ωが1.25mmであればa/ωは約4でω0は4.7μm、共焦点距離Zcは88μmと計算される。同様にして波長633nmの変化用光を収束したとき、ビーム半径ωが5mmであればa/ωは約1で、ビームウエストの半径ω0は1.2μm、共焦点距離Zcは6.7μm、ωが1.25mmであればa/ωは約4でω0は3.8μm、共焦点距離Zcは71μmと計算される。
[Calculation of confocal distance Zc]
In general, in the case of a Gaussian beam, the convergent beam can be regarded as almost parallel light in the vicinity of the beam waist of the light beam converged by a converging means such as a convex lens, that is, in the section of the confocal distance Zc across the focal point. The focal length Zc can be expressed by the equation [3] using the circumference ratio π, the beam waist radius ω 0, and the wavelength λ.
(Equation 4)
Zc = πω 0 2 / λ (3)
Substituting equation [2] into ω 0 in equation [3] yields equation (4).
(Equation 5)
Zc≈π (k / NA) 2 λ / 4 (4)
For example, when a lens having a numerical aperture of 0.25 and an effective aperture radius of about 5 mm is used as the condenser lens and the conversion light having a wavelength of 780 nm is converged, if the beam radius ω incident on the condenser lens is 5 mm, a / ω Is about 1, the beam waist radius ω 0 is 1.4 μm, the confocal distance Zc is 8.3 μm, and ω is 1.25 mm, a / ω is about 4 and ω 0 is 4.7 μm, the confocal distance Zc is calculated to be 88 μm. Similarly, when the change light having a wavelength of 633 nm is converged, if the beam radius ω is 5 mm, a / ω is about 1, the beam waist radius ω 0 is 1.2 μm, the confocal distance Zc is 6.7 μm, If ω is 1.25 mm, a / ω is about 4, ω 0 is calculated to be 3.8 μm, and the confocal distance Zc is calculated to be 71 μm.

[集光レンズ及び受光レンズの開口数]
この出願の発明においては、変化用光及び信号光を同軸で集光レンズによって収束させて熱レンズ形成素子中に焦点を結ぶように照射しているが、熱レンズ形成素子から通常よりも大きい開き角度で出射する光を受光レンズで受光して平行光にコリメートする場合、この受光レンズの開口数(以下、NAと呼ぶ。)は、集光レンズのNAよりも大きくなるよう設定することが推奨される。さらに受光レンズのNAは、集光レンズのNAの2倍以上が好ましい。ただし、集光レンズに入射するビーム半径ωよりも集光レンズの有効開口半径aが大きい(すなわちa/ω>1)の場合は、集光レンズの実質的開口数は集光レンズの開口数よりも小さい。よって、受光レンズの開口数は、集光レンズ開口数ではなく集光レンズの実質的開口数よりも大きく、2倍以上に設定することが好ましい。受光レンズのNAを、集光レンズのNAの2倍以上とすることによって、信号光のビーム直径が熱レンズ形成素子へ入射する際の2倍以上まで拡大されても、損失なしに受光することが可能となる。
[Numerical aperture of condensing lens and light receiving lens]
In the invention of this application, the changing light and the signal light are coaxially converged by the condensing lens and irradiated so as to focus on the thermal lens forming element. When light emitted at an angle is received by a light receiving lens and collimated into parallel light, it is recommended that the numerical aperture (hereinafter referred to as NA) of the light receiving lens is set to be larger than the NA of the condenser lens. Is done. Furthermore, the NA of the light receiving lens is preferably at least twice that of the condenser lens. However, when the effective aperture radius a of the condenser lens is larger than the beam radius ω incident on the condenser lens (that is, a / ω> 1), the substantial numerical aperture of the condenser lens is the numerical aperture of the condenser lens. Smaller than. Therefore, it is preferable that the numerical aperture of the light receiving lens is larger than the substantial numerical aperture of the condensing lens, not the condensing lens numerical aperture, and is set to be twice or more. By making the NA of the light receiving lens more than twice the NA of the condenser lens, even if the beam diameter of the signal light is expanded to more than twice that when entering the thermal lens forming element, light is received without loss. Is possible.

[光吸収層膜の最適膜厚]
光吸収層膜を構成する1又は2枚の光吸収膜の厚さを変えず、熱レンズ形成層の厚さを変えて試料を作製し、光学濃度一定で膜厚の異なる複数の熱レンズ形成素子について実験した結果、上記のようにして計算される共焦点距離Zcの2倍を光吸収層膜の膜厚の上限としたとき、熱レンズ効果の光応答速度が充分高速になることが判った。
[Optimal film thickness of light absorption layer]
Samples are made by changing the thickness of the thermal lens forming layer without changing the thickness of one or two light absorbing films constituting the light absorbing layer film, and a plurality of thermal lenses having different optical thicknesses with a constant optical density are formed. As a result of experiments on the element, it was found that the light response speed of the thermal lens effect is sufficiently high when the double of the confocal distance Zc calculated as described above is set as the upper limit of the thickness of the light absorption layer film. It was.

光吸収層膜の膜厚の下限については、熱レンズ効果が発揮できる限りにおいて、薄ければ薄いほど好ましい。   About the minimum of the film thickness of a light absorption layer film, as long as the thermal lens effect can be exhibited, it is so preferable that it is thin.

[保温層膜の膜厚]
保温層膜の膜厚には、光応答の大きさ及び速度の少なくとも一方を最大にするような最適値(下限値及び上限値)が存在する。その値は熱レンズ形成素子の構成、光吸収層膜の材質及び厚さ、保温層膜の材質、伝熱層膜の材質及び厚さなどに応じて、実験的に決定することができる。たとえば、伝熱層膜として通常の硼硅酸ガラス、保温層膜及び熱レンズ形成層の材質としてポリカーボネート、光吸収膜としてプラチナフタロシアニンの蒸着膜を用い、ガラス(伝熱層膜、膜厚150μm)/ポリカーボネート樹脂層(保温層)/プラチナフタロシアニン蒸着膜(光吸収膜、膜厚0.2μm)/ポリカーボネート樹脂層(熱レンズ形成層、膜厚20μm)/プラチナフタロシアニン蒸着膜(光吸収膜、膜厚0.2μm)/ポリカーボネート樹脂層(保温層)/ガラス(伝熱層膜、膜厚150μm)という構成の熱レンズ形成素子を作成した場合、保温層膜の膜厚は好ましくは5nmから5μmであり、さらに好ましくは50nmから500nmである。
[Thickness of heat insulation layer film]
There is an optimum value (lower limit value and upper limit value) that maximizes at least one of the magnitude and speed of the optical response in the film thickness of the heat insulating layer film. The value can be experimentally determined according to the configuration of the thermal lens forming element, the material and thickness of the light absorption layer film, the material of the heat retaining layer film, the material and thickness of the heat transfer layer film, and the like. For example, ordinary borosilicate glass is used as the heat transfer layer film, polycarbonate is used as the material of the heat insulation layer film and the thermal lens forming layer, and a platinum phthalocyanine vapor deposition film is used as the light absorption film, and glass (heat transfer layer film, film thickness 150 μm) / Polycarbonate resin layer (thermal insulation layer) / Platinum phthalocyanine vapor deposition film (light absorption film, film thickness 0.2 μm) / Polycarbonate resin layer (thermal lens formation layer, film thickness 20 μm) / Platinum phthalocyanine vapor deposition film (light absorption film, film thickness) 0.2 μm) / polycarbonate resin layer (heat-retaining layer) / glass (heat transfer layer film, film thickness 150 μm) When a thermal lens forming element is prepared, the film thickness of the heat-retaining layer film is preferably 5 nm to 5 μm. More preferably, it is 50 nm to 500 nm.

[伝熱層膜の膜厚]
伝熱層膜の膜厚にも、光応答の大きさ及び速度の少なくとも一方を最大にするような最適値(この場合は下限値)が存在する。その値は熱レンズ形成素子の構成、光吸収層膜の材質及び厚さ、保温層の材質及び厚さ、伝熱層膜の材質などに応じて、実験的に決定することができる。たとえば、伝熱層膜として通常の硼硅酸ガラス、保温層膜及び熱レンズ形成層の材質としてポリカーボネート、光吸収膜としてプラチナフタロシアニンの蒸着膜を用い、ガラス(伝熱層膜、膜厚150μm)/ポリカーボネート樹脂層(保温層)/プラチナフタロシアニン蒸着膜(光吸収膜、膜厚0.2μm)/ポリカーボネート樹脂層(熱レンズ形成層、膜厚20μm)/プラチナフタロシアニン蒸着膜(光吸収膜、膜厚0.2μm)/ポリカーボネート樹脂層(保温層)/ガラス(伝熱層膜、膜厚150μm)という構成の熱レンズ形成素子を作成した場合、伝熱層膜の厚さの下限は、好ましくは10μm、さらに好ましくは100μmである。なお、伝熱層膜の膜厚の上限については光応答の大きさ及び/又は速度からの制約はないが、用いられる集光レンズ及び受光レンズの方式、焦点距離及び作動距離(ワーキングディスタンス)と整合させて設計する必要がある。
[Film thickness of heat transfer layer film]
The film thickness of the heat transfer layer film also has an optimum value (in this case, a lower limit value) that maximizes at least one of the magnitude and speed of the optical response. The value can be experimentally determined according to the configuration of the thermal lens forming element, the material and thickness of the light absorption layer film, the material and thickness of the heat retaining layer, the material of the heat transfer layer film, and the like. For example, ordinary borosilicate glass is used as the heat transfer layer film, polycarbonate is used as the material of the heat insulation layer film and the thermal lens forming layer, and a platinum phthalocyanine vapor deposition film is used as the light absorption film, and glass (heat transfer layer film, film thickness 150 μm) / Polycarbonate resin layer (thermal insulation layer) / Platinum phthalocyanine vapor deposition film (light absorption film, film thickness 0.2 μm) / Polycarbonate resin layer (thermal lens formation layer, film thickness 20 μm) / Platinum phthalocyanine vapor deposition film (light absorption film, film thickness) 0.2 μm) / polycarbonate resin layer (thermal insulation layer) / glass (heat transfer layer film, film thickness 150 μm) When a thermal lens forming element is prepared, the lower limit of the thickness of the heat transfer layer film is preferably 10 μm. More preferably, it is 100 μm. The upper limit of the film thickness of the heat transfer layer film is not limited by the magnitude and / or speed of the optical response, but the type of condensing lens and light receiving lens used, the focal length, and the working distance (working distance) It is necessary to design in conformity.

従来の波長変換装置の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the conventional wavelength converter. この出願の発明の波長変換装置の一実施形態の概念図である。It is a conceptual diagram of one Embodiment of the wavelength converter of invention of this application. 熱レンズ形成素子に使用される一例の光吸収層膜に用いる材料の波長と吸収特性及び透過特性との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the wavelength of the material used for the light absorption layer film | membrane of an example used for a thermal lens formation element, an absorption characteristic, and a transmission characteristic. 上記実施形態の概略装置構成例を示す図である。It is a figure which shows the schematic apparatus structural example of the said embodiment. この出願の発明の波長変換装置の別の一実施形態の図4と同様な図である。It is a figure similar to FIG. 4 of another one Embodiment of the wavelength converter of invention of this application. 熱レンズ形成素子の構成の一例を例示した断面図である。It is sectional drawing which illustrated an example of the structure of a thermal lens formation element. 熱レンズ形成素子の構成の別の一例を例示した断面図である。It is sectional drawing which illustrated another example of the structure of a thermal lens formation element. 色素溶液充填式熱レンズ形成素子を例示した模式図である。It is the schematic diagram which illustrated the dye solution filling type | mold thermal lens formation element. 集光レンズなどで収束されたガウスビームの焦点近傍における様子を示した図である。It is the figure which showed the mode in the focus vicinity of the Gaussian beam converged with the condensing lens.

符号の説明Explanation of symbols

11 熱レンズ形成素子
12 信号入力部(ファイバー増幅器)
13 変換用光光源(レーザダイオード)
14 信号光
15 変換用光
15a 通常の開き角度の変換用光(変換光)
15b 通常の開き角度より大きい角度の変換用光(変換光)
16 変換光
21、22、24、25、26、27、28、29 レンズ
23 光混合器
31 信号出力部(光ファイバー)
11 Thermal lens forming element 12 Signal input section (fiber amplifier)
13 Light source for conversion (laser diode)
14 Signal Light 15 Conversion Light 15a Normal Opening Angle Conversion Light (Conversion Light)
15b Conversion light having an angle larger than the normal opening angle (converted light)
16 Conversion light 21, 22, 24, 25, 26, 27, 28, 29 Lens 23 Optical mixer 31 Signal output unit (optical fiber)

Claims (8)

特定の波長のパルス状信号光を入射する信号光入力部と、
信号光とは異なる波長の変換用光を照射する変換用光光源と、
信号光に対し吸収性を示し、変換用光に対し透過性を示す波長帯域を持つ光吸収層膜と、
光吸収膜に、信号光と変換用光が焦点を結ぶように各々収束させて照射する手段と、
前記光吸収層膜を含み、前記光吸収層膜が信号光を吸収した領域及びその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによって、信号光が照射されず熱レンズが形成されない場合は収束された変換用光が通常の開き角度で出射する状態と、制御光が照射されて熱レンズが形成される場合は収束された変換用光が通常の開き角度よりも大きい開き角度で出射する状態とを、信号光の照射の有無に対応させて実現させる熱レンズ形成素子と、
出射した変換用光のうち、通常の開き角度よりも大きい角度で出射する変換用光のみを変換光として出射する変換光選択手段と、
変換光選択手段からの変換光を集光して、信号光とは異なる波長のパルス状変換光とする集光部を備えることを特徴とする波長変換装置。
A signal light input unit for inputting pulsed signal light of a specific wavelength; and
A conversion light source that emits conversion light having a wavelength different from that of the signal light;
A light-absorbing layer film having a wavelength band that exhibits absorptivity to signal light and is transmissive to conversion light;
Means for converging and irradiating the light absorption film so that the signal light and the conversion light each have a focus;
By using a thermal lens based on a refractive index distribution that reversibly occurs due to a temperature rise occurring in a region where the light absorption layer film absorbs signal light and its peripheral region, including the light absorption layer film, When signal light is not irradiated and a thermal lens is not formed, converged conversion light is emitted at a normal opening angle, and when control light is irradiated and a thermal lens is formed, converged conversion light A thermal lens forming element that realizes a state of emitting at an opening angle larger than a normal opening angle in correspondence with the presence or absence of signal light irradiation,
Of the emitted conversion light, converted light selection means for emitting only the conversion light emitted at an angle larger than the normal opening angle as converted light,
A wavelength conversion device comprising: a condensing unit that condenses the converted light from the converted light selecting means and converts it into pulsed converted light having a wavelength different from that of the signal light.
特定の波長のパルス状信号光を入射する信号光入力部と、
信号光とは異なる波長の変換用光を照射する変換用光光源と、
信号光に対し吸収性を示し、変換用光に対し透過性を示す波長帯域を持つ光吸収層膜と、
光吸収膜に、信号光と変換用光が焦点を結ぶように各々収束させて照射する手段と、
前記光吸収層膜を含み、前記光吸収層膜が信号光を吸収した領域及びその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによって、信号光が照射されず熱レンズが形成されない場合は収束された変換用光が通常の開き角度で出射する状態と、制御光が照射されて熱レンズが形成される場合は収束された変換用光が通常の開き角度よりも大きい開き角度で出射する状態とを、信号光の照射の有無に対応させて実現させる熱レンズ形成素子と、
出射した変換用光のうち、通常の開き角度で熱レンズ形成素子から出射する変換用光のみを変換光として出射する変換光選択手段と、
変換光選択手段からの変換光を集光して、信号光とは異なる波長のパルス状変換光とする集光部を備えることを特徴とする波長変換装置。
A signal light input unit for inputting pulsed signal light of a specific wavelength; and
A conversion light source that emits conversion light having a wavelength different from that of the signal light;
A light-absorbing layer film having a wavelength band that exhibits absorptivity to signal light and is transmissive to conversion light;
Means for converging and irradiating the light absorption film so that the signal light and the conversion light each have a focus;
By using a thermal lens based on a refractive index distribution that reversibly occurs due to a temperature rise occurring in a region where the light absorption layer film absorbs signal light and its peripheral region, including the light absorption layer film, When signal light is not irradiated and a thermal lens is not formed, converged conversion light is emitted at a normal opening angle, and when control light is irradiated and a thermal lens is formed, converged conversion light A thermal lens forming element that realizes a state of emitting at an opening angle larger than a normal opening angle in correspondence with the presence or absence of signal light irradiation,
Of the emitted conversion light, converted light selection means for emitting only the conversion light emitted from the thermal lens forming element at a normal opening angle as converted light, and
A wavelength conversion device comprising: a condensing unit that condenses the converted light from the converted light selecting means and converts it into pulsed converted light having a wavelength different from that of the signal light.
特定の波長のパルス状信号光を入射する信号光入力部と、
信号光とは異なる波長の変換用光を照射する変換用光光源と、
信号光に対し吸収性を示し、変換用光に対し透過性を示す波長帯域を持つ光吸収層膜と、
光吸収膜に、信号光と変換用光が焦点を結ぶように各々収束させて照射する手段と、
前記光吸収層膜を含み、前記光吸収層膜が信号光を吸収した領域及びその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによって、信号光が照射されず熱レンズが形成されない場合は収束された変換用光が通常の開き角度で出射する状態と、制御光が照射されて熱レンズが形成される場合は収束された変換用光が通常の開き角度よりも大きい開き角度で出射する状態とを、信号光の照射の有無に対応させて実現させる熱レンズ形成素子と、
出射した変換用光のうち、通常の開き角度よりも大きい角度で出射する変換用光のみを変換光として出射する状態と、通常の開き角度で出射する変換用光のみを変換光として出射する状態との選択を行うことができる変換光選択手段と、
変換光選択手段からの変換光を集光して、信号光とは異なる波長のパルス状変換光とする集光部を備えることを特徴とする波長変換装置。
A signal light input unit for inputting pulsed signal light of a specific wavelength; and
A conversion light source that emits conversion light having a wavelength different from that of the signal light;
A light-absorbing layer film having a wavelength band that exhibits absorptivity to signal light and is transmissive to conversion light;
Means for converging and irradiating the light absorption film so that the signal light and the conversion light each have a focus;
By using a thermal lens based on a refractive index distribution that reversibly occurs due to a temperature rise occurring in a region where the light absorption layer film absorbs signal light and its peripheral region, including the light absorption layer film, When signal light is not irradiated and a thermal lens is not formed, converged conversion light is emitted at a normal opening angle, and when control light is irradiated and a thermal lens is formed, converged conversion light A thermal lens forming element that realizes a state of emitting at an opening angle larger than a normal opening angle in correspondence with the presence or absence of signal light irradiation,
Of the emitted conversion light, only the conversion light emitted at an angle larger than the normal opening angle is emitted as converted light, and only the conversion light emitted at the normal opening angle is emitted as converted light Conversion light selection means capable of performing selection with
A wavelength conversion device comprising: a condensing unit that condenses the converted light from the converted light selecting means and converts it into pulsed converted light having a wavelength different from that of the signal light.
出射する変換光の偏光状態を、入射した信号光の偏光状態と同じ状態にするか又は異なる状態にするかを切り替える偏光状態切替手段を備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかの波長変換装置。   The polarization state switching means for switching whether the polarization state of the converted light to be emitted is the same as or different from the polarization state of the incident signal light is provided. Wavelength converter. 少なくとも、特定の波長のパルス状信号光に対し吸収性を示し、信号光とは異なる波長の変換用光に対し透過性を示す波長帯域を持つ光吸収層膜を含む熱レンズ形成素子の光吸収膜に、信号光と変換用光が焦点を結ぶように各々収束させて照射し、前記光吸収層膜が信号光を吸収した領域及びその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによって、信号光が照射されず熱レンズが形成されない場合は収束された変換用光が通常の開き角度で出射する状態と、制御光が照射されて熱レンズが形成される場合は収束された変換用光が通常の開き角度よりも大きい開き角度で出射する状態とを、信号光の照射の有無に対応させて実現させ、
出射した変換用光のうち、通常の開き角よりも大きい角度で出射する変換用光のみを変換光として選択的に出射させ、
出射した変換光を集光して、信号光とは異なる波長のパルス状変換光とすることを特徴とする波長変換方法。
Light absorption of a thermal lens forming element including a light absorption layer film having a wavelength band that exhibits at least absorption for pulsed signal light having a specific wavelength and transparency for conversion light having a wavelength different from that of signal light The film is irradiated with the signal light and the conversion light so as to be focused so that they are focused, and the light absorption layer film is generated reversibly due to the temperature rise occurring in the area where the signal light is absorbed and the surrounding area. By using a thermal lens based on the refractive index distribution, when the signal light is not irradiated and the thermal lens is not formed, the converged conversion light is emitted at a normal opening angle, and the control light is irradiated. When the thermal lens is formed, the converged conversion light is emitted at an opening angle larger than the normal opening angle, corresponding to the presence or absence of signal light irradiation,
Of the emitted conversion light, only the conversion light emitted at an angle larger than the normal opening angle is selectively emitted as converted light,
A wavelength conversion method characterized by condensing the emitted converted light into pulsed converted light having a wavelength different from that of the signal light.
少なくとも、特定の波長のパルス状信号光に対し吸収性を示し、信号光とは異なる波長の変換用光に対し透過性を示す波長帯域を持つ光吸収層膜を含む熱レンズ形成素子の光吸収膜に、信号光と変換用光が焦点を結ぶように各々収束させて照射し、前記光吸収層膜が信号光を吸収した領域及びその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによって、信号光が照射されず熱レンズが形成されない場合は収束された変換用光が通常の開き角度で出射する状態と、制御光が照射されて熱レンズが形成される場合は収束された変換用光が通常の開き角度よりも大きい開き角度で出射する状態とを、信号光の照射の有無に対応させて実現させ、
出射した変換用光のうち、通常の開き角度で熱レンズ形成素子から出射する変換用光のみを変換光として選択的に出射させ、
出射した変換光を集光して、信号光とは異なる波長のパルス状変換光とすることを特徴とする波長変換方法。
Light absorption of a thermal lens forming element including a light absorption layer film having a wavelength band that exhibits at least absorption for pulsed signal light having a specific wavelength and transparency for conversion light having a wavelength different from that of signal light The film is irradiated with the signal light and the conversion light so as to be focused so that they are focused, and the light absorption layer film is generated reversibly due to the temperature rise occurring in the area where the signal light is absorbed and the surrounding area. By using a thermal lens based on the refractive index distribution, when the signal light is not irradiated and the thermal lens is not formed, the converged conversion light is emitted at a normal opening angle, and the control light is irradiated. When the thermal lens is formed, the converged conversion light is emitted at an opening angle larger than the normal opening angle, corresponding to the presence or absence of signal light irradiation,
Of the emitted conversion light, only the conversion light emitted from the thermal lens forming element at a normal opening angle is selectively emitted as converted light,
A wavelength conversion method characterized by condensing the emitted converted light into pulsed converted light having a wavelength different from that of the signal light.
少なくとも、特定の波長のパルス状信号光に対し吸収性を示し、信号光とは異なる波長の変換用光に対し透過性を示す波長帯域を持つ光吸収層膜を含む熱レンズ形成素子の光吸収膜に、信号光と変換用光が焦点を結ぶように各々収束させて照射し、前記光吸収層膜が信号光を吸収した領域及びその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによって、信号光が照射されず熱レンズが形成されない場合は収束された変換用光が通常の開き角度で出射する状態と、制御光が照射されて熱レンズが形成される場合は収束された変換用光が通常の開き角度よりも大きい開き角度で出射する状態とを、信号光の照射の有無に対応させて実現させ、
出射した変換用光のうち、通常の開き角度よりも大きい角度で出射する変換用光のみを変換光として出射するか、通常の開き角度で出射する変換用光のみを変換光として出射するかを選択して出射させ、
出射した変換光を集光して、信号光とは異なる波長のパルス状変換光とすることを特徴とする波長変換方法。
Light absorption of a thermal lens forming element including a light absorption layer film having a wavelength band that exhibits at least absorption for pulsed signal light having a specific wavelength and transparency for conversion light having a wavelength different from that of signal light The film is irradiated with the signal light and the conversion light so as to be focused so that they are focused, and the light absorption layer film is generated reversibly due to the temperature rise occurring in the area where the signal light is absorbed and the surrounding area. By using a thermal lens based on the refractive index distribution, when the signal light is not irradiated and the thermal lens is not formed, the converged conversion light is emitted at a normal opening angle, and the control light is irradiated. When the thermal lens is formed, the converged conversion light is emitted at an opening angle larger than the normal opening angle, corresponding to the presence or absence of signal light irradiation,
Whether the conversion light that is emitted at an angle larger than the normal opening angle is output as the conversion light, or only the conversion light that is output at the normal opening angle is output as the conversion light. Select and emit,
A wavelength conversion method characterized by condensing the emitted converted light into pulsed converted light having a wavelength different from that of the signal light.
出射する変換光の偏光状態を、入射した信号光の偏光状態と同じ状態又は異なる状態にするかを切り替え可能であることを特徴とする請求項5から7のいずれかの波長変換方法。   8. The wavelength conversion method according to claim 5, wherein the polarization state of the outgoing converted light can be switched between the polarization state of the incident signal light and the same or different state.
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