JP2006208629A - Wavelength conversion element, wavelength converter and wavelength conversion method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明において、後述の波長変換素子本体に入射された第１の波長λ１の光から前記第１の波長λ１とは異なる波長である第２の波長λ２の光への波長変換を行うことができる素子自体を波長変換素子本体ということにし、前記波長変換素子本体に後述の反射体を配置したものや前記波長変換素子本体等をケース等に実装したものを波長変換素子ということにする。 In the present invention, it is possible to perform wavelength conversion from light having a first wavelength λ1 incident on a wavelength conversion element body described later to light having a second wavelength λ2, which is a wavelength different from the first wavelength λ1. The element itself is referred to as a wavelength conversion element main body, and the wavelength conversion element main body in which a reflector described later is disposed or the wavelength conversion element main body or the like mounted in a case or the like is referred to as a wavelength conversion element.
本発明は第１の波長λ１を有する光（可視光以外の光も含む）を、分極反転素子のような波長変換素子本体に入射し、前記第１の波長λ１とは異なる第２の波長λ２の光を前記波長変換素子本体から出力させることができる波長変換素子本体を有する波長変換素子と、前記波長変換素子を用いた波長変換装置、ならびに前記波長変換素子および前記波長変換装置における波長変換に用いることができる非線形波長変換方法に関する。 In the present invention, light having a first wavelength λ1 (including light other than visible light) is incident on a wavelength conversion element body such as a polarization inverting element, and a second wavelength λ2 different from the first wavelength λ1. A wavelength conversion element having a wavelength conversion element body capable of outputting the light from the wavelength conversion element body, a wavelength conversion device using the wavelength conversion element, and wavelength conversion in the wavelength conversion element and the wavelength conversion device The present invention relates to a nonlinear wavelength conversion method that can be used.
コヒーレント光源は光通信分野のみならず、医療分野や顕微鏡など計測分野などにおいても欠かせないものとなっている。そして、コヒーレント光の波長も、たとえば医療分野においてはその目的によって種々の波長が使われようとしている。 Coherent light sources are indispensable not only in the optical communication field, but also in the medical field and the measurement field such as a microscope. As for the wavelength of coherent light, various wavelengths are being used depending on the purpose in the medical field, for example.
コヒーレント光の光源としては、半導体レーザーや固体レーザーなど各種のレーザー発振器が知られているが、波長によっては、レーザー発振器から直接得られないものがある。その場合、必要な波長を得るために、非線形波長変換方法が用いられている。 Various laser oscillators such as semiconductor lasers and solid-state lasers are known as light sources for coherent light, but there are some that cannot be obtained directly from laser oscillators depending on the wavelength. In that case, a nonlinear wavelength conversion method is used to obtain a necessary wavelength.
たとえば、ＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＬｉＮｂＯ３）やＰＰＫＴＰ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＫＴｉＯＰＯ４）などの分極反転素子の疑似位相整合による波長変換は、波長変換効率が比較的高く、１μｍ帯から５００ｎｍ付近の可視光帯へのＳＨＧ波長変換等で広く利用されている。 For example, wavelength conversion based on quasi-phase matching of polarization inversion elements such as PPLN (Periodically Poled LiNbO3) and PPKTP (Periodically Poled KTiOPO4) has a relatively high wavelength conversion efficiency, and an SHG wavelength from a 1 μm band to a visible light band near 500 nm. Widely used in conversion and so on.
短波長のコヒーレント光を得る波長変換方法や波長変換素子については多くの提案がなされている。 Many proposals have been made on wavelength conversion methods and wavelength conversion elements for obtaining short-wavelength coherent light.
特開２００４−２１９８４５（以下、特許文献１ともいう）の図１には、本発明の明細書に図１０として示したＳＨＧ（第２高調波発生）素子である光導波路デバイス１２８を用いて半導体レーザ１２１の出力波長よりも短波長のコヒーレント光を出力するコヒーレント光源１２０について記載されている。光導波路デバイス１２８は、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）基板１２２上にオフカットのＭｇドープＬｉＮｂＯ３結晶の薄膜層１２３が接合層１２４を介して接着され、薄膜層１２３には分極反転領域１２５とリッジ導波路としての凸部１２６が形成された構成となっている。
FIG. 1 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-21845 (hereinafter also referred to as Patent Document 1) is a semiconductor using an
特開２００２−３７２７３１（以下、特許文献２ともいう）の図１には、本発明の明細書に図１１として示した分極反転領域を有する非線形光学結晶１を用いたＳＨＧ素子が記載されている。実施例として、入射光が１．５μｍ（中心波長１．５５μｍ）、出射光が０．７８μｍの場合について記載されている。
FIG. 1 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-372731 (hereinafter also referred to as Patent Document 2) describes an SHG element using a nonlinear
特開２００４−２８００１９（以下、特許文献３ともいう）の図１には、本発明の明細書に図１２として示した光パラメトリック発振器が記載されている。図１２では、励起光源共振器１０１からの励起光パルス列はレンズ１０４により非線形結晶１０６中に結焦され、非線形結晶１０６でシグナル光とアイドラ光を生成し、アイドラ光は集光鏡１０７を透過して共振器外へ出され、シグナル光は集光鏡１０７で反射されて近似的平行光とされ、端面鏡１０８を経て、出力結合鏡１０９に達し、その一部が出力結合鏡１０９から出力として取り出され、残りは出力結合鏡１０９で反射されて集光鏡１０５に達し、その後、集光鏡１０５−非線形結晶１０６−集光鏡１０７−端面鏡１０８−出力結合鏡１０９−集光鏡１０５−の共振器が構成されていることにより、シグナル光が出力結合鏡１０９に達する毎に所定の出力光が出力されるとともに、次の励起光パルスが所定間隔で非線形結晶１０６に入射し、共振器内に別のシグナル光が生成される。
FIG. 1 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-280019 (hereinafter also referred to as Patent Document 3) describes an optical parametric oscillator shown as FIG. 12 in the specification of the present invention. In FIG. 12, the excitation light pulse train from the excitation
分極反転波長変換素子には、バルクタイプのものと導波路タイプのものがある。 The polarization inversion wavelength conversion element includes a bulk type and a waveguide type.
バルクタイプのものは、入力光（入射光）をレンズで集光して素子に入力させ、そのビーム伝搬のプロファイルに応じた光密度の条件で波長変換が行われる。 In the bulk type, input light (incident light) is collected by a lens and input to an element, and wavelength conversion is performed under a condition of light density corresponding to the beam propagation profile.
導波路タイプのものは、入力光をレンズ等で素子の導波路に結合させ、その導波路モード径に応じた光密度の条件で波長変換が行われる。 In the waveguide type, the input light is coupled to the waveguide of the element by a lens or the like, and wavelength conversion is performed under a condition of light density corresponding to the waveguide mode diameter.
両タイプとも、素子長が長くなると、入力光との相互作用長が長くなり、変換効率が高まるが、導波路タイプのものは光密度が素子長に関係なく一定であるのに対し、バルクタイプのものは素子長が長くなると最適な集光径が大きくなり、光密度が小さくなる。このため、基本的に、導波路タイプのものは素子長の２乗に比例して変換効率が高まるが、バルクタイプのものは素子長の１乗に比例して変換効率が高まる。 In both types, as the element length increases, the interaction length with the input light increases and the conversion efficiency increases. However, the optical density of the waveguide type is constant regardless of the element length, whereas the bulk type As the element length increases, the optimum light collection diameter increases and the light density decreases. For this reason, basically, the waveguide type has a higher conversion efficiency in proportion to the square of the element length, whereas the bulk type has a higher conversion efficiency in proportion to the first power of the element length.
導波路タイプのものの方が変換効率が高いが、入出力のパワーがワット（Ｗ）レベルで光密度が大きくなりすぎ、素子にダメージを与えるなどの問題を生じる場合があり、高出力の応用ではバルクタイプのものも多く利用されている。 The waveguide type has higher conversion efficiency, but when the input / output power is in watts (W) level, the light density becomes too high, which may cause problems such as damage to the device. Many bulk types are also used.
従来用いられているバルクタイプの分極反転素子の疑似位相整合を利用した波長変換においては、図１３に示したように、波長変換素子２００の分極反転領域を形成した分極反転素子２０１に、入射光２０４を反射防止膜２０２を配置した入力端部から入射させ、入射光２０５を分極反転素子２０１中を通過させて波長変換を行い、分極反転素子２０１の反射防止膜２０３を配置した出力端部から、波長変換された出力光２０６として出射させている。
In the wavelength conversion using the quasi phase matching of a bulk type polarization inversion element that is conventionally used, as shown in FIG. 13, incident light is incident on the
ＰＰＬＮやＰＰＫＴＰなどの分極反転素子によるＳＨＧ波長変換の場合でも、１μｍ帯の入力光が〜１Ｗレベルの連続光（ＣＷ光）の場合、５００ｎｍ帯への変換効率は数％で、大部分の入力光は変換されないまま分極反転素子を透過してしまう。 Even in the case of SHG wavelength conversion using a polarization inversion element such as PPLN or PPKTP, if the input light in the 1 μm band is continuous light (CW light) of ˜1 W level, the conversion efficiency to the 500 nm band is several percent, and most of the input Light passes through the polarization inverting element without being converted.
変換効率を高めるために、素子中での光密度を高めることができる導波路タイプの分極反転素子が利用される場合があるが、出力光のビーム品質が劣化する問題や、入力が〜１Ｗレベルのハイパワーでは、光密度が高くなりすぎて、素子にダメージを与えるなどの問題がある。 In order to increase the conversion efficiency, a waveguide type polarization inversion element that can increase the light density in the element may be used. However, there is a problem that the beam quality of the output light is deteriorated, and the input is about 1 W level. With high power, there is a problem that the light density becomes too high and damages the device.
素子長を長くして変換効率を高める方法も提案されているが、変換効率に波長特性があり、素子長が長くなるほど波長許容範囲が狭くなるため、入力光の波長条件が厳しくなる。波長許容範囲Δλと素子長Ｌの間に、Δλ×Ｌ＝一定という関係がある。また、素子長が長くなると、素子全体にわたって均質な分極反転構造を形成することも難しくなる。 Although a method for increasing the conversion efficiency by increasing the element length has been proposed, the wavelength efficiency of the conversion light has a wavelength characteristic. As the element length becomes longer, the allowable wavelength range becomes narrower, so that the wavelength condition of the input light becomes severe. Between the allowable wavelength range Δλ and the element length L, there is a relationship Δλ × L = constant. Further, when the element length is increased, it is difficult to form a uniform domain inversion structure over the entire element.
共振器を構成して、入力光をその中に閉じこめた状態をつくり、実効的に変換効率を高める方法も利用されており、変換効率が通常の構成に比べて数十倍になる場合もあるが、入力光の波長に合わせて共振器の共振周波数を制御する必要があり、離調成分の検出とそのフィードバック制御等が必要になる。 A method is also used in which a resonator is configured so that the input light is confined in it, and the conversion efficiency is effectively increased. The conversion efficiency may be several tens of times that of a normal configuration. However, it is necessary to control the resonance frequency of the resonator in accordance with the wavelength of the input light, and it is necessary to detect the detuning component and to perform feedback control thereof.
以上説明したように、バルクタイプの分極反転素子による波長変換は変換効率が低く、変換効率が高い導波路タイプのものによる波長変換ではハイパワー化に問題がある。変換効率を高めるために素子長を長くすると、構成条件が難しくなり、共振器型は波長に合わせて共振器長を調整しなければならない。特にハイパワー応用で、実用に適した波長変換素子が得られないのが現状である。 As described above, the wavelength conversion by the bulk type polarization inverting element has a low conversion efficiency, and the wavelength conversion by the waveguide type having a high conversion efficiency has a problem in increasing the power. If the element length is increased in order to increase the conversion efficiency, the configuration condition becomes difficult, and the resonator type must be adjusted in accordance with the wavelength. The current situation is that a wavelength conversion element suitable for practical use cannot be obtained particularly in high power applications.
各利用分野で、簡単な構造で、変換効率が高く、高光出力が可能で、安価な波長変換素子、波長変換方法の実現が強く望まれている。 In each application field, realization of an inexpensive wavelength conversion element and wavelength conversion method with a simple structure, high conversion efficiency, high light output, and low cost is strongly desired.
本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、本発明の目的の一つは、簡単な構成で、波長変換効率を高めた、高光出力が可能な波長変換素子と、前記波長変換素子を用いた波長変換装置、ならびに前記波長変換素子および前記波長変換装置における波長変換に用いることができる非線形波長変換方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and one of the objects of the present invention is to provide a wavelength conversion element capable of high light output with a simple configuration and improved wavelength conversion efficiency, and the wavelength. The object is to provide a wavelength conversion device using a conversion element, and a nonlinear wavelength conversion method that can be used for wavelength conversion in the wavelength conversion device and the wavelength conversion device.
本発明は前記の課題を解決せんとしてなされたものである。 The present invention has been made to solve the above problems.
前記課題を解決する手段として本発明で用いている技術の基本思想は、従来は、たとえば、ＰＰＬＮのような分極反転素子の一端から入射光を入射させて分極反転素子内を前記図１３のように進行させて波長変換を行い、従来は分極反転素子の他端に達した光を図１３のようにそのまま分極反転素子から出力させていたのを、本発明では、分極反転素子の他端に反射体を配置して、分極反転素子の前記他端に達した光を前記反射体で反射させ、当該分極反転素子に、光路を変えて再入射させ、再び分極反転素子内を進行させて波長変換を行うことを基本とするものである。 The basic idea of the technique used in the present invention as means for solving the above-described problem has heretofore been, for example, that incident light is incident from one end of a polarization inversion element such as PPLN and the inside of the polarization inversion element is as shown in FIG. In the present invention, the light that has reached the other end of the polarization inversion element is output as it is from the polarization inversion element as shown in FIG. A reflector is arranged so that the light reaching the other end of the polarization inverting element is reflected by the reflector, re-enters the polarization inverting element by changing the optical path, and travels again in the polarization inverting element to change the wavelength. It is based on the conversion.
以下、本発明をさらに具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically.
本発明の第１の基本発明（以下、発明１ともいう）による波長変換素子は、後述の波長変換素子本体に入射される入射光に含まれる第１の波長λ１の光を第１の波長λ１とは異なる波長である第２の波長λ２の光へ波長変換を行うことができる素子自体を波長変換素子本体ということにし、波長変換素子本体の入射光を入射させる端部を入射端部と定義し、以下において、前記波長変換素子本体に後述の反射体を配置したものや前記波長変換素子本体等をケース等に実装したものを波長変換素子ということにして、波長変換素子本体の入射端部から前記波長変換素子本体に第１の波長λ１の光を含む光を入射光として入射させ、前記入射光を前記波長変換素子本体内を進行させることによって第１の波長λ１とは異なる第２の波長λ２の光を生成して前記波長変換素子本体から出射させることができる波長変換素子本体を有する波長変換素子において、前記波長変換素子本体に前記入射端部から入射された前記入射光が、前記波長変換素子本体内を進行して第１の波長λ１の光から第２の波長λ２の光への波長変換を受けた結果として第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光となって最初に到達する前記波長変換素子本体の前記入射端部とは異なる端部もしくは前記端部近傍（以下、前記波長変換素子本体内を波長変換を受けながら進行して第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光が到達する前記波長変換素子本体の端部もしくは前記端部近傍を波長変換素子本体の到達端部ともいう。また、前記波長変換素子本体内を進行して前記到達端部に到達する第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光を到達光ともいう。そして、前記波長変換素子本体に前記入射端部から入射された前記入射光が前記波長変換素子本体内を進行して前記到達光として最初に到達する前記波長変換素子本体の前記入射端部とは異なる端部もしくは前記端部近傍を第１の到達端部ともいう）に、前記第１の到達端部に到達した前記到達光のうちの少なくとも第１の波長λ１の光を反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができる反射体を配置したことを特徴とする波長変換素子である。 The wavelength conversion element according to the first basic invention of the present invention (hereinafter also referred to as the invention 1) converts the light of the first wavelength λ1 contained in the incident light incident on the wavelength conversion element body described later to the first wavelength λ1. An element capable of performing wavelength conversion to light of the second wavelength λ2, which is a wavelength different from that of the wavelength conversion element body, is referred to as a wavelength conversion element body, and an end portion of the wavelength conversion element body on which incident light is incident is defined as an incident end portion. In the following, the wavelength conversion element main body is a wavelength conversion element main body in which the wavelength conversion element main body is disposed with a reflector described later or the wavelength conversion element main body is mounted in a case or the like. From the first wavelength λ1 by making the light including the light of the first wavelength λ1 incident as incident light to the wavelength conversion element main body and causing the incident light to travel through the wavelength conversion element main body. Generates light of wavelength λ2 In the wavelength conversion element having a wavelength conversion element body that can be emitted from the wavelength conversion element body, the incident light incident on the wavelength conversion element body from the incident end travels in the wavelength conversion element body. As a result of receiving the wavelength conversion from the light of the first wavelength λ1 to the light of the second wavelength λ2, the light first including the light of the first wavelength λ1 and the light of the second wavelength λ2 is obtained. The wavelength conversion element main body that reaches the end different from the incident end or the vicinity of the end (hereinafter referred to as the first wavelength λ1 and the second light traveling in the wavelength conversion element main body while undergoing wavelength conversion) The end of the wavelength conversion element body to which the light including the light of the wavelength λ2 reaches or near the end is also referred to as the arrival end of the wavelength conversion element body. First wavelength λ reaching the reaching end The light including the first light and the light having the second wavelength λ2 is also referred to as reaching light, and the incident light incident on the wavelength conversion element body from the incident end travels in the wavelength conversion element body. The wavelength conversion element main body that first arrives as the reaching light is different from the incident end or the vicinity of the end is also referred to as a first reaching end) and reaches the first reaching end. The wavelength conversion element is characterized in that a reflector capable of reflecting at least the first wavelength λ1 of the reaching light and re-entering the wavelength conversion element main body is disposed.
本発明の前記発明１を展開した第２の発明（以下、発明２ともいう）は、発明１に記載の波長変換素子において、前記反射体が第２の波長λ２の光をも反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができることを特徴とする波長変換素子である。
According to a second invention (hereinafter also referred to as invention 2) in which the
本発明の前記発明１を展開した第３の発明（以下、発明３ともいう）は、発明１または２に記載の波長変換素子において、前記波長変換素子本体が分極反転領域を有する分極反転素子であることを特徴とする波長変換素子である。
A third invention (hereinafter also referred to as invention 3) of the
本発明の前記発明１を展開した第４の発明（以下、発明４ともいう）は、発明１〜３のいずれかに記載の波長変換素子において、前記反射体によって反射されて前記波長変換素子本体に再入射した光ビームの光路と前記反射体によって反射される直前の前記到達光ビームの光路が前記波長変換素子本体内において平行でないことを特徴とする波長変換素子である。
A fourth invention (hereinafter also referred to as invention 4), which is the
本発明の前記発明１を展開した第５の発明（以下、発明５ともいう）は、発明１〜４のいずれかに記載の波長変換素子において、前記反射体の第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光のいずれか一方または双方に対する反射率が９９％以上であることを特徴とする波長変換素子である。
A fifth invention (hereinafter, also referred to as an invention 5) obtained by developing the
本発明の前記発明１を展開した第６の発明（以下、発明６ともいう）は、発明１〜５のいずれかに記載の波長変換素子において、Ｎを１以上の整数とし、前記第１の到達端部で前記反射体で反射されて前記波長変換素子本体に再入射して前記波長変換素子本体内を進行した第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光が次に到達する到達端部を第２の到達端部ということにし、以下同様に、第Ｎの到達端部で反射体で反射されて前記波長変換素子本体に再入射して前記波長変換素子本体内を進行した第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ到達光が次に到達する到達端部を第Ｎ＋１の到達端部ということにして、前記第Ｎの到達端部に到達し前記反射体で反射されて前記波長変換素子本体に再入射して前記波長変換素子本体内を進行した第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ到達光が次に到達する第Ｎ＋１の到達端部に、前記到達光の第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光のいずれか一方または双方を反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができる反射体を配置したことを特徴とする波長変換素子である。
A sixth invention (hereinafter also referred to as invention 6) in which the
本発明の前記発明１を展開した第７の発明（以下、発明７ともいう）は、発明１〜６のいずれかに記載の波長変換素子において、少なくとも１つの前記反射体が、あるいは前記反射体の少なくとも一部が、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面に形成された多層膜から成る反射膜であることを特徴とする波長変換素子である。
A seventh invention (hereinafter also referred to as an invention 7) obtained by developing the
本発明の前記発明１を展開した第８の発明（以下、発明８ともいう）は、発明７に記載の波長変換素子において、前記反射膜が、前記波長変換素子本体の複数箇所の前記到達端部の表面に連続した状態に形成された反射膜であることを特徴とする波長変換素子である。
An eighth invention (hereinafter also referred to as an invention 8) in which the
本発明の前記発明１を展開した第９の発明（以下、発明９ともいう）は、発明７または８に記載の波長変換素子において、前記反射膜が前記波長λ１の光と前記波長λ２の光のいずれか一方または双方に対して９９．８％以上の反射率を有する多層膜からなる反射膜であることを特徴とする波長変換素子である。
According to a ninth aspect (hereinafter, also referred to as invention 9) of the
本発明の前記発明１を展開した第１０の発明（以下、発明１０ともいう）は、発明１〜９のいずれかに記載の波長変換素子において、少なくとも１つの前記反射体が、あるいは前記反射体の少なくとも一部が、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面に対向して、前記波長変換素子本体の外部に配置された外部反射鏡であることを特徴とする波長変換素子である。 According to a tenth aspect (hereinafter also referred to as the tenth aspect) of the first aspect of the present invention, in the wavelength conversion element according to any one of the first to ninth aspects, at least one of the reflectors or the reflector At least a part of the wavelength conversion element is an external reflecting mirror disposed on the outside of the wavelength conversion element body so as to face the surface of the reaching end portion of the wavelength conversion element body.
本発明の前記発明１を展開した第１１の発明（以下、発明１１ともいう）は、発明１０に記載の波長変換素子において、前記波長変換素子が、少なくとも１つの前記外部反射鏡のそこに入射する前記到達光に対する角度を調節する手段を有することを特徴とする波長変換素子である。
An eleventh invention (hereinafter also referred to as invention 11) in which the
本発明の前記発明１を展開した第１２の発明（以下、発明１２ともいう）は、発明１０または１１に記載の波長変換素子において、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面と前記表面に対向して配置されている前記外部反射鏡の間にレンズを配置したことを特徴とする波長変換素子である。
A twelfth invention (hereinafter also referred to as invention 12) in which the
本発明の前記発明１を展開した第１３の発明（以下、発明１３ともいう）は、発明１２に記載の波長変換素子において、前記レンズ（以下、第１のレンズともいう）は、前記外部反射鏡で反射されて前記波長変換素子本体に再入射される少なくとも第１の波長λ１の光を含んだ光ビームを、当該波長変換素子において、前記再入射された再入射点から後段の光路で当該波長変換素子の出射端部までの間に集光レンズ（以下、第２のレンズともいう）が配置されている場合には前記第１のレンズの中心と前記第２のレンズの中心の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであり、前記再入射された再入射点から後段の光路で当該波長変換素子の出射端部までの間に前記第２のレンズが配置されていない場合には前記第１のレンズの中心と当該波長変換素子の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであることを特徴とする波長変換素子である。
A thirteenth invention (hereinafter also referred to as invention 13) in which the
本発明の前記発明１を展開した第１４の発明（以下、発明１４ともいう）は、発明１〜１３のいずれかに記載の波長変換素子において、前記波長変換素子本体の少なくとも前記入射端部になる表面と前記外部反射鏡に対向している表面と前記到達光を外部に取り出す到達端部になる表面に反射防止膜が形成されていることを特徴とする波長変換素子である。
A fourteenth invention (hereinafter also referred to as an invention 14) obtained by developing the
本発明の前記発明１を展開した第１５の発明（以下、発明１５ともいう）は、発明１〜１４のいずれかに記載の波長変換素子において、前記波長変換素子本体の少なくとも１つの前記到達端部になる表面に対向して、前記到達端部から前記波長変換素子本体の外部に出た到達光を、前記到達光の前記到達端部から前記波長変換素子本体の外部に出る前の光路（以下、反射前光路ともいう）に平行でかつ前記波長変換素子本体内部の前記反射前光路から離れた位置を前記反射前光路と逆方向に進行する光路（以下、逆方向光路ともいう）になるように前記波長変換素子本体に再入射するように反射する反射体（以下、逆光路反射体ともいう）が配置されていることを特徴とする波長変換素子である。 According to a fifteenth aspect of the present invention, the fifteenth aspect of the present invention (hereinafter also referred to as the fifteenth aspect) is the wavelength conversion element according to any one of the first to fourteenth aspects, wherein at least one reaching end of the wavelength conversion element main body. Opposite the surface to be a part, the light reaching the outside of the wavelength conversion element body from the reaching end, the optical path before the light reaching the outside of the wavelength conversion element body from the reaching end of the reaching light ( (Hereinafter also referred to as an optical path before reflection) and a position away from the optical path before reflection inside the wavelength conversion element body is an optical path (hereinafter also referred to as a reverse optical path) that travels in a direction opposite to the optical path before reflection. In this way, the wavelength conversion element is characterized in that a reflector (hereinafter also referred to as a reverse optical path reflector) that reflects so as to re-enter the wavelength conversion element body is disposed.
本発明の前記発明１を展開した第１６の発明（以下、発明１６ともいう）は、発明１５に記載の波長変換素子において、前記逆光路反射体と前記波長変換素子本体の表面の間にレンズ（以下、第７のレンズともいう）が配置されており、前記第７のレンズは、当該レンズを通り前記逆方向光路の入射点に入射させる入射光を、前記逆方向光路の入射点から、当該光路の後段の光路において、当該波長変換素子の出射端部までの間に集光レンズ（以下、第８のレンズともいう）が配置されている場合には前記第７のレンズの中心と前記第８のレンズの中心の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであり、前記逆方向光路の入射点から、当該光路の後段の光路において、当該波長変換素子の出射端部までの間に前記第８のレンズが配置されていない場合には前記第７のレンズの中心と当該波長変換素子の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであることを特徴とする波長変換素子である。
A sixteenth invention (hereinafter also referred to as an invention 16) obtained by developing the
本発明の前記発明１を展開した第１７の発明（以下、発明１７ともいう）は、発明１〜１６のいずれかに記載の波長変換素子において、前記波長変換素子本体の前記入射端部になる表面とそれと反対側の表面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換素子である。
A seventeenth invention (hereinafter also referred to as an invention 17) obtained by developing the
本発明の前記発明１を展開した第１８の発明（以下、発明１８ともいう）は、発明３〜１７のいずれかに記載の波長変換素子において、前記波長変換素子本体の表面と各分極反転領域の境界面とが１分以内の開き角で互いに平行であることを特徴とする波長変換素子である。
An eighteenth invention (hereinafter also referred to as an invention 18) in which the
本発明の前記発明１を展開した第１９の発明（以下、発明１９ともいう）は、発明３〜１８のいずれかに記載の波長変換素子において、前記波長変換素子本体の分極反転領域の幅が、前記波長変換素子本体に最初に入射した入射光の光路に直交する方向でかつ前記光路とその次の再入射光の光路を含む面における幅において少なくとも２ｍｍあることを特徴とする波長変換素子である。
The nineteenth invention (hereinafter also referred to as invention 19) in which the
本発明の前記発明１を展開した第２０の発明（以下、発明２０ともいう）は、発明３〜１９のいずれかに記載の波長変換素子において、前記分極反転素子がＰＰＬＮであることを特徴とする波長変換素子である。
A twentieth invention (hereinafter also referred to as an invention 20) obtained by developing the
本発明の前記発明１を展開した第２１の発明（以下、発明２１ともいう）は、発明３〜１９のいずれかに記載の波長変換素子において、前記分極反転素子がＰＰＫＴＰであることを特徴とする波長変換素子である。
A twenty-first invention (hereinafter also referred to as invention 21) obtained by developing the
ＰＰＬＮやＰＰＫＴＰは技術的にもデータが多く蓄積されており、安価に本発明の波長変換素子、波長変換装置、波長変換方法を実現するには好適なものということができる。 PPLN and PPKTP have technically accumulated a lot of data, and can be said to be suitable for realizing the wavelength conversion element, wavelength conversion device, and wavelength conversion method of the present invention at low cost.
つぎに、前記発明１〜２１の如き波長変換素子を用いて構成した波長変換装置について説明する。
Next, a wavelength conversion device constituted by using the wavelength conversion element as in
本発明の第２の基本発明（以下、発明２２ともいう）による波長変換装置は、波長変換素子本体の入射端部から前記波長変換素子本体に第１の波長λ１の光を含む光を入射光として入射させ、前記入射光を前記波長変換素子本体内を進行させることによって前記第１の波長λ１とは異なる第２の波長λ２の光を生成して前記波長変換素子本体から出射させることができる波長変換素子本体を有する波長変換素子を少なくとも１つ用いた波長変換装置において、少なくとも１つの前記波長変換素子が、前記入射端部から波長変換素子本体に入射された前記入射光が、前記波長変換素子本体内を進行して第１の波長λ１の光から第２の波長λ２の光への波長変換を受けた結果として第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光となって前記第１の到達端部に到達した前記到達光のうちの少なくとも第１の波長λ１の光を反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができる反射体を配置した波長変換素子であることを特徴とする波長変換装置である。 The wavelength conversion device according to the second basic invention of the present invention (hereinafter also referred to as the invention 22) receives light including light of the first wavelength λ1 from the incident end of the wavelength conversion element body to the wavelength conversion element body. And the incident light travels in the wavelength conversion element main body, thereby generating light having a second wavelength λ2 different from the first wavelength λ1 and emitting the light from the wavelength conversion element main body. In a wavelength conversion device using at least one wavelength conversion element having a wavelength conversion element main body, at least one of the wavelength conversion elements is obtained by converting the incident light incident on the wavelength conversion element main body from the incident end. Light including light of the first wavelength λ1 and light of the second wavelength λ2 as a result of traveling through the element body and undergoing wavelength conversion from the light of the first wavelength λ1 to the light of the second wavelength λ2. Become the first The wavelength conversion element is provided with a reflector that can reflect at least the light having the first wavelength λ1 of the reaching light that has reached the arrival end of the light and re-enter the wavelength conversion element body. Is a wavelength conversion device.
本発明の前記発明２２を展開した第２３の発明（以下、発明２３ともいう）は、発明２２に記載の波長変換装置において、前記反射体が第２の波長λ２の光をも反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができることを特徴とする波長変換装置である。
According to a twenty-third aspect (hereinafter, also referred to as the twenty-third aspect) of the
本発明の前記発明２２を展開した第２４の発明（以下、発明２４ともいう）は、発明２２または２３に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体が分極反転領域を有する分極反転素子であることを特徴とする波長変換装置である。
According to a twenty-fourth aspect of the present invention, the twenty-fourth aspect of the present invention (hereinafter also referred to as the twenty-fourth aspect) is a polarization reversal element in which the wavelength conversion element body has a polarization reversal region in the wavelength conversion device according to the
本発明の前記発明２２を展開した第２５の発明（以下、発明２５ともいう）は、発明２２〜２４のいずれかに記載の波長変換装置において、前記反射体によって反射されて前記波長変換素子本体に再入射した光ビームの光路と前記反射体によって反射される直前の前記到達光ビームの光路が前記波長変換素子本体内において平行でないことを特徴とする波長変換装置である。 According to a twenty-fifth aspect of the present invention, the twenty-second aspect of the present invention (hereinafter also referred to as the twenty-fifth aspect) is the wavelength conversion device according to any one of the twenty-second to twenty-fourth aspects, wherein the wavelength conversion element body is reflected by the reflector. The wavelength conversion device is characterized in that the optical path of the light beam re-incident on the light beam and the optical path of the reaching light beam immediately before being reflected by the reflector are not parallel in the wavelength conversion element body.
本発明の前記発明２２を展開した第２６の発明（以下、発明２６ともいう）は、発明２２〜２５のいずれかに記載の波長変換装置において、前記反射体の第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光のいずれか一方または双方に対する反射率が９９％以上であることを特徴とする波長変換装置である。 According to a twenty-sixth aspect of the present invention, the twenty-second aspect of the present invention (hereinafter also referred to as the twenty-sixth aspect), in the wavelength conversion device according to any one of the twenty-second to twenty-fifth aspects, The wavelength conversion device is characterized in that the reflectance with respect to one or both of the light beams having the second wavelength λ2 is 99% or more.
本発明の前記発明２２を展開した第２７の発明（以下、発明２７ともいう）は、発明２２〜２６のいずれかに記載の波長変換装置において、少なくとも１つの前記波長変換素子が、前記第Ｎの到達端部に到達し前記反射体で反射されて前記波長変換素子本体に再入射して前記波長変換素子本体内を進行した第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ到達光が次に到達する第Ｎ＋１の到達端部に、前記到達光の第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光のいずれか一方または双方を反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができる反射体を配置した波長変換素子であることを特徴とする波長変換装置である。 According to a twenty-seventh aspect of the present invention, which is the development of the twenty-second aspect of the present invention (hereinafter also referred to as the twenty-seventh aspect), in the wavelength conversion device according to any one of the twenty-second to twenty-sixth aspects, at least one of the wavelength conversion elements is the Nth. The light having the first wavelength λ1 and the light having the second wavelength λ2 that has been reflected by the reflector, re-entered the wavelength conversion element body, and traveled through the wavelength conversion element body. The wavelength conversion element main body is configured to reflect either one or both of the light having the first wavelength λ1 and the light having the second wavelength λ2 to the N + 1th arrival end where the arrival light reaches the next time. The wavelength conversion device is characterized in that it is a wavelength conversion element in which a reflector that can be re-incident on is disposed.
本発明の前記発明２２を展開した第２８の発明（以下、発明２８ともいう）は、発明２２〜２７のいずれかに記載の波長変換装置において、少なくとも１つの前記反射体が、あるいは前記反射体の少なくとも一部が、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面に形成された多層膜から成る反射膜であることを特徴とする波長変換装置である。
According to a twenty-eighth aspect (hereinafter, also referred to as invention 28) of the
本発明の前記発明２２を展開した第２９の発明（以下、発明２９ともいう）は、発明２８に記載の波長変換素子において、前記反射膜が、前記波長変換素子本体の複数箇所の前記到達端部の表面に連続した状態に形成された反射膜であることを特徴とする波長変換素子である。 According to a twenty-ninth aspect of the present invention, which is the development of the twenty-second aspect of the present invention (hereinafter also referred to as the thirty-ninth aspect), in the wavelength conversion element according to the twenty-eighth aspect, the reflective film has the reaching ends at a plurality of locations of the wavelength conversion element body. It is a wavelength conversion element characterized by being a reflective film formed in a continuous state on the surface of the part.
本発明の前記発明２２を展開した第３０の発明（以下、発明３０ともいう）は、発明２８または２９に記載の波長変換装置において、前記反射膜が前記波長λ１の光と前記波長λ２の光のいずれか一方または双方に対して９９．８％以上の反射率を有する多層膜からなる反射膜であることを特徴とする波長変換装置である。 A thirtieth invention (hereinafter also referred to as invention 30) according to the twenty-second aspect of the present invention is the wavelength converter according to the twenty-eighth or twenty-ninth aspect, wherein the reflective film is light having the wavelength λ1 and light having the wavelength λ2. A wavelength conversion device characterized by being a reflective film made of a multilayer film having a reflectance of 99.8% or more with respect to either or both of the above.
本発明の前記発明２２を展開した第３１の発明（以下、発明３１ともいう）は、発明２２〜３０のいずれかに記載の波長変換装置において、少なくとも１つの前記反射体が、あるいは前記反射体の少なくとも一部が、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面に対向して、前記波長変換素子本体の外部に配置された外部反射鏡であることを特徴とする波長変換装置である。
The thirty-first invention (hereinafter also referred to as invention 31), in which the
本発明の前記発明２２を展開した第３２の発明（以下、発明３２ともいう）は、発明３１に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子が、少なくとも１つの前記外部反射鏡のそこに入射する前記到達光に対する角度を調節する手段を有することを特徴とする波長変換装置である。
According to a thirty-second invention (hereinafter also referred to as invention 32) in which the
本発明の前記発明２２を展開した第３３の発明（以下、発明３３ともいう）は、発明３１または３２に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面と前記表面に対向して配置されている前記外部反射鏡の間にレンズを配置したことを特徴とする波長変換装置である。
A thirty-third invention (hereinafter also referred to as invention 33), in which the
本発明の前記発明２２を展開した第３４の発明（以下、発明３４ともいう）は、発明３３に記載の波長変換装置において、前記レンズ（以下、第３のレンズともいう）は、前記外部反射鏡で反射されて前記波長変換素子本体に再入射される少なくとも第１の波長λ１の光を含んだ光ビームを、当該波長変換素子において、前記再入射された再入射点から後段の光路で当該波長変換素子の出射端部までの間に集光レンズ（以下、第４のレンズともいう）が配置されている場合には前記第３のレンズの中心と前記第４のレンズの中心の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであり、前記再入射された再入射点から後段の光路で当該波長変換素子の出射端部までの間に前記第４のレンズが配置されていない場合には前記第３のレンズの中心と当該波長変換素子の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであることを特徴とする波長変換装置である。
A thirty-fourth invention (hereinafter also referred to as invention 34) in which the
本発明の前記発明２２を展開した第３５の発明（以下、発明３５ともいう）は、発明２２〜３４のいずれかに記載の波長変換装置において、少なくとも１つの前記波長変換素子本体の少なくとも前記入射端部になる表面と前記外部反射鏡に対向している表面と前記到達光を外部に取り出す到達端部になる表面に反射防止膜が形成されていることを特徴とする波長変換装置である。 According to a thirty-fifth aspect of the present invention, the thirty-fifth aspect of the present invention (hereinafter also referred to as the thirty-fifth aspect), in the wavelength conversion device according to any one of the twenty-second to thirty-fourth aspects, An antireflection film is formed on a surface serving as an end, a surface facing the external reflecting mirror, and a surface serving as a reaching end for extracting the reaching light to the outside.
本発明の前記発明２２を展開した第３６の発明（以下、発明３６ともいう）は、発明２２〜３５のいずれかに記載の波長変換装置において、少なくとも１つの前記波長変換素子本体の少なくとも１つの前記到達端部になる表面に対向して、前記到達端部から前記波長変換素子本体の外部に出た到達光を、前記到達光の前記到達端部から前記波長変換素子本体の外部に出る前の前記反射前光路に平行でかつ前記波長変換素子本体内部の前記反射前光路から離れた位置を前記反射前光路と逆方向に進行する前記逆方向光路になるように前記波長変換素子本体に再入射するように反射する前記逆光路反射体が配置されていることを特徴とする波長変換装置である。
According to a thirty-sixth aspect of the present invention, which is the development of the twenty-second aspect of the present invention (hereinafter also referred to as the thirty-sixth aspect), in the wavelength conversion device according to any one of the
本発明の前記発明２２を展開した第３７の発明（以下、発明３７ともいう）は、発明３６に記載の波長変換装置において、前記逆光路反射体と前記波長変換素子本体の表面の間にレンズ（以下、第９のレンズともいう）が配置されており、前記第９のレンズは、当該レンズを通り前記逆方向光路の入射点に入射させる入射光を、前記逆方向光路の入射点から、当該光路の後段の光路において、当該波長変換素子の出射端部までの間に集光レンズ（以下、第１０のレンズともいう）が配置されている場合には前記第９のレンズの中心と前記第１０のレンズの中心の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであり、前記逆方向光路の入射点から、当該光路の後段の光路において、当該波長変換素子の出射端部までの間に前記第１０のレンズが配置されていない場合には前記第９のレンズの中心と当該波長変換素子の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであることを特徴とする波長変換装置である。 According to a thirty-seventh aspect of the present invention, which is the development of the twenty-second aspect of the present invention (hereinafter also referred to as the thirty-seventh aspect), in the wavelength converter according to the thirty-sixth aspect, a lens is provided between the reverse optical path reflector and the surface of the wavelength conversion element body. (Hereinafter also referred to as a ninth lens) is arranged, and the ninth lens transmits incident light that enters the incident point of the reverse optical path through the lens from the incident point of the reverse optical path. When a condensing lens (hereinafter also referred to as a tenth lens) is disposed in the optical path following the optical path between the output end of the wavelength conversion element and the center of the ninth lens, A lens that collects light at a position corresponding to or near the intermediate point of the total optical path length between the centers of the tenth lens, and the wavelength conversion in an optical path downstream from the incident point of the reverse optical path To the output end of the element When the tenth lens is not disposed between the center of the ninth lens and the position corresponding to the intermediate point of the total optical path length between the center of the ninth lens and the emission end of the wavelength conversion element, or the vicinity thereof. It is a wavelength conversion device characterized by being a lens that emits light.
本発明の前記発明２２を展開した第３８の発明（以下、発明３８ともいう）は、発明２２〜３７のいずれかに記載の波長変換装置において、少なくとも１つの前記波長変換素子本体が、前記波長変換素子本体の前記入射端部が形成されている表面とそれと反対側の表面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されている波長変換素子本体であることを特徴とする波長変換装置である。 According to a thirty-eighth aspect of the present invention, the thirty-eighth aspect (hereinafter also referred to as the thirty-eighth aspect) is the wavelength conversion device according to any one of the twenty-second to thirty-seventh aspects, wherein at least one of the wavelength conversion element main bodies has the wavelength. A wavelength conversion device comprising a wavelength conversion element body in which a surface on which the incident end of the conversion element body is formed and a surface opposite to the surface are formed in parallel with each other with an opening angle of less than 1 minute It is.
本発明の前記発明２２を展開した第３９の発明（以下、発明３９ともいう）は、発明２４〜３８のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の表面と各分極反転領域の境界面とが１分以内の開き角で互いに平行であることを特徴とする波長変換装置である。
A thirty-ninth invention (hereinafter also referred to as invention 39) in which the
本発明の前記発明２２を展開した第４０の発明（以下、発明４０ともいう）は、発明２４〜３９のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の分極反転領域の幅が、前記波長変換素子本体に最初に入射した入射光の光路に直交する方向でかつ前記光路とその次の再入射光の光路を含む面における幅において少なくとも２ｍｍあることを特徴とする波長変換装置である。
The 40th invention of the present invention 22 (hereinafter also referred to as invention 40) is the wavelength conversion device according to any one of
本発明の前記発明２２を展開した第４１の発明（以下、発明４１ともいう）は、発明２４〜４０のいずれかに記載の波長変換装置において、前記分極反転素子がＰＰＬＮであることを特徴とする波長変換装置である。
According to a forty-first aspect of the present invention that develops the invention 22 (hereinafter also referred to as the invention 41), in the wavelength conversion device according to any one of the
本発明の前記発明２２を展開した第４２の発明（以下、発明４２ともいう）は、発明２４〜４０のいずれかに記載の波長変換装置において、前記分極反転素子がＰＰＫＴＰであることを特徴とする波長変換装置である。
A forty-second invention (hereinafter also referred to as invention 42), which is a development of the
本発明の前記発明２２を展開した第４３の発明（以下、発明４３ともいう）は、発明２２〜４２のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換装置が、前記光ビームの光路において前記波長変換素子を少なくとも２つ直列に配置して構成されている装置であることを特徴とする波長変換装置である。
A forty-third invention (hereinafter also referred to as invention 43) in which the
本発明の前記発明２２を展開した第４４の発明（以下、発明４４ともいう）は、発明４３に記載の波長変換装置において、前記光ビームの光路において、少なくとも１組の直列に接続されている２つの前記波長変換素子の間にレンズが配置されていることを特徴とする波長変換装置である。
A forty-fourth invention (hereinafter also referred to as invention 44) in which the
本発明の前記発明２２を展開した第４５の発明（以下、発明４５ともいう）は、発明４４に記載の波長変換装置において、前記レンズ（以下、第１１のレンズともいう）が、入射光を、当該レンズの後段の光路において、後段の波長変換素子の出射端部までの間に集光レンズ（以下、第１２のレンズともいう）が配置されている場合には前記第１１のレンズの中心と前記第１２のレンズの中心の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであり、後段の波長変換素子の出射端部までの間に前記第１２のレンズが配置されていない場合には前記第１１のレンズの中心と後段の波長変換素子の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであることを特徴とする波長変換装置である。
According to a forty-fifth aspect (hereinafter also referred to as invention 45) of the
本発明の前記発明２２を展開した第４６の発明（以下、発明４６ともいう）は、発明２２〜４５のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換装置が、波長変換された出力光を、前記入射端部の近傍において、前記入射光の入射位置から所定距離離れた位置で取り出すことができることを特徴とする波長変換装置である。
A forty-sixth aspect of the present invention, which is the development of the twenty-second aspect of the present invention (hereinafter also referred to as the forty-sixth aspect), is the wavelength conversion device according to any one of the
次に、本発明の波長変換方法について説明する。 Next, the wavelength conversion method of the present invention will be described.
本発明の第３の基本発明（以下、発明４７ともいう）による波長変換方法は、波長変換素子本体の入射端部から前記波長変換素子本体に第１の波長λ１の光を含む光を入射光として入射させ、前記入射光を前記波長変換素子本体内を進行させることによって前記第１の波長λ１とは異なる第２の波長λ２の光を生成して前記波長変換素子本体から出射させることができる波長変換素子本体を有する波長変換素子あるいは前記波長変換素子を有する波長変換装置を少なくとも１つ用いて波長変換を行う波長変換方法において、前記波長変換方法に用いる少なくとも１つの前記波長変換素子が、前記入射端部から波長変換素子本体に入射された前記入射光が、前記波長変換素子本体内を進行して第１の波長λ１の光から第２の波長λ２の光への波長変換を受けた結果として第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光となって前記第１の到達端部に到達した前記到達光のうちの少なくとも第１の波長λ１の光を反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができる反射体を配置した波長変換素子であることを特徴とする波長変換方法である。 In the wavelength conversion method according to the third basic invention of the present invention (hereinafter also referred to as the invention 47), the light including the light of the first wavelength λ1 is incident on the wavelength conversion element body from the incident end of the wavelength conversion element body. And the incident light travels in the wavelength conversion element main body, thereby generating light having a second wavelength λ2 different from the first wavelength λ1 and emitting the light from the wavelength conversion element main body. In a wavelength conversion method for performing wavelength conversion using at least one wavelength conversion element having a wavelength conversion element body or a wavelength conversion device having the wavelength conversion element, at least one of the wavelength conversion elements used in the wavelength conversion method is The incident light incident on the wavelength conversion element main body from the incident end travels in the wavelength conversion element main body and changes the wavelength from the light having the first wavelength λ1 to the light having the second wavelength λ2. As a result of the conversion, at least the first wavelength λ1 of the reaching light that has reached the first reaching end portion becomes light including light of the first wavelength λ1 and light of the second wavelength λ2. The wavelength conversion method is characterized in that it is a wavelength conversion element in which a reflector capable of reflecting the light and making it re-enter the wavelength conversion element main body is disposed.
本発明の前記発明４７を展開した第４８の発明（以下、発明４８ともいう）は、発明４７に記載の波長変換方法において、前記反射体が第２の波長λ２の光をも反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができることを特徴とする波長変換方法である。 A forty-eighth aspect of the present invention, which is the development of the invention 47 (hereinafter also referred to as the invention 48), is the wavelength conversion method according to the aspect 47, wherein the reflector also reflects light having a second wavelength λ2. It is a wavelength conversion method characterized by being able to re-enter the wavelength conversion element main body.
本発明の前記発明４７を展開した第４９の発明（以下、発明４９ともいう）は、発明４７または４８に記載の波長変換方法において、前記波長変換素子本体が分極反転領域を有する分極反転素子であることを特徴とする波長変換方法である。 A forty-ninth aspect of the present invention, which is the development of the invention 47 (hereinafter also referred to as the invention 49), is a polarization reversal element in which the wavelength conversion element body has a polarization reversal region in the wavelength conversion method according to the invention 47 or 48. It is a wavelength conversion method characterized by being.
本発明の前記発明４７を展開した第５０の発明（以下、発明５０ともいう）は、発明４７〜４９のいずれかに記載の波長変換方法において、前記反射体として、前記反射体によって反射されて前記波長変換素子本体に再入射した光ビームの光路と前記反射体によって反射される直前の前記到達光ビームの光路が前記波長変換素子本体内において平行でないような反射体を用いることを特徴とする波長変換方法である。 A fifty-th invention of the present invention 47 (hereinafter also referred to as invention 50) is reflected by the reflector as the reflector in the wavelength conversion method according to any one of inventions 47 to 49. A reflector is used in which the optical path of the light beam re-incident on the wavelength conversion element body and the optical path of the reaching light beam immediately before being reflected by the reflector are not parallel in the wavelength conversion element body. This is a wavelength conversion method.
本発明の前記発明４７を展開した第５１の発明（以下、発明５１ともいう）は、発明４７〜５０のいずれかに記載の波長変換方法において、前記反射体として、第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光のいずれか一方または双方に対する反射率が９９％以上である反射体を用いることを特徴とする波長変換方法である。 The fifty-first invention (hereinafter also referred to as invention 51), in which the invention 47 of the present invention is developed, is the wavelength conversion method according to any one of the inventions 47 to 50, wherein the light having the first wavelength λ1 is used as the reflector. And a reflector having a reflectivity of 99% or more for either or both of the light having the second wavelength λ2 and the wavelength conversion method.
本発明の前記発明４７を展開した第５２の発明（以下、発明５２ともいう）は、発明４７〜５１のいずれかに記載の波長変換方法において、少なくとも１つの前記波長変換素子が、前記第Ｎの到達端部に到達し前記反射体で反射されて前記波長変換素子本体に再入射して前記波長変換素子本体内を進行した第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ到達光が次に到達する第Ｎ＋１の到達端部に、前記到達光の第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光のいずれか一方または双方を反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができる反射体を配置した波長変換素子であることを特徴とする波長変換方法である。 A fifty-second invention (hereinafter also referred to as invention 52) obtained by developing the invention 47 of the present invention is the wavelength conversion method according to any one of the inventions 47 to 51, wherein at least one of the wavelength conversion elements is the Nth product. The light having the first wavelength λ1 and the light having the second wavelength λ2 that has been reflected by the reflector, re-entered the wavelength conversion element body, and traveled through the wavelength conversion element body. The wavelength conversion element main body is configured to reflect either one or both of the light having the first wavelength λ1 and the light having the second wavelength λ2 to the N + 1th arrival end where the arrival light reaches the next time. The wavelength conversion method is characterized in that it is a wavelength conversion element in which a reflector that can be re-incident on is disposed.
本発明の前記発明４７を展開した第５３の発明（以下、発明５３ともいう）は、発明４７〜５２のいずれかに記載の波長変換方法において、少なくとも１つの前記反射体が、あるいは前記反射体の少なくとも一部が、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面に形成された多層膜から成る反射膜であることを特徴とする波長変換方法である。 A fifty-third invention (hereinafter also referred to as invention 53) in which the invention 47 of the present invention is developed is the wavelength conversion method according to any one of the inventions 47 to 52, wherein at least one of the reflectors or the reflector is used. The wavelength conversion method is characterized in that at least a part of the reflection film is a reflective film made of a multilayer film formed on the surface of the reaching end portion of the wavelength conversion element body.
本発明の前記発明４７を展開した第５４の発明（以下、発明５４ともいう）は、発明５３に記載の波長変換方法において、前記反射膜が、前記波長変換素子本体の複数箇所の前記到達端部の表面に連続した状態に形成された反射膜であることを特徴とする波長変換方法である。 The fifty-fourth invention (hereinafter also referred to as invention 54), which is the development of the invention 47 of the present invention, is the wavelength conversion method according to the invention 53, wherein the reflective film has the reaching ends at a plurality of locations of the wavelength conversion element body. It is a wavelength conversion method characterized by being a reflective film formed in a continuous state on the surface of the part.
本発明の前記発明４７を展開した第５５の発明（以下、発明５５ともいう）は、発明５３または５４に記載の波長変換方法において、前記反射膜が前記波長λ１の光と前記波長λ２の光のいずれか一方または双方に対して９９．８％以上の反射率を有する多層膜からなる反射膜であることを特徴とする波長変換方法である。 According to a fifty-fifth aspect of the present invention, the fifteenth aspect of the present invention (hereinafter also referred to as the fifty-fifth aspect), in the wavelength conversion method according to the thirty-third or fifty-fourth aspect, A wavelength conversion method characterized by being a reflective film composed of a multilayer film having a reflectance of 99.8% or more with respect to one or both of the above.
本発明の前記発明４７を展開した第５６の発明（以下、発明５６ともいう）は、発明４７〜５５のいずれかに記載の波長変換方法において、少なくとも１つの前記反射体が、あるいは前記反射体の少なくとも一部が、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面に対向して、前記波長変換素子本体の外部に配置された外部反射鏡であることを特徴とする波長変換方法である。 According to a fifty-sixth aspect of the present invention, the fifty-seventh aspect of the present invention (hereinafter also referred to as the fifty-sixth aspect) is the wavelength conversion method according to any one of the aspects 47 to 55, wherein at least one of the reflectors or the reflector The wavelength conversion method is characterized in that at least a part of the external reflection mirror is disposed outside the wavelength conversion element body so as to face the surface of the reaching end portion of the wavelength conversion element body.
本発明の前記発明４７を展開した第５７の発明（以下、発明５７ともいう）は、発明５６に記載の波長変換方法において、前記波長変換素子が、少なくとも１つの前記外部反射鏡のそこに入射する前記到達光に対する角度を調節する手段を有することを特徴とする波長変換方法である。 The fifty-seventh invention (hereinafter also referred to as invention 57), which is the development of the invention 47 of the present invention, is the wavelength conversion method according to the invention 56, wherein the wavelength conversion element is incident on at least one of the external reflecting mirrors. And a means for adjusting an angle with respect to the reaching light.
本発明の前記発明４７を展開した第５８の発明（以下、発明５８ともいう）は、発明５６または５７に記載の波長変換方法において、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面と前記表面に対向して配置されている前記外部反射鏡の間にレンズを配置したことを特徴とする波長変換方法である。 The 58th invention (hereinafter also referred to as invention 58), in which the invention 47 of the present invention is developed, is the wavelength conversion method according to the invention 56 or 57, wherein the surface of the reaching end portion of the wavelength conversion element body and the surface The wavelength conversion method is characterized in that a lens is arranged between the external reflecting mirrors arranged to face each other.
本発明の前記発明４７を展開した第５９の発明（以下、発明５９ともいう）は、発明５８に記載の波長変換方法において、前記レンズ（以下、第５のレンズともいう）は、前記外部反射鏡で反射されて前記波長変換素子本体に再入射される少なくとも第１の波長λ１の光を含んだ光ビームを、当該波長変換素子において、前記再入射された再入射点から後段の光路で当該波長変換素子の出射端部までの間に集光レンズ（以下、第６のレンズともいう）が配置されている場合には前記第５のレンズの中心と前記第６のレンズの中心の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであり、前記再入射された再入射点から後段の光路で当該波長変換素子の出射端部までの間に前記第６のレンズが配置されていない場合には前記第５のレンズの中心と当該波長変換素子の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであることを特徴とする波長変換方法である。 A fifty-ninth invention (hereinafter also referred to as invention 59) in which the invention 47 of the present invention is developed is the wavelength conversion method according to the invention 58, wherein the lens (hereinafter also referred to as fifth lens) is the external reflection. A light beam including light of at least the first wavelength λ1 reflected by a mirror and re-entering the wavelength conversion element main body is transmitted in the optical path downstream from the re-incident point of re-incidence in the wavelength conversion element. When a condensing lens (hereinafter also referred to as a sixth lens) is disposed between the output end of the wavelength conversion element, it is between the center of the fifth lens and the center of the sixth lens. A lens for condensing light at a position corresponding to or near the intermediate point of the total optical path length, and the sixth optical path between the re-entered re-incident point and the output end of the wavelength conversion element in the subsequent optical path. When no lens is placed Is a lens for condensing light at a position corresponding to or near the midpoint of the total optical path length between the center of the fifth lens and the emission end of the wavelength conversion element. .
本発明の前記発明４７を展開した第６０の発明（以下、発明６０ともいう）は、発明４７〜５９のいずれかに記載の波長変換方法において、少なくとも１つの前記波長変換素子本体の少なくとも前記入射端部になる表面と前記外部反射鏡に対向している表面と前記到達光を外部に取り出す到達端部になる表面に反射防止膜が形成されていることを特徴とする波長変換方法である。 A 60th invention (hereinafter also referred to as invention 60) in which the invention 47 of the present invention is developed is the wavelength conversion method according to any one of inventions 47 to 59, wherein at least the incidence of at least one of the wavelength conversion element main bodies is performed. The wavelength conversion method is characterized in that an antireflection film is formed on a surface that becomes an end portion, a surface that faces the external reflecting mirror, and a surface that becomes the reaching end portion that extracts the reaching light to the outside.
本発明の前記発明４７を展開した第６１の発明（以下、発明６１ともいう）は、発明４７〜６０のいずれかに記載の波長変換方法において、少なくとも１つの前記波長変換素子本体の少なくとも１つの前記到達端部になる表面に対向して、前記到達端部から前記波長変換素子本体の外部に出た到達光を、前記到達光の前記到達端部から前記波長変換素子本体の外部に出る前の前記反射前光路に平行でかつ前記波長変換素子本体内部の前記反射前光路から離れた位置を前記反射前光路と逆方向に進行する前記逆方向光路になるように前記波長変換素子本体に再入射するように反射する前記逆光路反射体が配置されていることを特徴とする波長変換方法である。 A sixty-first invention (hereinafter also referred to as invention 61) in which the invention 47 of the present invention is developed is the wavelength conversion method according to any one of the inventions 47 to 60, wherein at least one of the at least one wavelength conversion element main body. Before reaching the surface of the wavelength conversion element body from the reaching end portion of the reaching light, the reaching light exiting the outside of the wavelength conversion element body from the reaching end portion is opposed to the surface that becomes the reaching end portion. The wavelength conversion element main body is re-adjusted so that a position parallel to the pre-reflection optical path and away from the pre-reflection optical path inside the wavelength conversion element main body becomes the reverse optical path traveling in the direction opposite to the pre-reflection optical path. The wavelength conversion method is characterized in that the reverse optical path reflector that reflects so as to enter is disposed.
本発明の前記発明４７を展開した第６２の発明（以下、発明６２ともいう）は、発明６１に記載の波長変換方法において、前記逆光路反射体と前記波長変換素子本体の表面の間にレンズ（以下、第１３のレンズともいう）が配置されており、前記第１３のレンズは、当該レンズを通り前記逆方向光路の入射点に入射させる入射光を、前記逆方向光路の入射点から、当該光路の後段の光路において、当該波長変換素子の出射端部までの間に集光レンズ（以下、第１４のレンズともいう）が配置されている場合には前記第１３のレンズの中心と前記第１４のレンズの中心の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであり、前記逆方向光路の入射点から、当該光路の後段の光路において、当該波長変換素子の出射端部までの間に前記第１４のレンズが配置されていない場合には前記第１３のレンズの中心と当該波長変換素子の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであることを特徴とする波長変換方法である。
According to a 62nd aspect of the present invention, which is the development of the invention 47 (hereinafter also referred to as the invention 62), in the wavelength conversion method of the
本発明の前記発明４７を展開した第６３の発明（以下、発明６３ともいう）は、発明４７〜６２のいずれかに記載の波長変換方法において、少なくとも１つの前記波長変換素子本体が、前記波長変換素子本体の前記入射端部が形成されている表面とそれと反対側の表面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されている波長変換素子本体であることを特徴とする波長変換方法である。 According to a 63rd aspect of the present invention, which is the development of the invention 47 (hereinafter also referred to as the invention 63), in the wavelength conversion method according to any one of the inventions 47 to 62, at least one of the wavelength conversion element main bodies has the wavelength. A wavelength conversion method characterized in that the surface of the conversion element body on which the incident end is formed and the surface opposite to the surface are formed in parallel with each other with an opening angle of less than 1 minute. It is.
本発明の前記発明４７を展開した第６４の発明（以下、発明６４ともいう）は、発明４９〜６３のいずれかに記載の波長変換方法において、前記波長変換素子本体の表面と各分極反転領域の境界面とが１分以内の開き角で互いに平行であることを特徴とする波長変換方法である。 A sixty-fourth invention (hereinafter also referred to as an invention 64) in which the invention 47 of the present invention is developed is the wavelength conversion method according to any one of the inventions 49 to 63, wherein the surface of the wavelength conversion element body and each polarization inversion region The wavelength conversion method is characterized in that the boundary surface is parallel to each other with an opening angle within one minute.
本発明の前記発明４７を展開した第６５の発明（以下、発明６５ともいう）は、発明４９〜６４のいずれかに記載の波長変換方法において、前記波長変換素子本体の分極反転領域の幅が、前記波長変換素子本体に最初に入射した入射光の光路に直交する方向でかつ前記光路とその次の再入射光の光路を含む面における幅において少なくとも２ｍｍあることを特徴とする波長変換方法である。 According to a 65th aspect of the present invention, which is the development of the invention 47 (hereinafter also referred to as the invention 65), in the wavelength conversion method according to any one of the inventions 49 to 64, the width of the domain-inverted region of the wavelength conversion element body is A wavelength conversion method characterized in that the width is at least 2 mm in a direction perpendicular to the optical path of incident light first incident on the wavelength conversion element body and in a plane including the optical path and the optical path of the next re-incident light. is there.
本発明の前記発明４７を展開した第６６の発明（以下、発明６６ともいう）は、発明４９〜６５のいずれかに記載の波長変換方法において、前記分極反転素子がＰＰＬＮであることを特徴とする波長変換方法である。 A 66th aspect of the present invention, which is the development of the aspect 47 of the present invention (hereinafter also referred to as the invention 66), is characterized in that, in the wavelength conversion method according to any one of the aspects 49 to 65, the polarization inverting element is PPLN. This is a wavelength conversion method.
本発明の前記発明４７を展開した第６７の発明（以下、発明６７ともいう）は、発明４９〜６５のいずれかに記載の波長変換方法において、前記分極反転素子がＰＰＫＴＰであることを特徴とする波長変換方法である。 A 67th aspect of the present invention, which is the development of the invention 47 (hereinafter also referred to as the invention 67), is characterized in that, in the wavelength conversion method according to any of the inventions 49 to 65, the polarization inverting element is PPKTP. This is a wavelength conversion method.
本発明の前記発明４７を展開した第６８の発明（以下、発明６８ともいう）は、発明４７〜６７のいずれかに記載の波長変換方法において、前記波長変換方法に用いる波長変換素子が、前記光ビームの光路において前記波長変換素子を少なくとも２つ直列に配置して構成されている波長変換素子であることを特徴とする波長変換方法である。 The 68th invention of the present invention 47 (hereinafter also referred to as invention 68) is the wavelength conversion method according to any one of inventions 47 to 67, wherein the wavelength conversion element used in the wavelength conversion method is the The wavelength conversion method is a wavelength conversion element configured by arranging at least two wavelength conversion elements in series in an optical path of a light beam.
本発明の前記発明４７を展開した第６９の発明（以下、発明６９ともいう）は、発明６８に記載の波長変換方法において、前記光ビームの光路において、少なくとも１組の直列に接続されている２つの前記波長変換素子の間にレンズが配置されていることを特徴とする波長変換方法である。 According to a 69th aspect of the present invention, which is the development of the invention 47 (hereinafter also referred to as the invention 69), in the wavelength conversion method according to the aspect 68, at least one set is connected in series in the optical path of the light beam. A wavelength conversion method characterized in that a lens is disposed between the two wavelength conversion elements.
本発明の前記発明４７を展開した第７０の発明（以下、発明７０ともいう）は、発明６９に記載の波長変換方法において、前記レンズ（以下、第１５のレンズともいう）が、入射光を、当該レンズの後段の光路において、後段の波長変換素子の出射端部までの間に集光レンズ（以下、第１６のレンズともいう）が配置されている場合には前記第１５のレンズの中心と前記第１６のレンズの中心の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであり、後段の波長変換素子の出射端部までの間に前記第１６のレンズが配置されていない場合には前記第１５のレンズの中心と後段の波長変換素子の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであることを特徴とする波長変換方法である。 The 70th invention (hereinafter also referred to as invention 70) in which the invention 47 of the present invention is developed is the wavelength conversion method according to invention 69, wherein the lens (hereinafter also referred to as 15th lens) When a condensing lens (hereinafter also referred to as the sixteenth lens) is disposed in the optical path at the rear stage of the lens and up to the emission end of the wavelength conversion element at the rear stage, the center of the fifteenth lens And the center of the sixteenth lens at a position corresponding to or near the midpoint of the total optical path length, and the sixteenth lens between the output end of the subsequent wavelength conversion element. Is not arranged, it is a lens that focuses light at a position corresponding to or near the midpoint of the total optical path length between the center of the fifteenth lens and the output end of the subsequent wavelength conversion element. Characteristic wavelength conversion It is the law.
本発明の前記発明４７を展開した第７１の発明（以下、発明７１ともいう）は、発明４７〜７０のいずれかに記載の波長変換方法において、前記波長変換方法に用いる波長変換素子が、波長変換された出力光を、前記入射端部の近傍において、前記入射光の入射位置から所定距離離れた位置で取り出すことができる波長変換素子であることを特徴とする波長変換方法である。 According to a seventy-first aspect of the present invention 47 (hereinafter also referred to as the invention 71), the wavelength conversion element used in the wavelength conversion method according to any one of the aspects 47 to 70 is a wavelength conversion element according to the present invention. In this wavelength conversion method, the converted output light is a wavelength conversion element that can extract the converted output light at a position away from the incident position of the incident light in the vicinity of the incident end.
以上説明したように、本発明による波長変換方法、波長変換素子ならびに波長変換装置は、従来のように共振器を構成したりフィードバック制御をしたりせずに、素子長が短い波長変換素子を使用して実質的な相互作用長を長くすることができ、波長変換効率を高めることができるため、構成が簡単で、小型で、高出力にすることができ、波長変換効率を高くすることができる波長変換素子や波長変換装置を安価に提供することができ、それらを用いたコヒーレント光源を安価に提供することができるという多大な効果を奏するものである。 As described above, the wavelength conversion method, the wavelength conversion element, and the wavelength conversion apparatus according to the present invention use a wavelength conversion element having a short element length without configuring a resonator or performing feedback control as in the past. Since the substantial interaction length can be increased and the wavelength conversion efficiency can be increased, the structure is simple, the size can be reduced, the output can be increased, and the wavelength conversion efficiency can be increased. The wavelength conversion element and the wavelength conversion device can be provided at a low cost, and a coherent light source using them can be provided at a low cost.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の例について説明する。なお、説明に用いる各図は本発明の例を理解できる程度に各構成成分の寸法、形状、配置関係などを概略的に示してある。そして本発明の説明の都合上、部分的に拡大率を変えて図示する場合もあり、本発明の例の説明に用いる図は、必ずしも実施例などの実物や記述と相似形でない場合もある。また、各図において、同様な構成成分については同一の番号を付けて示し、重複する説明を省略することもある。 Examples of embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The drawings used for the description schematically show the dimensions, shapes, arrangement relationships, and the like of each component to the extent that an example of the present invention can be understood. For convenience of explanation of the present invention, there may be cases where the enlargement ratio is partially changed for illustration, and the drawings used for explanation of the examples of the present invention may not necessarily be similar to the actual objects and descriptions of the embodiments. Moreover, in each figure, about the same component, it attaches and shows the same number, The overlapping description may be abbreviate | omitted.
前記のように、本発明の波長変換素子、波長変換装置ならびに波長変換方法に用いている技術の基本思想は、従来は、波長λ１のコヒーレント光を、入射光として、たとえば、ＰＰＬＮのような分極反転素子の一端から入射させて、分極反転素子内を図１３のように進行させて前記波長λ１とは異なる波長λ２の光に波長変換を行い、分極反転素子の他端に達した光を図１３のようにそのまま分極反転素子から出力させていたのを、本発明では、分極反転素子の他端に反射体を配置して、分極反転素子の前記他端に達した光を前記反射体で反射させ、当該分極反転素子に光路を変えて再入射させ、再び分極反転素子内を進行させて波長変換を行うことを基本とするものである。 As described above, the basic idea of the technology used in the wavelength conversion element, the wavelength conversion device, and the wavelength conversion method of the present invention is that conventionally, coherent light of wavelength λ1 is used as incident light, for example, polarization such as PPLN. The light is incident from one end of the inverting element and travels in the polarization inverting element as shown in FIG. 13 to perform wavelength conversion to light having a wavelength λ2 different from the wavelength λ1, and shows the light reaching the other end of the polarization inverting element. In the present invention, a reflector is disposed at the other end of the polarization inverting element so that the light reaching the other end of the polarization inverting element is reflected by the reflector. Basically, the light is reflected, re-incident on the polarization inverting element after changing the optical path, and again travels in the polarization inverting element to perform wavelength conversion.
本発明によって、素子長が３０ｍｍの波長変換素子に、波長λ１が１１２０ｎｍの４Ｗ（ワット）の入射光を入射角を１°で入射させ、後述の到達端部における反射体により反射させて波長変換素子に再入射させることを５回行い（すなわち、波長変換素子の入射端部から次の到達端部までの光路を１パスとし、光路として６パスとり）波長変換を行わせた結果、波長λ２が５６０ｎｍの約１Ｗの出射光をることができた。この例での波長変換効率は２０％を大きく超えるものであり、従来のバルクタイプの波長変換素子では到底期待できなかったものである。入射光量をさらに大きくすると、さらに大きな出力の変換光を得ることができる。 According to the present invention, a wavelength conversion element having an element length of 30 mm is incident on 4 W (watt) incident light having a wavelength λ1 of 1120 nm at an incident angle of 1 °, and reflected by a reflector at a reaching end, which will be described later, for wavelength conversion. As a result of performing wavelength conversion, the light is re-incident on the element five times (that is, the optical path from the incident end of the wavelength conversion element to the next arrival end is one path and the optical path is six paths), and wavelength conversion is performed. Was able to emit about 1 W of emitted light having a wavelength of 560 nm. The wavelength conversion efficiency in this example greatly exceeds 20%, which cannot be expected with conventional bulk type wavelength conversion elements. When the amount of incident light is further increased, converted light with a larger output can be obtained.
また、このような特徴を有する本発明の波長変換素子を用いて構成した波長変換装置、前記の特徴を有する本発明の波長変換方法については、その特徴を本発明の波長変換素子を説明することによって、容易に理解することができるまでに明らかにすることができるので、以下において、いくつかの実施例を説明しながら、本発明の波長変換素子を中心に本発明の実施の形態例を説明する。 In addition, the wavelength conversion device configured using the wavelength conversion element of the present invention having such characteristics and the wavelength conversion method of the present invention having the above characteristics will be described with reference to the wavelength conversion element of the present invention. Therefore, in the following, embodiments of the present invention will be described focusing on the wavelength conversion element of the present invention while describing some embodiments. To do.
図１と図２は本発明の実施例としての波長変換素子を説明する図で、波長変換を受ける光の光路を含む断面について説明する図である。図１は後述の分極反転領域を図示せずに示した図、図２は分極反転領域の例を記入して示した図である。 FIG. 1 and FIG. 2 are diagrams illustrating a wavelength conversion element as an embodiment of the present invention, and are diagrams illustrating a cross section including an optical path of light subjected to wavelength conversion. FIG. 1 is a diagram showing a domain-inverted region (not shown) shown below, and FIG. 2 is a diagram showing examples of domain-inverted regions.
図１と図２で、符号２０ａは本発明の実施例としての波長変換素子、２１はレーザ光源（図示せず）からの第１の波長λ１のコヒーレント光で波長変換を行うために波長変換素子２０ａに入射させる入射光ビーム、２２は波長変換素子２０ａを構成する波長変換素子本体としての分極反転非線形波長変換素子本体、３３は波長変換素子本体２２の分極反転領域、７１ａ〜７１ｃは光路、１１ａは波長変換素子本体２２に入射光ビーム２１が入射する入射端部、１２ａ〜１２ｃは入射光が波長変換素子本体２２に入射（再入射も特に区別しないときは入射ともいう）して波長変換を受けながら進行して波長変換素子本体端部（表面）に到達する到達端部、１３ａは光路７１ｃを波長変換を受けながら進行してきた信号光が出射する出射端部、２３と２６は反射防止膜、２４と２５は反射体としての反射膜、２７は出射光ビームである。
1 and 2,
反射防止膜２３，２６には従来光学素子に用いられている反射防止膜を用いることができる。
As the
反射膜２４，２５には、波長がλ１の光に対する反射率と波長がλ２の光に対する反射率がともに９０％以上の反射特性を有する多層膜を用いることができる。前記反射率を９９％以上、特に９９．８％以上にすることが特に好ましい。
As the
９９．９％以上の反射率の多層膜を用いることによって特に好ましい効果を発揮できる。 A particularly preferable effect can be exhibited by using a multilayer film having a reflectance of 99.9% or more.
図２で、入射端部１１ａから波長変換素子本体２２に入射した入射光は分極反転領域３３を第１の波長λ１から第２の波長λ２への波長変換を受けながら進行して波長変換素子本体２２の到達端部１２ａに到達光として到達する。
In FIG. 2, the incident light that has entered the wavelength
波長が第１の波長λ１である入射光ビーム２１が入射端部１１ａから波長変換素子本体２２に入射して光路７１ａを進行して、その一部が、分極反転領域３３を通ることによって第２の波長λ２の光に変換され、残りの部分は波長変換されずに波長が第１の波長λ１の光として到達端部１２ａに到達する。
The
すなわち、到達端部１２ａ（第１の到達端部）に到達した前記到達光には前記波長変換を受けた結果としての第２の波長λ２の光と未変換のままで残っている第１の波長λ１の光が混在している。
That is, the first light that has remained unconverted with the light of the second wavelength λ2 as a result of the wavelength conversion in the reaching light that has reached the reaching
第１の到達端部１２ａに到達した前記到達光は、多層膜から成る反射膜２４によって反射され、分極反転領域３３の光路７１ａとは異なる光路７１ｂを進行するように波長変換素子本体２２に再入射されて、第２の到達端部１２ｂに到達光として到達する。
The reaching light that has reached the first reaching
図からも明らかなように、光路７１ａと光路７１ｂは互いに平行でない光路である。 As is apparent from the drawing, the optical path 71a and the optical path 71b are optical paths that are not parallel to each other.
前記反射膜２４によって反射されて波長変換素子本体２２に再入射された光のうちの、光路７１ａにおいて波長がλ２の光へと波長変換された光は波長がλ２の光として光路７１ｂを進行し、波長がλ１のままの光の一部は、光路７１ｂを進行することによって前記と同様に波長がλ２の光へと波長変換され、残りの部分は波長変換されずに波長が第１の波長λ１の光として到達端部１２ｂに到達する。
Of the light reflected by the
すなわち、第２の到達端部１２ｂに到達した前記到達光には前記波長変換を受けた結果としての第２の波長λ２の光と未変換のままで残っている第１の波長λ１の光が混在しているが、第１の到達端部１２ａに到達した前記到達光に比較して、全光量に対する第２の波長λ２の光の割合が増加している。
That is, the reaching light that has reached the second reaching
第２の到達端部１２ｂに到達した前記到達光は、多層膜から成る反射膜２５によって反射され、分極反転領域３３の光路７１ｂとは異なる光路７１ｃを進行するように波長変換素子本体２２に再入射されて、第３の到達端部１２ｃに到達光として到達する。
The reaching light that has reached the second reaching
図からも明らかなように、光路７１ｂと光路７１ｃは互いに平行でない光路である。 As is apparent from the figure, the optical path 71b and the optical path 71c are optical paths that are not parallel to each other.
前記反射膜２５によって反射されて波長変換素子本体２２に再入射された光のうちの、光路７１ａと７１ｂにおいて波長がλ２の光へと波長変換された光は波長がλ２の光として光路７１ｃを進行し、波長がλ１の光の一部は、光路７１ｃを進行することによって前記と同様に波長がλ２の光へと波長変換され、残りの部分は波長変換されずに波長が第１の波長λ１の光として第３の到達端部１２ｃに到達し、到達端部１２ｃから反射防止膜２６を通り、出射光ビーム２７として波長変換素子本体２２の外部へ出力される。
Of the light reflected by the
すなわち、第３の到達端部１２ｃに到達した前記到達光には前記波長変換を受けた結果としての第２の波長λ２の光と未変換のままで残っている第１の波長λ１の光が混在しているが、第２の到達端部１２ｂに到達した前記到達光に比較して、全光量に対する第２の波長λ２の光の割合が増加している。
That is, the reaching light that has reached the third reaching end portion 12c includes the light having the second wavelength λ2 and the light having the first wavelength λ1 remaining unconverted as a result of the wavelength conversion. Although mixed, the ratio of the light having the second wavelength λ2 to the total light amount is increased as compared with the reaching light reaching the second reaching
このように、従来のように、第１の到達端部１２ａに反射膜２４の代わりに反射防止膜を形成しておき、入射光を入射端部１１ａから波長変換素子本体２２に入射させて、第１の到達端部１２ａに到達した到達光を反射させずに波長λ２の光を含む光を出射光ビームとして第１の到達端部１２ａから波長変換素子本体２２の外に取り出した場合の波長λ２の光の光量に比べて、前記のようにして、図１と図２を用いて説明した本発明の波長変換素子２０ａの到達端部１２ｃから反射防止膜２６を通り、波長λ２の光を含む光を出射光ビーム２７として波長変換素子本体２２の外部へ出力させた場合の波長λ２の光の光量はおおむね３倍になっている。
Thus, as in the prior art, an antireflection film is formed instead of the
出射光ビーム２７は、図示していないが、たとえば波長選択フィルタに入射させ、波長λ２の光を選択出力させて、顕微鏡用光源など目的の用途に用いることができる。
Although not shown, the emitted
すなわち、以上の説明から、図１、図２の構成の本発明の波長変換素子によって、同じ厚さの波長変換素子本体２２を用いて波長λ１の光から波長λ２の光への波長変換効率を従来のおおむね３倍に向上させることができることが容易に理解される。
That is, from the above explanation, the wavelength conversion element of the present invention having the configuration of FIGS. 1 and 2 can be used to increase the wavelength conversion efficiency from the light of wavelength λ1 to the light of wavelength λ2 using the wavelength
このような本発明の波長変換素子を少なくとも１つ光路に配置して構成した波長変換装置が本発明の実施例としての波長変換装置の例である。 A wavelength conversion device configured by arranging at least one wavelength conversion element of the present invention in the optical path is an example of a wavelength conversion device as an embodiment of the present invention.
そして、図１、図２を用いて説明した本発明の波長変換素子におけるように、前記到達光を前記反射体によって反射させ波長変換素子本体に再入射させ、入射させた光の波長変換を行う光路長を実質的に長くするという波長変換の方法が本発明の実施例としての波長変換方法の例である。 Then, as in the wavelength conversion element of the present invention described with reference to FIGS. 1 and 2, the reaching light is reflected by the reflector, re-enters the wavelength conversion element body, and wavelength conversion of the incident light is performed. The wavelength conversion method of substantially increasing the optical path length is an example of the wavelength conversion method as an embodiment of the present invention.
前記入射光と波長変換された結果としての出力光の波長の例として、第１の波長λ１が１１２０ｎｍで第２の波長λ２が５６０ｎｍの波長変換素子と、第１の波長λ１が１１６０ｎｍで第２の波長λ２が５８０ｎｍの波長変換素子について、それぞれの波長変換素子における各波長λ１とλ２に対する高反射率を有する前記反射膜を形成した各波長変換素子を作成したところ、極めて良好な波長変換効率を有する波長変換素子を得ることができた。 Examples of the wavelength of the incident light and the wavelength of the output light as a result of wavelength conversion include a wavelength conversion element having a first wavelength λ1 of 1120 nm and a second wavelength λ2 of 560 nm, and a second wavelength λ1 of 1160 nm and a second wavelength λ1. For each wavelength conversion element having a wavelength λ2 of 580 nm, each wavelength conversion element in which the reflection film having a high reflectance with respect to each wavelength λ1 and λ2 in each wavelength conversion element is formed. The wavelength conversion element which has was able to be obtained.
良好な波長変換効率を有する波長変換素子を得るのに、前記のことに加えて、種々の工夫をすることにより、一層顕著な効果をもたらすことができる。前記工夫としては、たとえば、各到達端部における素子表面の平行度、分極反転領域の境界と素子表面の平行度などを高めることをあげることができる。 In addition to the above, in order to obtain a wavelength conversion element having good wavelength conversion efficiency, a more remarkable effect can be brought about by various measures. Examples of the device include increasing the parallelism of the element surface at each reaching end, the parallelism between the boundary of the domain-inverted region and the element surface, and the like.
このための一つの特に好ましい方法は、波長変換素子本体の入射端部、到達端部、出射端部の該当する端部が位置する互いに対向する関係にある素子表面同士の平行度を高めることが好ましい。 One particularly preferred method for this purpose is to increase the parallelism between the element surfaces that are in an opposing relationship where the corresponding end portions of the incident end portion, the arrival end portion, and the emission end portion of the wavelength conversion element body are located. preferable.
これらの平行度は１分以内にすることが特に好ましい。 These parallelisms are particularly preferably within 1 minute.
図３と図４は、図１と図２を用いて説明した本発明の波長変換素子２０ａについてさらに詳しく説明する図で、図３は波長変換素子本体として平行平板の素子を用いた場合における素子の反射体を配置している対向する表面の到達端部近傍の平行度について説明する断面図、図４は図３の波長変換素子本体の分極反転領域の境界と素子表面の平行度について説明する断面図である。
FIGS. 3 and 4 are diagrams for explaining the
図３と図４で、符号３４ａは波長変換素子本体２２の入射端部１１ａと到達端部１２ｂが含まれる表面を延長した線、３４ｂは波長変換素子本体２２の到達端部１２ａと出射端部１３ａとなる到達端部１２ｃが含まれる表面を延長した線、３５ａ１と３５ｂ１は分極反転領域の境界面を延長した線、３４は線３４ａと線３４ｂの平行度を表す符号、３５ａは線３４ａと線３５ａ１の平行度を表す符号、３５ｂは線３５ｂ１と線３４ｂの平行度を表す符号、３９は分極反転領域の幅を説明する符号である。
3 and 4, reference numeral 34 a is a line extending from the surface including the incident end 11 a and the
図３と図４を用いて説明する波長変換素子本体２２は、入射端部１１ａおよび到達端部１２ｂを含む表面３４ａと到達端部１２ａおよび入射端部１３ａを含む表面３４ｂとが互いに平行な平面に形成されている。
The wavelength
図３と図４において、表面３４ａと表面３４ｂの両表面に交わる法線に対して直交し、図の上下方向になる分極反転領域３３の寸法を分極反転領域の幅といい、表面３４ａと表面３４ｂの両表面に交わる法線方向になる波長変換素子本体２２の寸法を波長変換素子本体２２の素子長ということにする。素子長を３０ｍｍにしたときに、符号３４，符号３５ａ，符号３５ｂで示したところの平行度をおおむね１分以内に構成することが前記の理由で好ましい。
3 and 4, the dimension of the domain-inverted
符号３９を付した矢印で示した分極反転領域３３の当該光路を含む面における幅は、前記到達光を反射して波長変換素子本体に再入射させる反射体を配置した到達端部が１つの場合、すなわち、波長変換素子本体に入射した光路（パス）の折り返しが１回（２パス）の場合、少なくとも２ｍｍに構成することが好ましい。図３と図４に示した例は光路の折り返しが２回の場合であり、分極反転領域３３の当該光路を含む面における幅を３ｍｍ以上になるように構成した。この分極反転領域の当該光路を含む面における幅は、前記面内における前記波長変換素子本体に最初に入射した入射光の光路に直交する方向で近似して表現することもできる。
The width in the plane including the optical path of the domain-inverted
このような構成にすることにより、小型で波長変換効率が高く、ハイパワー応用も可能な、本発明の波長変換素子を実現することができた。 By adopting such a configuration, it was possible to realize the wavelength conversion element of the present invention that is small in size, has high wavelength conversion efficiency, and can be applied to high power.
図５は本発明の実施例としての波長変換素子を説明する図で、波長変換を受ける光の光路を含む断面について説明する図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating a wavelength conversion element as an embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating a cross section including an optical path of light subjected to wavelength conversion.
図５で、符号２０ｂは本発明の実施例としての波長変換素子、１２ｄ〜１２ｆは到達光が到達する到達端部、１３ｂは出射光が出力される出射端部で到達端部１２ｆと同じ端部、２８は反射防止膜、２９は反射体としての外部反射鏡、７１ｄ〜７１ｆは光路である。
In FIG. 5,
図５で、説明の都合上、外部反射鏡２９の近傍における到達端部とその近傍における再入射点が同じ点に見えるような図になっているが、すなわち、光路の折り返しが到達端部で行われているように見えるような図になっているが、実際には到達光が当該到達端部に到達して、そこから出射し、当該外部反射鏡の反射面に到り、外部反射鏡の反射面で反射されて折り返し、到達端部に極めて近い位置から波長変換素子本体２２に再入射している。後述の図６の場合も同様である。
In FIG. 5, for convenience of explanation, the reaching end in the vicinity of the external reflecting
図５で、入射端部１１ａから波長変換素子本体２２に入射した入射光は、実施例１の場合と同様に、分極反転領域３３を第１の波長λ１から第２の波長λ２への波長変換を受けながら光路７１ｄを進行して波長変換素子本体２２の到達端部１２ｄに到達光として到達する。
In FIG. 5, the incident light incident on the wavelength conversion element
すなわち、実施例１の場合と同様に、波長が第１の波長λ１である入射光ビーム２１が入射端部１１ａから波長変換素子本体２２に入射して光路７１ｄを進行して、その一部が、分極反転領域３３を通ることによって第２の波長λ２の光に変換され、残りの部分は波長変換されずに波長が第１の波長λ１の光として第１の到達端部１２ｄに到達する。
That is, as in the case of the first embodiment, the
すなわち、第１の到達端部１２ｄに到達した前記到達光には前記波長変換を受けた結果としての第２の波長λ２の光と未変換のままで残っている第１の波長λ１の光が混在している。 That is, the reaching light that has reached the first reaching end 12d includes the light having the second wavelength λ2 as a result of the wavelength conversion and the light having the first wavelength λ1 that remains unconverted. It is mixed.
第１の到達端部１２ｄには反射防止膜２８が形成されているので、第１の到達端部１２ｄに到達した前記到達光は、反射防止膜２８を通り波長変換素子本体２２の外に出て外部反射鏡２９に到り、外部反射鏡２９によって反射され、再び反射防止膜２８を通り、第１の到達端部１２ｄあるいはその近傍から波長変換素子本体２２の分極反転領域３３の光路７１ｄとは異なる光路７１ｅを進行するように波長変換素子本体２２に再入射されて、第２の到達端部１２ｅに到達光として到達する。
Since the
外部反射鏡２９によって反射されて波長変換素子本体２２に再入射された光のうちの、光路７１ｄにおいて波長がλ２の光へと波長変換された光は波長がλ２の光として光路７１ｅを進行し、波長がλ１の光の一部は、光路７１ｅを進行することによって前記と同様に波長がλ２の光へと波長変換され、残りの部分は波長変換されずに第１の波長λ１の光として到達端部１２ｅに到達する。
Of the light reflected by the external reflecting
すなわち、第２の到達端部１２ｅに到達した前記到達光には前記波長変換を受けた結果としての第２の波長λ２の光と未変換のままで残っている第１の波長λ１の光が混在しているが、第１の到達端部１２ｄに到達した前記到達光に比較して、全光量に対する第２の波長λ２の光の割合が増加している。 That is, the reaching light that has reached the second reaching end 12e includes the light having the second wavelength λ2 as a result of the wavelength conversion and the light having the first wavelength λ1 that remains unconverted. Although mixed, the ratio of the light having the second wavelength λ2 to the total light amount is increased as compared with the reaching light reaching the first reaching end 12d.
第２の到達端部１２ｅには反射防止膜２８が形成されているので、第２の到達端部１２ｅに到達した前記到達光は、反射防止膜２８を通り波長変換素子本体２２の外に出て外部反射鏡２９に到り、外部反射鏡２９によって反射され、再び反射防止膜２８を通り、第２の到達端部１２ｅあるいはその近傍から波長変換素子本体２２の分極反転領域３３の光路７１ｅとは異なる光路７１ｆを進行するように波長変換素子本体２２に再入射されて、出射端部１３ｂでもある第３の到達端部１２ｆに到達光として到達する。
Since the
前記外部反射鏡２９によって反射されて波長変換素子本体２２に再入射された光のうちの、光路７１ｄと７１ｅにおいて波長がλ２の光へと波長変換された光は波長がλ２の光として光路７１ｆを進行し、波長がλ１の光の一部は、光路７１ｆを進行することによって前記と同様に波長がλ２の光へと波長変換され、残りの部分は波長変換されずに第１の波長λ１の光として第３の到達端部１２ｆに到達し、到達端部１２ｆから反射防止膜２８を通り、波長λ２の光を含む光を出射光ビーム２７として波長変換素子本体２２の外部へ出力される。
Of the light reflected by the external reflecting
すなわち、第３の到達端部１２ｆに到達した前記到達光には前記波長変換を受けた結果としての第２の波長λ２の光と未変換のままで残っている第１の波長λ１の光が混在しているが、第２の到達端部１２ｂに到達した前記到達光に比較して、全光量に対する第２の波長λ２の光の割合が増加している。
That is, the reaching light that has reached the third reaching
出射光ビーム２７は、図示していないが、たとえば波長選択フィルタに入射させ、波長λ２の光を選択出力させて、顕微鏡用光源など目的の用途に用いることができる。
Although not shown, the emitted
図６は、図５を用いて説明した本発明の波長変換素子２０ｂについてさらに詳しく説明する図で、波長変換素子本体の分極反転領域の境界と外部反射鏡の表面の平行度について説明する図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining in more detail the
図６で、符号３７ａと３７ｂは外部反射鏡２９の反射面を延長した線、３６ａと３６ｂは外部反射鏡２９の反射面と分極反転領域の境界の平行度を説明する符号である。
In FIG. 6,
図６を用いて説明する波長変換素子本体２２は、入射端部１１ａおよび到達端部１２ｅを含む表面と到達端部１２ｄおよび入射端部１３ｂを含む表面とが互いに平行な平面に形成されている。
In the wavelength conversion element
図６において、符号３７ａ，符号３７ｂで示したところの平行度をおおむね１分以内に構成することが前記と同様の理由で好ましい。
In FIG. 6, it is preferable to configure the parallelism indicated by the
入射端部近傍と到達端部近傍の素子表面の平行度、分極反転領域の境界と前記素子表面の表面の平行度についても、おおむね１分以内に構成することが前記と同様の理由で好ましい。 For the same reason as described above, the parallelism of the element surface in the vicinity of the incident end and the arrival end, and the parallelism of the boundary between the domain-inverted region and the surface of the element surface are preferably within one minute.
図５と図６で、入射端部１１ａの部分の反射防止膜２８と到達端部１２ｅの部分の反射防止膜２８は連続した一体の反射防止膜として形成されており、到達端部１２ｄの部分の反射防止膜２８と出射端部１３ｂ（到達端部１２ｆ）の部分の反射防止膜２８も連続した一体の反射防止膜として形成されている。
In FIGS. 5 and 6, the
このような構成にすることにより、小型で波長変換効率が高く、ハイパワー応用も可能な、本発明の波長変換素子を実現することができた。 By adopting such a configuration, it was possible to realize the wavelength conversion element of the present invention that is small in size, has high wavelength conversion efficiency, and can be applied to high power.
図７は本発明の実施例としての波長変換素子を説明する図で、波長変換を受ける光の光路を含む断面について説明する図である。 FIG. 7 is a diagram illustrating a wavelength conversion element as an embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating a cross section including an optical path of light subjected to wavelength conversion.
図７で、符号２０ｃは本発明の実施例としての波長変換素子、３０はレンズ、５０ａ〜５０ｃは当該光路の光路長としての中心点である。 In FIG. 7, reference numeral 20 c is a wavelength conversion element as an embodiment of the present invention, 30 is a lens, and 50 a to 50 c are center points as optical path lengths of the optical path.
実施例２の波長変換素子２０ｂとの違いは、反射体としての外部反射鏡を配置している到達端部と外部反射鏡との間にレンズ３０を配置したことである。各レンズ３０の焦点は、その後段の光路において次の集光レンズが配置されている場合には、当該レンズ３０の中心と前記次の集光レンズの中心との間の全光路長の中間点に当たる位置になり、その後段の光路において次の集光レンズが配置されていない場合には、当該レンズ３０の中心と当該波長変換素子本体の出射端部との中間点に当たる位置になるようになっている。
The difference from the
各外部反射鏡とレンズは各到達端部において同じ条件で配置されているので、各レンズ３０は、外部反射鏡２９で反射されて波長変換素子本体２２に再入射された光を、符号５０ｂや５０ｃで示した前記当該光路の光路長としての中心点に集光するようになっている。これにより、波長変換素子本体２２に再入射された光の広がりの悪影響を防いで、波長変換素子本体内部での光密度をより高め、変換効率をより高めることができるという大きな効果をもたらしている。
Since each external reflecting mirror and the lens are arranged under the same conditions at each reaching end, each
レンズ３０を挿入することにより必然的に変わること以外の構成と作用に関しては実施例２の構成に準じるので、説明の重複を避けることにする。
Since the configuration and operation other than that inevitably changed by inserting the
前記素子の各表面と外部反射鏡の平行度を前記のようにすることによって、簡単な構造の波長変換素子によって高効率で良質の波長変換を行う波長変換素子を安価に提供することができる。
また、出力光の品質の調整や、波長変換素子本体の表面の状況や、使用上の都合や、小型化などの事情などに応じて、外部反射鏡とレンズを前記平行に関する条件とは別に、それらの位置や角度を調整することができる手段を設けることもできる。
By setting the parallelism between each surface of the element and the external reflecting mirror as described above, a wavelength conversion element that performs high-quality and high-quality wavelength conversion with a wavelength conversion element having a simple structure can be provided at low cost.
In addition, according to the adjustment of the quality of the output light, the condition of the surface of the wavelength conversion element body, the convenience of use, the circumstances such as miniaturization, etc. Means capable of adjusting the position and the angle thereof can also be provided.
図７を用いて説明した構成の波長変換素子２０ｃにおいて、使用目的に応じて、少なくとも１つの外部反射鏡２９を波長λ２の光を透過し、波長λ１の光を反射する外部反射鏡に置換して、適宜必要な位置から波長λ２の光を取り出すように構成することもできる。
In the wavelength conversion element 20c having the configuration described with reference to FIG. 7, at least one
図８は本発明の実施例としての波長変換素子を説明する図で、波長変換を受ける光の光路を含む断面について説明する図である。図８で（Ａ）は入射光ビーム２１が波長変換素子本体２２に入射し、波長変換を受けて出射光ビーム２７ａとして出射するまでの波長変換素子本体内での光路を含む面の真上から見た図で、（Ｂ）は、波長変換素子の主要部分を前記（Ａ）の矢印１００の方向から見た図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a wavelength conversion element as an embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating a cross section including an optical path of light subjected to wavelength conversion. In FIG. 8A, the
図８で、符号２０ｄは本発明の実施例としての波長変換素子、１１ｂは再入射端部、１２ｇ〜１２ｌは到達端部、１３ｃと１３ｄは出射端部、２７ａ，５３ａ，５３ｂは出射光ビーム、２７ｂは再入射光になる入射光ビーム、６１，６２，７２ａ〜７２ｃ，７３ａ〜７３ｃは入射光ビームが波長変換素子本体２２に入射してからの波長変換素子本体２２内における光路、２１ａ，３１，５１，５２，５３ａ１，１００は矢印、３２は出射光ビーム取り出しミラーである。
In FIG. 8,
図８（Ａ）で、１１ａ〔１３ｄ（１２ｌ）〕のように〔〕をつけて示した符号は、〔〕の前の符号が図８（Ａ）で見えている部分の符号を表しており、〔〕内の符号が図８（Ａ）で〔〕の前の符号で示した部分の下にあるために見えない部分の符号を表している。したがって、１２ｇ〔１２ｋ〕は、１２ｇが図８（Ａ）で見えている到達端部、１２ｋが図８（Ａ）で到達端部１２ｇの下に位置しているために見えていない到達端部を示している。その他の符号も同様である。 In FIG. 8 (A), the reference numerals indicated with [] such as 11a [13d (12l)] indicate the reference numerals where the reference numerals before [] are visible in FIG. 8 (A). , [] Represents a part that cannot be seen because it is below the part indicated by the sign before [] in FIG. Therefore, 12g [12k] is a reaching end portion where 12g is visible in FIG. 8A, and 12g is a reaching end portion that is not visible because 12k is located below the reaching end portion 12g in FIG. 8A. Is shown. The same applies to other symbols.
また、図８（Ａ）で、１３ｃ（１２ｉ）や１３ｄ（１２ｌ）のように（）をつけて示した符号は、（）の前の符号で示した名称と（）の中の符号で示した名称とが同一のものを示している。したがって、１３ｃ（１２ｉ）は出射端部１３ｃすなわち到達端部１２ｉということになる。以下同様である。 In FIG. 8A, the reference numerals indicated by (), such as 13c (12i) and 13d (12l), are indicated by the names indicated by the reference numerals before () and the reference numerals in (). Indicates the same name. Accordingly, 13c (12i) is the emission end portion 13c, that is, the reaching end portion 12i. The same applies hereinafter.
図８（Ａ）で、反射防止膜２３は入射端部１１ａおよびその周辺と出射端部１３ｄおよびその周辺を含む１つの連続した反射防止膜として形成されており、反射防止膜２６は出射端部１３ｃおよびその周辺と入射端部（再入射端部）１１ｂおよびその周辺を含む１つの連続した反射防止膜として形成されており、反射膜２４は到達端部１２ｇおよびその周辺と到達端部１２ｋおよびその周辺を含む１つの連続した反射膜として形成されており、反射膜２５は到達端部１２ｈおよびその周辺と到達端部１２ｊおよびその周辺を含む１つの連続した反射膜として形成されている。
In FIG. 8A, the
波長変換素子２０ｄは、図８の（Ａ）と図８の（Ｂ）に図示したように、波長変換素子本体２２内に入射した入射光ビームが波長変換を受けながら波長変換素子本体２２内を進行して出射端部１３ｃから出射した出射光を外部反射鏡２９で折り返し、図８（Ａ）で出射端部１３ｃの真下にある再入射端部となる入射端部１１ｂから波長変換素子本体２２内に入射し、波長変換を受けながら波長変換素子本体２２内を進行して入射端部１１ａの真下になる出射端部１３ｄから出射し、出射光ビーム取り出しミラー３２によって取り出されるように構成されている。出射光ビーム取り出しミラー３２は入射光ビーム１１ａが通る位置にはなく、出射光ビームが通る位置に出射光ビームを図８（Ａ）で下方に反射することができるように配置されている。
As shown in FIGS. 8A and 8B, the
すなわち、図８において、入射光ビーム２１は、矢印２１ａの方向に進行して入射端部１１ａから波長変換素子本体２２に入射し、光路７２ａを通り到達端部１２ｇに達し、反射膜２４により反射されて光路７２ａとは異なる方向に進行する光路７２ｂに進行し、到達端部１２ｈで反射膜２５により反射されて光路７２ｂとは異なる方向に進行する光路７２ｃに進行し、出射端部１３ｃである到達端部１２ｉから出射光ビーム２７ａとして出射し、レンズ３０を経て外部反射鏡２９にいたり、外部反射鏡２９により反射されて出射光ビーム２７ａの光路とは異なる光路である入射光ビーム２７ｂとして図示した光路へと進み、再入射端部である入射端部１１ｂから波長変換素子本体２２に入射して光路７３ａ（前記のように、図８（Ａ）では光路７２ｃの下側にある）へと進み、波長がλ１の成分が波長変換を受けながら到達端部１２ｊに到り、反射膜２５によって反射されて波長変換素子本体２２に再入射して光路７３ｂ（前記のように、図８（Ａ）では光路７２ｂの下側にある）へと進み、波長がλ１の成分が波長変換を受けながら到達端部１２ｋに到り、反射膜２４によって反射されて波長変換素子本体２２に再入射して光路７３ｃ（前記のように、図８（Ａ）では光路７２ａの下側にある）へと進み、波長がλ１の成分が波長変換を受けながら出射端部１３ｄである到達端部１２ｌに到り、出射端部１３ｄから図８（Ａ）と図８（Ｂ）に示した出射光ビーム５３ａとして出射し、出射光ビーム取り出しミラー３２により出射光ビーム５３ｂとして取り出される。
That is, in FIG. 8, the
このような構成の本発明の波長変換素子２０ｄの出射光ビーム５３ｂは、出射光ビーム２７ａのおおむね２倍の割合の波長がλ２の光を含んでおり、従来の波長変換による出射光ビーム中のおおむね６倍の割合の波長がλ２の光を含んでいることが容易に理解されるところである。
The outgoing light beam 53b of the
出射光ビーム５３ｂは、図示していないが、たとえば多層膜から成る波長選択フィルタに入射し、波長がλ２の光だけが取り出されて、たとえば、顕微鏡などの光源として使用される。 Although not shown, the emitted light beam 53b is incident on a wavelength selection filter made of, for example, a multilayer film, and only light having a wavelength of λ2 is taken out and used as a light source such as a microscope.
図９は本発明の実施例としての波長変換装置の要部を説明する断面図である。 FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a main part of a wavelength conversion device as an embodiment of the present invention.
図９で、符号２０ｅは本発明の実施例としての波長変換装置、２０ｅ１と２０ｅ２は本発明の実施の形態例としての波長変換素子、２７ｃと２７ｄは出射光ビーム、２７ｃ１は入射光ビームである。 In FIG. 9, reference numeral 20e is a wavelength conversion device as an embodiment of the present invention, 20e1 and 20e2 are wavelength conversion elements as embodiments of the present invention, 27c and 27d are outgoing light beams, and 27c1 is an incident light beam. .
レンズ３０の焦点は、出射光ビーム２７ｃを波長変換素子本体２２内における全光路の中間点すなわち光路７１ｂの光路長としての中心点５０ｄに結像するような焦点になっている。
The focal point of the
波長変換装置２０ｅは、その主要部に波長変換素子２０ｅ１と波長変換素子２０ｅ２を間にレンズを介して直列に接続したセットを用いており、図示していないが、入射光ビーム２１の前段にはレーザ光源と入射光を図示のところに導く光学系が配置されており、出射光ビーム２７ｄの後段にはたとえば多層膜から成る波長選択フィルタが配置されており、さらに、このような構成のセットで、波長の異なる出射光を複数波長取り出せるように構成されている。
The wavelength conversion device 20e uses a set in which the wavelength conversion element 20e1 and the wavelength conversion element 20e2 are connected in series via a lens between the main parts thereof, which is not shown in the figure. A laser light source and an optical system that guides incident light to the illustrated position are arranged, and a wavelength selection filter made of, for example, a multilayer film is arranged after the
このような主要部分を有する本発明の波長変換装置２０ｅは、構成が簡単で、小型で、波長変換効率が高く、高品質で、ハイパワーのコヒーレント光源として安価に製造することができ、使用目的によって、波長可変光源としても構成することができるという多大な効果を奏するものである。 The wavelength conversion device 20e of the present invention having such a main part is simple in structure, small in size, high in wavelength conversion efficiency, high quality, can be manufactured at low cost as a high-power coherent light source, and is intended for use. As a result, a great effect is achieved that it can also be configured as a wavelength tunable light source.
以上の説明から容易に推察できるが、本発明の波長変換方法は、前記例のような波長変換素子本体に入射した光を、到達端部で反射体により反射して、波長変換素子本体に再入射させることによって、波長変換素子の長さを長くせずに、波長変換を行う光路を実質的に長くすることによって、同じ寸法の波長変換素子を用いた従来の変換方法では得られなかった高い波長変換効率を得ることができるものである。そして、素子の長さ（厚さ）を短くできることにより、素子の均一性を容易に高めることができるという大きな利点を有する。 As can be easily inferred from the above description, the wavelength conversion method of the present invention reflects the light incident on the wavelength conversion element body as in the above example by the reflector at the arrival end, and re-appears on the wavelength conversion element body. Increasing the length of the wavelength conversion element without causing the wavelength conversion element to be lengthened by making the light incident substantially increases the length of the optical path for wavelength conversion, which was not obtained by a conventional conversion method using wavelength conversion elements of the same size. Wavelength conversion efficiency can be obtained. And since the length (thickness) of an element can be shortened, it has the big advantage that the uniformity of an element can be improved easily.
以上、図面を参照しながら本発明の実施の形態例を説明したが、本発明はこれに狭く限定されるものではなく、多くのバリエーションを可能とするものである。 The embodiment of the present invention has been described above with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to this, and many variations are possible.
たとえば、波長変換素子に外部反射鏡やレンズの位置や角度や反射条件などを変える手段を備えることにより精密に調整できるようにしたり小型化したり使用環境に合わせた構造にすることもできる。 For example, by providing the wavelength conversion element with means for changing the position, angle, reflection condition, etc. of an external reflector or lens, the wavelength conversion element can be adjusted precisely, downsized, or structured according to the use environment.
以上説明したように、本発明により、良質で、小型で、ハイパワーを実現できる、安価なコヒーレント光源として光通信分野、医療分野、顕微鏡、計測分野など広い分野において用いることができる光源を提供することができる。 As described above, the present invention provides a light source that can be used in a wide range of fields such as an optical communication field, a medical field, a microscope, and a measurement field as a low-cost coherent light source that can be realized with high quality, small size, and high power. be able to.
１１ａ，１１ｂ：入射端部
１２ａ〜１２ｌ：到達端部
１３ａ〜１３ｄ：出射端部
２０ａ〜２０ｄ，２０ｅ１，２０ｅ２：波長変換素子
２０ｅ：波長変換装置
２１，２７ｂ，２７ｃ１：入射光ビーム
２１ａ，３１，５１，５２，５３ａ１，１００：は矢印
２２：波長変換素子本体
２３，２６，２８：反射防止膜
２４，２５：反射体としての反射膜
２７，２７ａ，２７ｃ，２７ｄ，５３ａ，５３ｂ：出射光ビーム
２９：外部反射鏡
３０：レンズ
３２：出射光ビーム取り出しミラー
３３：分極反転領域
３４，３５ａ，３５ｂ：平行度を表す符号
３４ａ，３４ｂ：波長変換素子本体の表面を延長した線
３５ａ１，３５ｂ１：分極反転領域の境界面を延長した線
３６ａ，３６ｂ：外部反射鏡の反射面と分極反転領域の境界の平行度を説明する符号
３７ａ，３７ｂ：外部反射鏡の反射面を延長した線
３９：分極反転領域の幅を説明する符号
５０ａ〜５０ｄ：光路の光路長としての中心点
６１，６２，７１ａ〜７１ｆ，７２ａ〜７２ｃ，７３ａ〜７３ｃ：光路
11a, 11b:
Claims (71)
The wavelength conversion method according to any one of claims 47 to 70, wherein the wavelength conversion element used in the wavelength conversion method converts the wavelength-converted output light from the incident position of the incident light in the vicinity of the incident end. A wavelength conversion method characterized by being a wavelength conversion element that can be taken out at a position separated by a predetermined distance.
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