JP2007103704A

JP2007103704A - 発光装置、レーザディスプレイ、内視鏡

Info

Publication number: JP2007103704A
Application number: JP2005292218A
Authority: JP
Inventors: Takuji Sugiyama; 卓史杉山
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2005-10-05
Filing date: 2005-10-05
Publication date: 2007-04-19

Abstract

【課題】緑色の光よりも短波長の光を励起光として緑色に発光する光ファイバを用いた発光装置などを提供することを目的とする。
【解決手段】光源１と、光源１からの光を伝播する光ファイバ２と、を備えた発光装置において、
前記光源１は、５００ｎｍ未満の範囲にピーク波長を有し、
前記光ファイバ２は、Ｅｒがドープされたフッ化物ガラス系の光ファイバである、
ことを特徴とする発光装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置、レーザディスプレイ、および内視鏡に関し、特に、光ファイバを用いた発光装置、レーザディスプレイ、および内視鏡に関する。

近年は、緑色の光を発する発光装置の実現が求められているところ、従来、エルビウム（Ｅｒ）がドープされたフッ化物ガラス系の光ファイバを利用して、赤外線を緑色の光に変換する提案がなされた（特許文献１参照）。ここで使用されているエルビウム（Ｅｒ）は、緑色に発光する蛍光物質として知られているが、上記従来の提案は、フッ化物ガラスを母体とするエルビウム（Ｅｒ）の励起波長が、赤外線であることを示している。
特開平７−２８７２６７号公報

しかしながら、近年は、緑色の光よりも短波長の光を緑色の光に変換することが求められている。したがって、光ファイバを用いた波長変換を今後行っていくためには、赤外線を励起光として緑色に発光するエルビウム（Ｅｒ）がドープされたフッ化物ガラス系の光ファイバではなく、緑色よりも短波長の光を励起光として緑色に発光する光ファイバを見出さなければならなかった。
そこで、本発明は、緑色の光よりも短波長の光を励起光として緑色に発光する光ファイバを用いた発光装置、これを用いたレーザディスプレイ、および内視鏡を提供することを目的とする。

本発明によれば、上記課題は、次の手段により解決される。

第１の発明は、光源と、前記光源からの光を伝播する光ファイバと、を備えた発光装置において、前記光源は、５００ｎｍ未満の範囲にピーク波長を有し、前記光ファイバは、Ｅｒがドープされたフッ化物ガラス系の光ファイバである、ことを特徴とする発光装置である。

第２の発明は、第１の発明に記載の発光装置において、さらに、波長が５００ｎｍ〜５７０ｎｍ以外の範囲にある光を反射させる反射部材を、前記フッ化物ガラス系の光ファイバにおける出射端側の部位または前記フッ化物ガラス系の光ファイバの出射端に設けたことを特徴とする発光装置である。

第３の発明は、第１の発明または第２の発明に係る発光装置において、さらに、前記フッ化物ガラス系の光ファイバからの光を伝播する光導波路を備え、波長が５００ｎｍ〜５７０ｎｍ以外の範囲にある光を反射させる反射部材を、前記フッ化物ガラス系の光ファイバからの光を伝播する光導波路における部位に設けたことを特徴とする発光装置である。

第４の発明は、第１の発明〜第３の発明のいずれか１つに係る発光装置において、さらに、波長が５００ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲にある光を反射させる反射部材を、前記フッ化物ガラス系の光ファイバにおける入射端側の部位または前記フッ化物ガラス系の光ファイバの入射端に備えたことを特徴とする発光装置である。

第５の発明は、第１の発明〜第４の発明のいずれか１つに係る発光装置において、さらに、前記フッ化物ガラス系の光ファイバへ光を伝播する光導波路を備え、波長が５００ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲にある光を反射させる反射部材を、前記フッ化物ガラス系の光ファイバへ光を伝播する光導波路における部位に設けたことを特徴とする発光装置である。

第６の発明は、第１の発明〜第５の発明のいずれか１つに係る発光装置において、さらに、波長が５００ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲にある光を反射させる反射部材を、前記フッ化物ガラス系の光ファイバの出射端側と入射端側とに備え、前記入射端側に備えた反射部材の方が、前記出射端側に備えた反射部材よりも反射率が高い、ことを特徴とする発光装置である。

第７の発明は、第１の発明〜第６の発明のいずれか１つに係る発光装置において、さらに、前記フッ化物ガラス系の光ファイバは、その入射端側におけるＥｒのドープ量が、その出射端側のＥｒのドープ量よりも大きい、ことを特徴とする発光装置である。

第８の発明は、第１の発明〜第７の発明のいずれか１つに係る発光装置を具備することを特徴とするレーザディスプレイである。

第９の発明は、第１の発明〜第７の発明のいずれか１つに係る発光装置を具備することを特徴とする内視鏡である。

エルビウム（Ｅｒ）がドープされたフッ化物ガラス系の光ファイバは、赤外線を励起光として緑色の光を発光するという方法で使用されていたが、本発明は、緑色の光よりも短波長の光を励起光として緑色の光を発するという、上記従来とは逆の方法でエルビウム（Ｅｒ）がドープされたフッ化物ガラス系の光ファイバを使用することとした。赤外線という緑色の光よりも長波長の光を励起光とするエルビウム（Ｅｒ）がドープされたフッ化物ガラス系の光ファイバが、緑色よりも短波長の光をも励起光としているという理論的な理由は定かではないが、本発明によれば、緑色よりも短波長の光から緑色の光を得ることができる。

以下に、添付した図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。だたし、本発明は、この実施の形態及び実施例に限定されない。

図１は、本発明の実施の形態に係る発光装置の概略を示す図である。
図１に示すように、この発光装置は、緑色の光よりも短波長の励起光を発する光源１と、光源からの励起光を入射されるエルビウム（Ｅｒ）がドープされたフッ化物ガラス系の光ファイバ２と、を備えている。この発光装置においては、フッ化物ガラス系の光ファイバ２にドープされているエルビウム（Ｅｒ）が緑色の光よりも短波長の光によって励起されて緑色の光を発する。
なお、本実施の形態のように、緑色の光よりも短波長の光を緑色の光に変換する場合には、比較的高いエネルギーの光が比較的低いエネルギーの光に変換されることとなるため、光ファイバ２の長さを、比較的低いエネルギーの光を比較的高いエネルギーの光に変換する場合に必要とされた長さより短くしても、蛍光物質を十分に励起できる。したがって、本実施の形態によれば、比較的低いエネルギーの光を比較的高いエネルギーの光に変換する場合よりも発光装置の小型化を図ることができる。
なお、本実施の形態において、光ファイバ２につき、断面の中心部（コア）の屈折率を周辺部（クラッド）より高くして、シングルクラッドファイバやダブルクラッドファイバやトリプルクラッドファイバなどとすると、光の減衰量が小さくなる。このようにすると、光源１からの励起光や励起された蛍光物質から発せられる光とが、光ファイバ２において、Ｅｒがドープされたコアのみならずクラッドをも伝播するようになるため、Ｅｒがドープされたコアのみを伝播する場合と比較して、発熱や励起などによるエネルギー損失が比較的抑えられるからである。

＜光源１＞
光源１は、緑色の光よりも短波長の光を発することができればよく、半導体発光素子やランプ、電子ビーム、プラズマ、ＥＬなどをエネルギー源とするものでも使用できる。特に限定されないが、小型で発光強度が高いため、発光素子を用いることが好ましい。発光素子としては、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）やレーザダイオード素子（ＬＤ）などを用いることができる。
なお、本明細書において、緑色の光とは、波長が５００ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲にある光をいい、緑色の光より短波長の光とは、波長が５００ｎｍ未満の範囲にある光をいう。

＜光ファイバ２＞
エルビウム（Ｅｒ）がドープされたフッ化物ガラス系の光ファイバ２において、エルビウム（Ｅｒ）がドープされているとは、フッ化物ガラス系の光ファイバ２に少なくともエルビウム（Ｅｒ）が含まれていることを意味する。なお、Ｅｒのドープ量は、本発明において特に限定されるものではないが、１０ｐｐｍ以上とすることが望ましい。

なお、本実施の形態においては、図２に示すように、フッ化物ガラス系の光ファイバ２における出射端側の部位（ａ）や、フッ化物ガラス系の光ファイバ２の出射端（ｂ）などに、波長が５００ｎｍ〜５７０ｎｍ以外の範囲にある光を反射させる反射部材（たとえば、グレーティング３や誘電体多層膜４など）を設けることができる。このような反射部材３、４を備えることとすれば、フッ化物ガラス系の光ファイバ２からの光を波長が５００ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲にある光に限定することができる。また、波長が５００ｎｍ〜５７０ｎｍ以外の範囲にある光をフッ化物ガラス系の光ファイバ２内に反射させることにより、この反射光によってフッ化物ガラス系の光ファイバ２にドープされている蛍光物質を励起することができる。

また、本実施の形態に係る発光装置にフッ化物ガラス系の光ファイバ２からの光を伝播する光導波路５（たとえば、石英ガラス系の光ファイバや、プラスチック光ファイバや、導波路型光平面回路など）を設けて、この光導波路５における部位（ｃ）に上記反射部材３，４を設けることもできる。このようにすれば、フッ化物ガラス系の光ファイバ２に反射部材３、４を設けることが困難である場合でも、上記した反射部材３，４を発光装置に備えさせることができる。

また、本実施の形態においては、図３に示すように、フッ化物ガラス系の光ファイバ２における入射端側の部位（ａ）や、フッ化物ガラス系の光ファイバ２の入射端（ｂ）に、波長が５００ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲にある光を反射させる反射部材（たとえば、グレーティング３や誘電体多層膜４など）を設けることができる。このような反射部材３、４を備えることとすれば、波長が５００ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲にある光を、フッ化物ガラス系の光ファイバ２の入射端側から出射端側へ反射させることができ、発光装置における波長の変換効率を高めることができる。また、フッ化物ガラス系の光ファイバ２へ光を伝播する光導波路５を設けて、この光導波路５における部位（ｃ）に上記反射部材３、４を設けることもできる。このようにすれば、フッ化物ガラス系の光ファイバ２に反射部材３、４を設けることが困難である場合でも、上記した反射部材３、４を発光装置に備えさせることができる。なお、図３では、フッ化物ガラス系の光ファイバ２における入射端側の部位（ａ）や、フッ化物ガラス系の光ファイバ２の入射端（ｂ）や、フッ化物ガラス系の光ファイバ２へ光を伝播する光導波路５における部位（ｃ）に反射部材を設けるほか、フッ化物ガラス系の光ファイバ２における出射端側の部位（ａ）や、フッ化物ガラス系の光ファイバ２の出射端（ｂ）や、フッ化物ガラス系の光ファイバ２からの光を伝播する光導波路５における部位（ｃ）にも反射部材を設ける例を示したが、本発明においては、フッ化物ガラス系の光ファイバ２における入射端側の部位（ａ）や、フッ化物ガラス系の光ファイバ２の入射端（ｂ）や、フッ化物ガラス系の光ファイバ２へ光を伝播する光導波路５における部位（ｃ）にのみ反射部材を設けることもできる。

以上説明した反射部材３、４は、１つだけ設けることもできるし、また、複数設けることもできる。また、上記した反射部材３、４は、フッ化物ガラス系の光ファイバ２の出射端側にのみ設けることもできるし、入射端側にのみ設けることもできるし、入射端側と出射端側の双方に設けることができる。なお、本発明においては、必ずしも反射部材３、４を設ける必要がないため、反射部材３、４が設けられていない発光装置が、本発明に含まれることはいうまでもない。

なお、以上説明した反射部材３、４が設けられているか否かにかかわらず、本実施の形態においては、波長が５００ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲にある光を反射させる反射部材３、４を、フッ化物ガラス系の光ファイバ２の出射端側と入射端側とに設けた上で、入射端側に備えた反射部材３、４の方を、出射端側に備えた反射部材３、４よりも反射率が高いものとすることができる。このようにすれば、フッ化物ガラス系の光ファイバ２中で、波長が５００ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲にある光が発振するため、緑色のレーザ光を得ることができる。なお、このレーザ光を得るための反射部材３、４は、出射端側と入射端側のそれぞれに複数設けることができる。また、出射端側の反射部材３、４の数と入射端側の反射部材３、４の数とは異なっていてもよい。なお、レーザ光を得るための反射部材３、４は、フッ化物ガラス系の光ファイバ２へ光を伝播する光導波路５やフッ化物ガラス系の光ファイバ２からの光を伝播する光導波路５を設けて、これらの光導波路５における部位（ｃ）に設けることもできる。このようにすれば、フッ化物ガラス系の光ファイバに反射部材３、４を設けることが困難である場合でも、上記した反射部材３、４を発光装置に備えさせることができる。

また、本実施の形態において、フッ化物ガラス系の光ファイバ２の入射端側におけるＥｒのドープ量を、出射端側のドープ量よりも大きくすれば、入射端側でより多くのＥｒが励起されるため、出射端側でＥｒを励起する必要性が低減する。したがって、このようにすれば、フッ化物ガラス系の光ファイバ２の長さを短くすることができる。

なお、本発明の実施の形態に係る発光装置において、レンズなどの任意の光学系を任意の箇所に設けることができることはいうまでもない。また、各種の用途に合わせて、フィラーなどの部材を任意の位置に設けることができることもいうまでもない。本発明には、フッ化物ガラス系の光ファイバ２にドープされたＥｒを、５００ｎｍ未満の範囲にピーク波長を有する光源１から発せられる光で励起させる全ての発光装置が含まれる。

なお、本明細書において、光ファイバの「出射端側」とは、光ファイバを仮に２等分した場合における２等分線から出射端に向けた方向を意味し、光ファイバの「入射端側」とは、光ファイバを仮に２等分した場合における２等分線から入射端に向けた方向を意味する。なお、本発明においては、フッ化物ガラス系の光ファイバ２の出射端側に設けられた反射部材３、４を、出射端側の中でも、出射端近傍に設けるとするこができる。また、本発明においては、フッ化物ガラス系の光ファイバ２の入射端側に設けられた反射部材３、４を、入射端側の中でも、入射端近傍に設けるとすることもできる。また、本発明においては、フッ化物ガラス系の光ファイバ２の出射端側に設けられた反射部材３、４を、出射端側の中でも、２等分線の近傍に設けるとするこができる。また、本発明においては、フッ化物ガラス系の光ファイバ２の入射端側に設けられた反射部材３、４を、入射端側の中でも、２等分線の近傍に設けるとすることもできる。

Ｅｒドープフッ化物ダブルクラッドファイバ（ファイバーラボ（株）、型番：ＦＦ−２０Ｅ−２３Ｄ、コア径：６．８±０．５μｍ（Ｅｒドープフッ化物ガラス）、１ｓｔクラッド径：１２３±３μｍ（ノンドープフッ化物ガラス）、２ｎｄクラッド径：２００±２０μｍ（ＵＶ樹脂）、バッファ径：４５０±２０μｍ、ドープ濃度：２００００ｐｐｍｂｙｗｔ、長さ：１ｍ、両端ＳＣフェルール）に、光源（波長：３７５ｎｍ、出力：１０ｍＷ）からの光を照射した。Ｅｒドープフッ化物ダブルクラッドファイバからの光のスペクトルは、図４に示すとおりである。

実施例１で用いたＥｒドープフッ化物ダブルクラッドファイバと同じ光ファイバに、光源（波長：３７５ｎｍ、出力：３０ｍＷ）からの光を照射した。Ｅｒドープフッ化物ダブルクラッドファイバからの光のスペクトルは、図５に示すとおりである。

実施例１で用いたＥｒドープフッ化物ダブルクラッドファイバと同じ光ファイバに、光源（波長：４０５ｎｍ、出力：２５０ｍＷ）からの光を照射した。Ｅｒドープフッ化物ダブルクラッドファイバからの光のスペクトルは、図６に示すとおりである。

実施例１で用いたＥｒドープフッ化物ダブルクラッドファイバと同じ光ファイバに、光源（波長：４０５ｎｍ、出力：３０ｍＷ）からの光を照射した。Ｅｒドープフッ化物ダブルクラッドファイバからの光のスペクトルは、図７に示すとおりである。

実施例１で用いたＥｒドープフッ化物ダブルクラッドファイバと同じ光ファイバに、光源（波長：４４５ｎｍ、出力：３００ｍＷ）からの光を照射した。Ｅｒドープフッ化物ダブルクラッドファイバからの光のスペクトルは、図８に示すとおりである。

実施例１で用いたＥｒドープフッ化物ダブルクラッドファイバと同じ光ファイバに、光源（波長：４７３ｎｍ、出力：５ｍＷ）からの光を照射した。Ｅｒドープフッ化物ダブルクラッドファイバからの光のスペクトルは、図９に示すとおりである。
（実施例１〜６について）

励起光に青色や紫色の光を用いると、これらの光の方が緑色よりも光ファイバの出射端から強く出射されてしまうため、励起光に青色や紫色の光を用いる場合よりも、励起光に紫外線を用いる場合の方が、緑色の光が見えやすい。なお、グレーティングや誘電体多層膜を用いれば、光ファイバからの出射光を選択できるため、励起光に青色や紫色を用いた場合でも、これらの光をカットでき、緑色の光が見えやすくなる。また、励起光に紫外線を用いた場合には、グレーティングや誘電体多層膜を用いて紫外線をカットすることにより、緑色の光を得るにあたって、人体などに紫外線が照射されることを防止することができる。

本発明は、発光装置を利用するすべての装置（たとえば、照明器具、ディスプレイ、内視鏡など）に利用することができる。

本発明の実施の形態に係る発光装置の概略を示す図である。光ファイバの出射端などに反射部材を備えた様子を示す図である。光ファイバの出射端など及び入射端などに反射部材を備えた様子を示す図である。実施例１に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。実施例２に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。実施例３に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。実施例４に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。実施例５に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。実施例６に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。

符号の説明

１光源
２フッ化物ガラス系の光ファイバ
３グレーティング
４誘電体多層膜
５光導波路

Claims

光源と、前記光源からの光を伝播する光ファイバと、を備えた発光装置において、
前記光源は、５００ｎｍ未満の範囲にピーク波長を有し、
前記光ファイバは、Ｅｒがドープされたフッ化物ガラス系の光ファイバである、
ことを特徴とする発光装置。
請求項１に記載の発光装置において、さらに、波長が５００ｎｍ〜５７０ｎｍ以外の範囲にある光を反射させる反射部材を、前記フッ化物ガラス系の光ファイバにおける出射端側の部位または前記フッ化物ガラス系の光ファイバの出射端に設けたことを特徴とする発光装置。
請求項１または請求項２に記載の発光装置において、さらに、前記フッ化物ガラス系の光ファイバからの光を伝播する光導波路を備え、波長が５００ｎｍ〜５７０ｎｍ以外の範囲にある光を反射させる反射部材を、前記フッ化物ガラス系の光ファイバからの光を伝播する光導波路における部位に設けたことを特徴とする発光装置。
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発光装置において、さらに、波長が５００ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲にある光を反射させる反射部材を、前記フッ化物ガラス系の光ファイバにおける入射端側の部位または前記フッ化物ガラス系の光ファイバの入射端に備えたことを特徴とする発光装置。
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発光装置において、さらに、前記フッ化物ガラス系の光ファイバへ光を伝播する光導波路を備え、波長が５００ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲にある光を反射させる反射部材を、前記フッ化物ガラス系の光ファイバへ光を伝播する光導波路における部位に設けたことを特徴とする発光装置。
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発光装置において、さらに、
波長が５００ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲にある光を反射させる反射部材を、前記フッ化物ガラス系の光ファイバの出射端側と入射端側とに備え、
前記入射端側に備えた反射部材の方が、前記出射端側に備えた反射部材よりも反射率が高い、
ことを特徴とする発光装置。
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発光装置において、さらに、前記フッ化物ガラス系の光ファイバは、その入射端側におけるＥｒのドープ量が、その出射端側のＥｒのドープ量よりも大きい、ことを特徴とする発光装置。
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の発光装置を具備することを特徴とするレーザディスプレイ。
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の発光装置を具備することを特徴とする内視鏡。