JP2016200642A - 光源装置及び波長変換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】新規な方法で縦シングルモードの光を出射する。
【解決手段】光源１０からの光は、光源１０とＦＢＧ２０の間で共振する。言い換えると、光源１０及びＦＢＧ２０によって共振器が形成されている。第１分極反転構造３２は、ＦＢＧ２０（共振器）から出射される第１入射光を変換して高調波を出射する。ファイバカプラ４０は、高調波をフィードバック光及び出射光に分岐する。第２分極反転構造５２は、フィードバック光を変換して、第１入射光と同一波長を有する第２入射光を出射する。そして第２入射光は、共振器（ＦＢＧ２０）に入射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置及び波長変換方法に関する。

現在、レーザを用いた光源装置が開発されている。そしてレーザ光の波長を変換するために、第２高調波発生（ＳＨＧ：Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）が用いられることがある。例えば、特許文献１では、レーザの共振器から出射された光を、分極反転構造を有する波長変換素子に入射している。この分極反転構造は、擬似位相整合素子であり、ＳＨＧを生じさせる。これにより、波長変換素子は、共振器からの光を第２高調波に変換することができる。

国際公開第２００４／０２５３６３号

一部の光源装置では、縦シングルモードの光を出射することが求められる。本発明者は、新規な方法で縦シングルモードの光を出射することを検討した。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、新規な方法で縦シングルモードの光を出射することにある。

本発明に係る光源装置は、光源、共振器、第１波長変換部、第１分岐部、及び第２波長変換部を備えている。共振器は、光源の光を共振させる。第１波長変換部は、共振器から出射される第１入射光を変換して高調波を出射する。第１分岐部は、高調波をフィードバック光及び出射光に分岐する。第２波長変換部は、フィードバック光を変換して、第１入射光と同一波長を有する第２入射光を出射する。そして第２入射光は、共振器に入射する。

本発明に係る波長変換方法では、まず、共振器により光源の光を共振させ、共振器から第１入射光を出射させる。そして第１入射光を第１波長変換部により高調波に変換し、第１波長変換部から前記高調波を出射させる。そして高調波をフィードバック光及び出射光に分岐する。そしてフィードバック光を、第１入射光と同一波長を有する第２入射光に変換し、第２入射光を前記共振器に入射する。

本発明によれば、新規な方法で縦シングルモードの光を出射することができる。

第１の実施形態に係る光源装置の構成を示す図である。 図１に示したＦＢＧ（共振器）から出射されたレーザ光の波長スペクトルを示す図である。 第２の実施形態に係る光源装置の構成を示す図である。 第１分極反転構造の温度を制御する方法の詳細の第１例を示す図である。 第１分極反転構造の温度を制御する方法の詳細の第２例を示す図である。 第３の実施形態に係る光源装置の構成を示す図である。 実施例に係る光源装置からの出射光の波長スペクトルを示す図である。 実施例に係る光源装置からの出射光の強度の変化を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る光源装置の構成を示す図である。この光源装置は、光源１０、ＦＢＧ（ファイバブラッググレーティング）２０（共振器の一部）、第１分極反転構造３２（第１波長変換部）、ファイバカプラ４０（第１分岐部）、及び第２分極反転構造５２（第２波長変換部）を備えている。光源１０からの光は、光源１０とＦＢＧ２０の間で共振する。言い換えると、光源１０及びＦＢＧ２０によって共振器が形成されている。第１分極反転構造３２は、ＦＢＧ２０（共振器）から出射される第１入射光を変換して高調波を出射する。ファイバカプラ４０は、高調波をフィードバック光及び出射光に分岐する。第２分極反転構造５２は、フィードバック光を変換して、第１入射光と同一波長を有する第２入射光を出射する。そして第２入射光は、共振器（ＦＢＧ２０）に入射する。以下、詳細に説明する。

光源１０は、例えばレーザダイオードである。このレーザダイオードは、波長が例えば１０６４ｎｍである。そして本図に示す例では、光源１０とＦＢＧ２０は、共振器を形成している。具体的には、光源１０は、ＦＢＧ２０と対向する第１面に反射防止（ＡＲ：Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーティングを備えている。さらに、光源１０は、第１面とは逆側の第２面に高反射（ＨＲ：Ｈｉｇｈ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーティングを備えている。これにより、光源１０の第２面（反射面）とＦＢＧ２０の間で光が共振する。ただし、共振器の構成は、これに限定されるものではない。

図２は、図１に示したＦＢＧ２０（共振器）から出射されたレーザ光の波長スペクトルを示す図である。本図に示すように、このレーザ光は、複数の発振線を有する縦マルチモードにある。本図に示す例では、複数の発振線は、間隔Δλで並んでいる。さらに複数の発振線は、波長λｐの発振線のスペクトル強度が最大となる。そして複数の発振線は、波長λｐの発振線から離れるにつれてスペクトル強度が減少するように並んでいる。

図１に戻る。ＦＢＧ２０から出射されたレーザ光は、ファイバカプラ４２を介して第１分極反転構造３２に入射する。このレーザ光は、図２に示したように、複数の発振線を有している。そしてこれら複数の発振線のうち第１分極反転構造３２の位相整合条件を満たす発振線（第１入射光）は、第２高調波発生（ＳＨＧ：Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）により、第２高調波（高調波）に変換される。この場合、上記した複数の発振線のうち１つの発振線のみが変換されている。そしてその他の発振線は、第１分極反転構造３２の外側に放出される。これにより、第２高調波は、縦シングルモードとなっている。

本図に示す例において、第１分極反転構造３２は、波長変換素子３０に形成されている。波長変換素子３０は、例えば強誘電体結晶（例えば、ＬｉＮｂＯ_３又はＬｉＴａＯ_３）を用いて形成されている。第１分極反転構造３２は擬似位相整合素子である。第１分極反転構造３２の分極反転の周期は、ＦＢＧ２０から出射されたレーザ光が上記したように変換されるように定められている。

波長変換素子３０からの一部の高調波は、ファイバカプラ４０を介して、光源装置から出射される。一方、波長変換素子３０からの残りの高調波（フィードバック光）は、ファイバカプラ４０及びファイバ６２を介して第２分極反転構造５２に入射する。

ファイバカプラ４０からのフィードバック光が第２分極反転構造５２に入射されると、フィードバック光は、第２分極反転構造５２の光パラメトリック発振（ＯＰＯ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）により、第１入射光と同一波長を有する光（第２入射光）に変換される。詳細には、第２分極反転構造５２は、波長変換素子５０に形成されている。波長変換素子５０は、例えば強誘電体結晶（例えば、ＬｉＮｂＯ_３又はＬｉＴａＯ_３）を用いて形成されている。第２分極反転構造５２は擬似位相整合素子である。第２分極反転構造５２の分極反転の周期は、フィードバック光が上記したように変換されるように定められている。なお、本図に示す例では、波長変換素子３０の強誘電体結晶と波長変換素子５０の強誘電体結晶は、互いに分離している。

第２分極反転構造５２からの第２入射光は、ファイバ６４、アイソレータ６６、及びファイバカプラ４２（第２分岐部）を介してＦＢＧ２０に入射される。アイソレータ６６は、第２分極反転構造５２からファイバカプラ４２に向かう方向に光を通すように設けられている。これにより、ＦＢＧ２０からの光がファイバカプラ４２及びアイソレータ６６を介して第２分極反転構造５２に入射することが防止される。

第２分極反転構造５２からの第２入射光がＦＢＧ２０に入射すると、第２入射光は、光源１０及びＦＢＧ２０によって形成される共振器のシード光となる。この場合、光源１０では、誘導放出によって、シード光と同一波長（つまり、第１入射光と同一波長）の光が生成される。これにより、光源１０とＦＢＧ２０による共振は、第２入射光と同一波長の光（縦シングルモードの光）が生成されるように安定化する。そしてこの場合、第１分極反転構造３２には、第１入射光と同一波長の光（縦シングルモードの光）が安定的に与えられるようになる。これにより、第１分極反転構造３２では、高調波が安定的に生成される。

以上、本実施形態によれば、第２分極反転構造５２からの第２入射光は、光源１０及びＦＢＧ２０によって形成される共振器のシード光となる。これにより、この共振器からは、シード光と同一波長の光が安定的に出射されるようになる。このため、第１分極反転構造３２では、高調波が安定的に出射されるようになる。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係る光源装置の構成を示す図であり、第１の実施形態の図１に対応する。本実施形態に係る光源装置は、制御部６０が設けられている点、並びに波長変換素子３０及び波長変換素子５０それぞれに第１温度調節素子７０及び第２温度調節素子８０が取り付けられている点を除いて、第１の実施形態に係る光源装置と同様の構成である。以下、詳細に説明する。

波長変換素子３０には、第１温度調節素子７０が取り付けられている。第１温度調節素子７０は、発熱機能及び吸熱機能の少なくとも一方を備えており、例えば、ヒータ及びペルティエ素子の少なくとも一方を用いて形成されている。なお、第１温度調節素子７０は、波長変換素子３０に直接接触していてもよいし、又は熱導電の高い部材（例えば、Ｃｕ）を介して波長変換素子３０に接触していてもよい。

制御部６０には、第１分極反転構造３２の温度を示す信号（第１制御信号）が入力される。制御部６０は、第１制御信号に従って第１温度調節素子７０を制御する。具体的には、制御部６０は、第１分極反転構造３２の温度が所望の温度（つまり、第１制御信号の温度）になるように第１温度調節素子７０を制御する。

第１分極反転構造３２からの高調波の波長は、第１分極反転構造３２の温度に依存しており、具体的には、第１分極反転構造３２の温度が上昇するにつれて、第１分極反転構造３２からの高調波の波長は長くなる。制御部６０は、第１分極反転構造３２の温度と第１分極反転構造３２からの高調波の波長の関係を予め記憶している。そして制御部６０は、第１分極反転構造３２からの高調波の波長が所望の波長になるように、第１制御信号の温度を決定する。これにより、制御部６０及び第１温度調節素子７０により第１分極反転構造３２の温度を制御することで、第１分極反転構造３２の高調波の波長を制御することができる。

波長変換素子５０には、第２温度調節素子８０が取り付けられている。第２温度調節素子８０は、発熱機能及び吸熱機能の少なくとも一方を備えており、例えば、ヒータ及びペルティエ素子の少なくとも一方を用いて形成されている。なお、第２温度調節素子８０は、波長変換素子５０に直接接触していてもよいし、又は熱導電の高い部材（例えば、Ｃｕ）を介して波長変換素子５０に接触していてもよい。

制御部６０には、第２分極反転構造５２の温度を示す信号（第２制御信号）が入力される。制御部６０は、第２制御信号に従って第２温度調節素子８０を制御する。具体的には、制御部６０は、第２分極反転構造５２の温度が所望の温度（つまり、第２制御信号の温度）になるように第２温度調節素子８０を制御する。

第２分極反転構造５２において変換可能な波長は、第２分極反転構造５２の温度に依存しており、具体的には、第２分極反転構造５２の温度が上昇するにつれて、第２分極反転構造５２において変換可能な波長は長くなる。制御部６０は、第２分極反転構造５２の温度と第２分極反転構造５２において変換可能な波長の関係を予め記憶している。そして制御部６０は、第２分極反転構造５２において変換可能な波長がフィードバック光の波長になるように、第２制御信号の温度を決定する。これにより、制御部６０及び第２温度調節素子８０により第２分極反転構造５２の温度を制御することで、フィードバック光の波長に即してフィードバック光を第２入射光に変換することができる。なお、フィードバック光の波長が第２分極反転構造５２で変換可能な波長でない場合、フィードバック光は第２分極反転構造５２の外側に放出される。

図４は、第１分極反転構造３２の温度を制御する方法の詳細の第１例を示す図である。本図に示す例では、第１温度調節素子７０の温度を示す信号が第１温度調節素子７０から制御部６０に送られる。この場合、第１温度調節素子７０の温度は、第１分極反転構造３２の温度に対応しており、例えば、第１分極反転構造３２の温度にほぼ等しい。制御部６０は、第１温度調節素子７０からの上記した信号を用いて、第１分極反転構造３２の温度が所望の温度になるように、第１温度調節素子７０を制御する。なお、第２分極反転構造５２の温度も上記した方法と同様にして制御することができる。

図５は、第１分極反転構造３２の温度を制御する方法の詳細の第２例を示す図である。本図に示す例では、波長変換素子３０に温度検出部６１が取り付けられている。温度検出部６１は、波長変換素子３０の温度を検出している。そして温度検出部６１によって検出された温度を示す信号が温度検出部６１から制御部６０に送られる。制御部６０は、温度検出部６１からの上記した信号を用いて、第１分極反転構造３２の温度が所望の温度になるように、第１温度調節素子７０を制御する。本図に示す例によれば、波長変換素子３０（第１分極反転構造３２）の温度が直接検出されている。これにより、図４に示した例と比較して、第１分極反転構造３２の温度をより正確に制御することができる。なお、第２分極反転構造５２の温度も上記した方法と同様にして制御することができる。

本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態によれば、第１分極反転構造３２の温度は制御部６０及び第１温度調節素子７０によって制御されている。これにより、所望の波長の発振線を第１分極反転構造３２によって高調波に変換することができる。さらに、第２分極反転構造５２の温度は制御部６０及び第２温度調節素子８０によって制御されている。これにより、第１分極反転構造３２からのフィードバック光の波長に即してフィードバック光を第２入射光に変換することができる。

（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態に係る光源装置の構成を示す図であり、第１の実施形態の図１に対応する。本実施形態に係る光源装置は、以下の点を除いて、第１の実施形態に係る光源装置と同様の構成である。

波長変換素子３０の強誘電体結晶は、第１分極反転構造３２及び第２分極反転構造５２を有している。さらに、この強誘電体結晶は、分岐導波路４４（第１分岐部）を備えている。分岐導波路４４は、入射側が第１分極反転構造３２に接続しており、出射側がファイバ６８及び第２分極反転構造５２に接続している。分岐導波路４４は、第１分極反転構造３２からの高調波をフィードバック光と、光源装置からの出射光とに分岐する。このフィードバック光は、第２分極反転構造５２において変換される。そして第２分極反転構造５２からの第２入射光は、ファイバ６４、アイソレータ６６、及びファイバカプラ４２を介して、ＦＢＧ２０に入射する。

本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、本実施形態によれば、第１分極反転構造３２、第２分極反転構造５２、及び分岐導波路４４が同一の強誘電体結晶中に設けられている。このため、光源装置を小さいものにすることができる。

図１に示した光源装置を製造した。光源１０には、マルチモード発振ＦＢＧ安定化レーザダイオード（波長１０６４ｎｍ）を用いた。波長変換素子３０及び波長変換素子５０は、いずれもＬｉＮｂＯ_３を用いて形成した。

図７は、本実施例に係る光源装置からの出射光の波長スペクトルを示す図である。本図に示すように、光源装置は、波長５３２ｎｍ（光源１０の波長１０６４ｎｍの高調波）のシングルモードとなった。

図８は、本実施例に係る光源装置からの出射光の強度の変化を示す図である。本図に示すように、光源装置からの出射光の強度は安定している。

本実施例によれば、光源装置は、シングルモードの高調波を安定して出射することができた。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

１０ 光源
２０ ＦＢＧ
３０ 波長変換素子
３２ 第１分極反転構造
４０ ファイバカプラ
４２ ファイバカプラ
４４ 分岐導波路
５０ 波長変換素子
５２ 第２分極反転構造
６０ 制御部
６２ ファイバ
６４ ファイバ
６６ アイソレータ
６８ ファイバ
７０ 第１温度調節素子
８０ 第２温度調節素子

Claims (8)

1. 光源と、
   前記光源の光を共振させる共振器と、
   前記共振器から出射される第１入射光を変換して高調波を出射する第１波長変換部と、
   前記高調波をフィードバック光及び出射光に分岐する第１分岐部と、
   前記フィードバック光を変換して、前記第１入射光と同一波長を有する第２入射光を出射する第２波長変換部と、
   を備え、
   前記第２入射光は、前記共振器に入射される光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記共振器から前記第１波長変換部に向かう方向に前記第１入射光が通過し、かつ前記第２入射光が入射する第２分岐部と、
   前記第２波長変換部と前記第２分岐部の間に位置し、前記第２波長変換部から前記第２分岐部に向かう方向に前記第２入射光を通すアイソレータと、
   を備える光源装置。
3. 請求項１又は２に記載の光源装置において、
   前記光源からの光が入射されるファイバブラッググレーティングを備え、
   前記共振器は、前記光源及び前記ファイバブラッググレーティングによって形成されている光源装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置において、
   前記第１波長変換部は、第１強誘電体結晶に形成されており、
   前記第２波長変換部は、前記第１強誘電体結晶から分離された第２強誘電体結晶に形成されている光源装置。
5. 請求項４に記載の光源装置において、
   前記第１波長変換部の温度及び前記第２波長変換部の温度それぞれを制御する制御部を備える光源装置。
6. 請求項４又は５に記載の光源装置において、
   前記第１分岐部は、ファイバカプラである光源装置。
7. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置において、
   前記第１波長変換部、前記第１分岐部、及び前記第２波長変換部は、同一の強誘電体結晶に形成されており、
   前記第１波長変換部及び前記第２波長変換部は、いずれも分極反転構造を有しており、
   前記第１分岐部は、前記強誘電体結晶に形成された分岐導波路である光源装置。
8. 共振器により光源の光を共振させ、前記共振器から第１入射光を出射させ、
   前記第１入射光を第１波長変換部により高調波に変換し、前記第１波長変換部から前記高調波を出射させ、
   前記高調波をフィードバック光及び出射光に分岐し、
   前記フィードバック光を、前記第１入射光と同一波長を有する第２入射光に変換し、前記第２入射光を前記共振器に入射する、波長変換方法。

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