JP2605796B2 - 光束整形装置 - Google Patents
光束整形装置Info
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- JP2605796B2 JP2605796B2 JP63111090A JP11109088A JP2605796B2 JP 2605796 B2 JP2605796 B2 JP 2605796B2 JP 63111090 A JP63111090 A JP 63111090A JP 11109088 A JP11109088 A JP 11109088A JP 2605796 B2 JP2605796 B2 JP 2605796B2
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- beam shaping
- lens
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は円錐状発散光束であるチェレンコフ放射光の
発散角を変化させて、発散光束を集光若しくは平行光と
する光束整形装置に関するものである。
発散角を変化させて、発散光束を集光若しくは平行光と
する光束整形装置に関するものである。
従来の技術 近年、非線形光学結晶を用いて、レーザ光の高調波を
取り出すことが行なわれているが、高調波を効率良く取
り出す条件であるレーザ光の基本波と高調波との位相整
合を満足させる為に高調波をチェレンコフ放射光として
取り出すことが行なわれている。ここで高調波として放
射されるチェレンコフ放射光はその放射のメカニズムか
ら所謂チェレンコフコーンと呼ばれる円錐状の発散光と
なる為、これを収束又は、平行光とする為に従来の光束
整形装置としては、シリンドリカルレンズを組み合わせ
た光学系が用いられている。
取り出すことが行なわれているが、高調波を効率良く取
り出す条件であるレーザ光の基本波と高調波との位相整
合を満足させる為に高調波をチェレンコフ放射光として
取り出すことが行なわれている。ここで高調波として放
射されるチェレンコフ放射光はその放射のメカニズムか
ら所謂チェレンコフコーンと呼ばれる円錐状の発散光と
なる為、これを収束又は、平行光とする為に従来の光束
整形装置としては、シリンドリカルレンズを組み合わせ
た光学系が用いられている。
以下図面を参照し乍ら、上述した従来の光束整形装置
の一例について説明する。
の一例について説明する。
第４〜８図のチェレンコフ放射光の説明図、第９図は
従来の光束整形装置のレンズ構成を示すものである。第
４図に於いて、１はチェレンコフ放射光源、２はチェレ
ンコフコーンであって、チェレンコフ放射光源１より発
した光の光路を円錐の側面として捉えたものである。３
はチェレンコフリングと呼ぶものであって、チェレンコ
フ放射光の放射の軸に対して垂直な平面でチェレンコフ
コーンを切断した時に見えるリング状の光である。第５
図は第４図のチェレンコフコーンのYZ断面であり且つ、
第４図で図示しなかった、線状のチェレンコフ放射光源
も模擬的に示している。同図において４はチェレンコフ
放射光源であって、１と４を結ぶ線分上にチェレンコフ
光源が分布する。５はそれぞれの光源から出た光の光路
である。以下従来の光束整形装置の説明を容易にするた
めに、チェレンコフ放射光源に制限を加える。即ちチェ
レンコフ放射光の放射方向には異方性があり、第６図に
示すように第４図のチェレンコフリング３の特定領域だ
けが３日月状に明るく見えるような場合である。このよ
うな例は、チェレンコフ放射を行なう媒質が異方性をも
つ結晶であったり、基本波が偏光している場合などに見
られる。第６図に於いて、６は第４図中のチェレンコフ
リング３の内、明るく光る特定領域であって、以下これ
を三日月光と呼ぶ。第７図，第８図はそれぞれ、第６図
中の三日月光６を、XZ平面,YZ平面に射影した図であ
る。第7,8図に於いて、第６図と同番号は同一物を付し
説明を省略する。第７図において７は三日月光６のXZ平
面内での発散角（以後発散角XZと記す）、第８図におい
て８は三日月光６のYZ平面内での発散角（以後発散角YZ
と記す）である。第９図に於いて、９はシリンドリカル
凸レンズであって、その焦点位置はチェレンコフ放射光
源1,4の間にある。10はシリンドリカル凹レンズ、11は
シリンドリカル凸レンズであって、10と11の焦点位置は
一致、即ち共焦点である。12は三日月光であり、13は矩
形光である。第９図に於いて、シリンドリカル凸レンズ
9,シリンドリカル凹レンズ10,シリンドリカル凸レンズ1
1の光軸は三日月光12の腹を通る直線即ち、第７図の発
散角XZの二等分線に一致させる。
従来の光束整形装置のレンズ構成を示すものである。第
４図に於いて、１はチェレンコフ放射光源、２はチェレ
ンコフコーンであって、チェレンコフ放射光源１より発
した光の光路を円錐の側面として捉えたものである。３
はチェレンコフリングと呼ぶものであって、チェレンコ
フ放射光の放射の軸に対して垂直な平面でチェレンコフ
コーンを切断した時に見えるリング状の光である。第５
図は第４図のチェレンコフコーンのYZ断面であり且つ、
第４図で図示しなかった、線状のチェレンコフ放射光源
も模擬的に示している。同図において４はチェレンコフ
放射光源であって、１と４を結ぶ線分上にチェレンコフ
光源が分布する。５はそれぞれの光源から出た光の光路
である。以下従来の光束整形装置の説明を容易にするた
めに、チェレンコフ放射光源に制限を加える。即ちチェ
レンコフ放射光の放射方向には異方性があり、第６図に
示すように第４図のチェレンコフリング３の特定領域だ
けが３日月状に明るく見えるような場合である。このよ
うな例は、チェレンコフ放射を行なう媒質が異方性をも
つ結晶であったり、基本波が偏光している場合などに見
られる。第６図に於いて、６は第４図中のチェレンコフ
リング３の内、明るく光る特定領域であって、以下これ
を三日月光と呼ぶ。第７図，第８図はそれぞれ、第６図
中の三日月光６を、XZ平面,YZ平面に射影した図であ
る。第7,8図に於いて、第６図と同番号は同一物を付し
説明を省略する。第７図において７は三日月光６のXZ平
面内での発散角（以後発散角XZと記す）、第８図におい
て８は三日月光６のYZ平面内での発散角（以後発散角YZ
と記す）である。第９図に於いて、９はシリンドリカル
凸レンズであって、その焦点位置はチェレンコフ放射光
源1,4の間にある。10はシリンドリカル凹レンズ、11は
シリンドリカル凸レンズであって、10と11の焦点位置は
一致、即ち共焦点である。12は三日月光であり、13は矩
形光である。第９図に於いて、シリンドリカル凸レンズ
9,シリンドリカル凹レンズ10,シリンドリカル凸レンズ1
1の光軸は三日月光12の腹を通る直線即ち、第７図の発
散角XZの二等分線に一致させる。
以上のように構成された光束整形装置について、以下
その動作について説明する。
その動作について説明する。
まず、第９図において、チェレンコフ放射光源１とチ
ェレンコフ放射光源（以下線状チェレンコフ放射光源と
する）から出た三日月光12は、シリンドリカル凸レンズ
９により第８図に示す発散角YZ8が略零となる。又、第
７図に示す発散角XY7は三日月光12が余り屈曲していな
い場合は、非常に小さいので、結果として三日月光12は
近似的に平行光となる。第９図に於いて、残りのシリン
ドリカル凹レンズ10とシリンドリカル凸レンズ11は、三
日月光12の横軸（Ｘ方向の長さ）を広げて、三日月光の
縦横比を調節するためのものであり、略平行な光をシリ
ンドリカル凹レンズ10により広げ、シリンドリカル凸レ
ンズ11により再び平行な矩形光13にする。
ェレンコフ放射光源（以下線状チェレンコフ放射光源と
する）から出た三日月光12は、シリンドリカル凸レンズ
９により第８図に示す発散角YZ8が略零となる。又、第
７図に示す発散角XY7は三日月光12が余り屈曲していな
い場合は、非常に小さいので、結果として三日月光12は
近似的に平行光となる。第９図に於いて、残りのシリン
ドリカル凹レンズ10とシリンドリカル凸レンズ11は、三
日月光12の横軸（Ｘ方向の長さ）を広げて、三日月光の
縦横比を調節するためのものであり、略平行な光をシリ
ンドリカル凹レンズ10により広げ、シリンドリカル凸レ
ンズ11により再び平行な矩形光13にする。
発明が解決しようとする課題 然し乍ら、上記のような構成は、近似的に平行光とな
ると前述した如く、発散角XZ7が残り、且つシリンドリ
カル凸レンズ９の効果は本来点光源の場合に有効で、線
状光源に対しては近似的にしか有効でないという理由に
より平行光の平行性の評価基準が緩い時には有効である
が、例えば、平行光を集光レンズでレンズの解像限界近
く迄絞るというような用途には使えないという問題点を
有していた。
ると前述した如く、発散角XZ7が残り、且つシリンドリ
カル凸レンズ９の効果は本来点光源の場合に有効で、線
状光源に対しては近似的にしか有効でないという理由に
より平行光の平行性の評価基準が緩い時には有効である
が、例えば、平行光を集光レンズでレンズの解像限界近
く迄絞るというような用途には使えないという問題点を
有していた。
本発明は上記課題に鑑み、チェレンコフ放射光をより
平行性の優れた平行光化する光束整形装置を提供するも
のである。
平行性の優れた平行光化する光束整形装置を提供するも
のである。
課題を解決するための手段 上記目的を達成するため本発明の第１の発明は、チェ
レンコフ放射光源を有する基板と、前記チェレンコフ放
射光源群の延長線上に位置し、前記光源群が分布した直
線軸を光軸とするレンズを備えた光束整形装置である。
レンコフ放射光源を有する基板と、前記チェレンコフ放
射光源群の延長線上に位置し、前記光源群が分布した直
線軸を光軸とするレンズを備えた光束整形装置である。
作用 この構成により、チェレンコフ放射光をリング状の平
行光とすることができる。
行光とすることができる。
実 施 例 以下本発明の一実施例の光束整形装置について、図面
を参照し乍ら説明する。第１図は本発明の第１の実施例
に於ける光束整形装置の主要構成を示すものである。第
１図に於いて、14はチェレンコフコーン、15は円錐状レ
ンズであって、チェレンコフコーン14と円錐状レンズ15
の回転対称軸は一致させてある。以上のように構成され
た光束整形装置について、以下第１図及び第２図を用い
てその動作を説明する。
を参照し乍ら説明する。第１図は本発明の第１の実施例
に於ける光束整形装置の主要構成を示すものである。第
１図に於いて、14はチェレンコフコーン、15は円錐状レ
ンズであって、チェレンコフコーン14と円錐状レンズ15
の回転対称軸は一致させてある。以上のように構成され
た光束整形装置について、以下第１図及び第２図を用い
てその動作を説明する。
まず第２図は第１図のYZ断面を示すものであって、併
せて、第１図中のチェレンコフコーン14が円錐状レンズ
15中を屈折し乍ら通過する様子も記している。第２図に
於いて、16はチェレンコフ放射光であって、互いに平行
である。17はチェレンコフ放射角であり、チェレンコフ
放射のメカニズムにより決まる定数である。18は円錐状
レンズ15の底面に入射するチェレコフ放射光16の入射
角、19はこれに対応する出射角、20は円錐状レンズ15の
側面への入射角、21はこれに対応する出射角、22は円錐
状レンズ15の側面で屈折したチェレンコフ放射光と側面
とのなす角、23は円錐状レンズ15の頂角の半角である。
以下それぞれの角の大きさを、 角17＝α，角18＝β，角19＝γ，角20＝δ，角21＝ε，
角22＝ζ，角23＝η と記す。
せて、第１図中のチェレンコフコーン14が円錐状レンズ
15中を屈折し乍ら通過する様子も記している。第２図に
於いて、16はチェレンコフ放射光であって、互いに平行
である。17はチェレンコフ放射角であり、チェレンコフ
放射のメカニズムにより決まる定数である。18は円錐状
レンズ15の底面に入射するチェレコフ放射光16の入射
角、19はこれに対応する出射角、20は円錐状レンズ15の
側面への入射角、21はこれに対応する出射角、22は円錐
状レンズ15の側面で屈折したチェレンコフ放射光と側面
とのなす角、23は円錐状レンズ15の頂角の半角である。
以下それぞれの角の大きさを、 角17＝α，角18＝β，角19＝γ，角20＝δ，角21＝ε，
角22＝ζ，角23＝η と記す。
チェレンコフ放射光の伝わる媒質を空気でその屈折率
は１、円錐状レンズ15の屈折率をｎとすると、第２図と
簡単な幾何の定理と、屈折の法則とから、 α＝β sinβ＝n sinγ n sinδ＝sinε これらの式を円錐状レンズ15から出たチェレンコフ放射
光が、円錐状レンズ15の回転対称軸に平行になるという
条件、即ち γ＋δ＝ε ζ＝η という条件式の下で、αとηについて解くと、 となる。従って、頂角２αのチェレンコフコーンが与え
られた時、（１）式の関係を満たすｎとηが存在すれ
ば、第２図に於いて、チェレンコフ放射光16はすべて、
円錐状レンズ15の回転対称軸に平行となり、結果、第２
図中の図形を回転対称軸の周りに回転させて得られる第
１図の立体構造に於いても、すべてのチェレンコフ放射
光は回転対称軸に平行、即ち平行光となる。ｎとηの例
としては、我々の実験の場合、ニオブ酸リチウム（LiNb
O3）基板表面に形成した導波路に波長860nmのレーザ光
を入射させた場合、αとして、53゜の放射角となる。こ
の時、例えば硝材LaK14（ｎ＝1.716at波長＝430nm）を
用いるとη＝33゜が得られる。さて、ここで得られた平
行光はリング状の平行光であるので、従来例のように、
光束径を拡大・縮小するには、球面凹凸レンズの対を共
焦点位置にセットして、その光軸を第１図の円錐状レン
ズ15の回転対称軸に一致させれば良い。
は１、円錐状レンズ15の屈折率をｎとすると、第２図と
簡単な幾何の定理と、屈折の法則とから、 α＝β sinβ＝n sinγ n sinδ＝sinε これらの式を円錐状レンズ15から出たチェレンコフ放射
光が、円錐状レンズ15の回転対称軸に平行になるという
条件、即ち γ＋δ＝ε ζ＝η という条件式の下で、αとηについて解くと、 となる。従って、頂角２αのチェレンコフコーンが与え
られた時、（１）式の関係を満たすｎとηが存在すれ
ば、第２図に於いて、チェレンコフ放射光16はすべて、
円錐状レンズ15の回転対称軸に平行となり、結果、第２
図中の図形を回転対称軸の周りに回転させて得られる第
１図の立体構造に於いても、すべてのチェレンコフ放射
光は回転対称軸に平行、即ち平行光となる。ｎとηの例
としては、我々の実験の場合、ニオブ酸リチウム（LiNb
O3）基板表面に形成した導波路に波長860nmのレーザ光
を入射させた場合、αとして、53゜の放射角となる。こ
の時、例えば硝材LaK14（ｎ＝1.716at波長＝430nm）を
用いるとη＝33゜が得られる。さて、ここで得られた平
行光はリング状の平行光であるので、従来例のように、
光束径を拡大・縮小するには、球面凹凸レンズの対を共
焦点位置にセットして、その光軸を第１図の円錐状レン
ズ15の回転対称軸に一致させれば良い。
以上のように本実施例によれば、チェレンコフコーン
の頂角と硝材の屈折率より決まる頂角をもつ円錐状レン
ズの回転対称軸をチェレンコフコーンの回転対称軸に一
致させて設けることにより、チェレンコフ放射光を平行
光化することができる。
の頂角と硝材の屈折率より決まる頂角をもつ円錐状レン
ズの回転対称軸をチェレンコフコーンの回転対称軸に一
致させて設けることにより、チェレンコフ放射光を平行
光化することができる。
以下本発明の第２の実施例について図面を参照し乍ら
説明する。第３図は本発明の第２の実施例を示す光束整
形装置の構成図である。24は光学結晶であり、非線形光
学効果を起こす。25は導波路であって光学結晶24の表面
に形成されており、基本波となるレーザ光を通す役割を
担う。26は光束整形部であって、光学結晶24を導波路25
を軸とする半円錐状に加工したものである。第１図の構
成と異なるのは、光束整形部をチェレンコフ放射光源母
材と一体に設けた点である。
説明する。第３図は本発明の第２の実施例を示す光束整
形装置の構成図である。24は光学結晶であり、非線形光
学効果を起こす。25は導波路であって光学結晶24の表面
に形成されており、基本波となるレーザ光を通す役割を
担う。26は光束整形部であって、光学結晶24を導波路25
を軸とする半円錐状に加工したものである。第１図の構
成と異なるのは、光束整形部をチェレンコフ放射光源母
材と一体に設けた点である。
上記のように構成された光束整形装置について、以下
その動作を説明する。第１の実施例で述べたと同じ考え
方により、詳しい計算は省略するが、チェレンコフコー
ンの頂角を２α，光束整形部26の頂角を２θとすると、
光学結晶の屈折率をｎとして、 なる関係が成立する時、導波路25を回転対称軸として発
生するチェレンコフコーンは、平行光として外部に出て
くる。
その動作を説明する。第１の実施例で述べたと同じ考え
方により、詳しい計算は省略するが、チェレンコフコー
ンの頂角を２α，光束整形部26の頂角を２θとすると、
光学結晶の屈折率をｎとして、 なる関係が成立する時、導波路25を回転対称軸として発
生するチェレンコフコーンは、平行光として外部に出て
くる。
以上のように、光束整形部26を光学結晶24から削り出
すことにより、回転対称軸の位置合わせ調整の必要がな
くなり、又、部品点数を減らして、第１の実施例と同様
の効果を得ることが出来る。
すことにより、回転対称軸の位置合わせ調整の必要がな
くなり、又、部品点数を減らして、第１の実施例と同様
の効果を得ることが出来る。
なお、第１の実施例に於いて、円錐状レンズ15は、底
面と側面の２面での光の屈折により、チェレンコフ放射
光を回転対称軸に平行にするために用いたものであり、
同等の効果をもつ複数の回転対称面からレンズで置き換
え得る。又、以上の説明では平行光を得ることを目的と
して説明したが、チェレンコフ放射光が通過する回転対
称面とチェレンコフ放射光のなす角を変化させることに
よって、チェレンコフ放射光を収束させることも可能で
ある。また第２の実施例では、導波路25は光学結晶24の
表面に形成されるとしたが、内部にあっても構わない。
その場合、光束整形部26は半円錐状ではなく、円錐状に
なる。
面と側面の２面での光の屈折により、チェレンコフ放射
光を回転対称軸に平行にするために用いたものであり、
同等の効果をもつ複数の回転対称面からレンズで置き換
え得る。又、以上の説明では平行光を得ることを目的と
して説明したが、チェレンコフ放射光が通過する回転対
称面とチェレンコフ放射光のなす角を変化させることに
よって、チェレンコフ放射光を収束させることも可能で
ある。また第２の実施例では、導波路25は光学結晶24の
表面に形成されるとしたが、内部にあっても構わない。
その場合、光束整形部26は半円錐状ではなく、円錐状に
なる。
発明の効果 以上述べたように、本発明の第１の発明によれば、線
状チェレンコフ放射光源に対して、チェレンコフコーン
の回転対称軸と、円錐状レンズの回転対称軸とを一致さ
せて円錐状レンズを設けることにより、チェレンコフ放
射光束を平行光化乃至発散或いは収束させることがで
き、その効果は大なるものである。
状チェレンコフ放射光源に対して、チェレンコフコーン
の回転対称軸と、円錐状レンズの回転対称軸とを一致さ
せて円錐状レンズを設けることにより、チェレンコフ放
射光束を平行光化乃至発散或いは収束させることがで
き、その効果は大なるものである。
第１図は本発明の第１の実施例における光束整形装置構
成図、第２図は同要部断面図、第３図は本発明の第２の
実施例を示す光束整形装置の構成図、第４図はチェレン
コフ放射光の模式図、第５図〜第８図はチェレンコフ放
射光の要部断面図、第９図は従来の光束整形装置の構成
図である。 1,4……チェレンコフ放射光源、14……チェレンコフコ
ーン、15……円錐状レンズ、24……光学結晶。
成図、第２図は同要部断面図、第３図は本発明の第２の
実施例を示す光束整形装置の構成図、第４図はチェレン
コフ放射光の模式図、第５図〜第８図はチェレンコフ放
射光の要部断面図、第９図は従来の光束整形装置の構成
図である。 1,4……チェレンコフ放射光源、14……チェレンコフコ
ーン、15……円錐状レンズ、24……光学結晶。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水口 信一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−301582（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−287531（ＪＰ，Ａ) 特公 平７−69555（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (2)
- 【請求項１】チェレンコフ放射光源群を有する基板と、
前記放射光源群の延長線上に位置し、前記放射光源群が
分布した直線軸を光軸とするレンズとを備えたことを特
徴とする光束整形装置。 - 【請求項２】レンズは円錐状レンズである特許請求の範
囲第１項記載の光束整形装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63111090A JP2605796B2 (ja) | 1988-05-06 | 1988-05-06 | 光束整形装置 |
| US07/347,817 US5005938A (en) | 1988-05-06 | 1989-05-04 | Optical wavelength convertical apparatus |
| KR1019890006031A KR930011823B1 (ko) | 1988-05-06 | 1989-05-04 | 광파장 변환장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63111090A JP2605796B2 (ja) | 1988-05-06 | 1988-05-06 | 光束整形装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01280720A JPH01280720A (ja) | 1989-11-10 |
| JP2605796B2 true JP2605796B2 (ja) | 1997-04-30 |
Family
ID=14552128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63111090A Expired - Lifetime JP2605796B2 (ja) | 1988-05-06 | 1988-05-06 | 光束整形装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2605796B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6866405B2 (en) * | 2003-02-06 | 2005-03-15 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Variable intensity illuminator lens |
| CN100337141C (zh) * | 2005-10-20 | 2007-09-12 | 南开大学 | 全内反射－折射激光光束变换器 |
| JP2012068621A (ja) * | 2010-08-24 | 2012-04-05 | Canon Inc | テラヘルツ波発生素子、テラヘルツ波検出素子、及びテラヘルツ時間領域分光装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63301582A (ja) * | 1987-06-01 | 1988-12-08 | Seiko Epson Corp | レ−ザ−光源装置 |
| JPH0769555A (ja) * | 1993-09-06 | 1995-03-14 | Hitachi Building Syst Eng & Service Co Ltd | エレベータの乗かご |
-
1988
- 1988-05-06 JP JP63111090A patent/JP2605796B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01280720A (ja) | 1989-11-10 |
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