JP3023935B2 - 波長変換装置 - Google Patents

波長変換装置

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JP3023935B2
JP3023935B2 JP3195525A JP19552591A JP3023935B2 JP 3023935 B2 JP3023935 B2 JP 3023935B2 JP 3195525 A JP3195525 A JP 3195525A JP 19552591 A JP19552591 A JP 19552591A JP 3023935 B2 JP3023935 B2 JP 3023935B2
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和則 長沼
秀紀 小林
憲一 久保寺
暁 都丸
俊邦 戒能
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザー光の波長変換
装置に関するものであり、更に詳しくは、10ps程度
以下の短い時間幅で波長0.6μm近傍の光パルスを発
生する色素レーザー等と組み合わせることができ、光通
信用として重要な波長1.3μm帯の光パルスを発生す
る連続波長可変極短パルス光源として用いられるレーザ
ー光の波長変換装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、レーザー光の波長変換装置として
は、図3に示すような波長変換装置がよく知られてい
る。
【0003】この波長変換装置1は、非線形波長変換特
性(非線形光学特性)を有するKTP(KTiOP
4)結晶(光学結晶)2と、励起光を集光して前記K
TP結晶2に入射させるための集光器(凹面鏡)3と、
前記KTP結晶2により波長が変換された変換光を平行
光線とするための光学器(凹面鏡)4と、前記KTP結
晶2に設けられた変換光の波長を調整するための回転機
構5と、前記変換光より前記励起光を分離するための光
学フィルター6と、前記変換光の2波長を分離するため
のプリズム7とから概略構成されている。
【0004】次に、波長変換装置1の動作原理について
説明する。図3において、角振動数ωpの励起光LPが集
光器3により集光されてKTP結晶2に入射すると、該
KTP結晶2の有する非線形光学効果により ωp=ωs+ωi …(1) なる条件を満たす様な角振動数ωs及びωiの2種類の光
が発生する。
【0005】上記のωs及びωiの位相整合条件は、運動
量kx(x=p,s,i)を用いて Δk=kp−ks−ki …(2) と表わすことができ、ωs及びωiは(2)式においてΔ
k=0を満足する様に定められる。
【0006】ここで、運動量kxは、
【数1】 なる関係を満たす。式(3)中、cは光速度を、nはK
TP結晶2中の各振動数に対応する屈折率を表わしてい
る。
【0007】通常、周波数同調をとる場合、二つの方法
が用いられる。第一の方法は、温度整合と呼ばれる方法
で、励起光を光学結晶の結晶軸に垂直に入射する方法で
ある。この方法では、常光線(o−ray)に対する屈
折率noと異常光線(e−ray)に対する屈折率ne
温度係数が異なるので、温度を変えることにより励起光
の角振動数を同調する事ができる。
【0008】第二の方法は、この従来例で示している角
度整合と呼ばれる方法で、励起光のKTP結晶2に対す
る入射方位を変える方法である。複屈折特性を有するK
TP結晶2では、屈折率ne(θ,φ)は光の伝搬方向
が該KTP結晶2の誘電率テンソルの主軸(光学弾性
軸)となす角度に依存し、次式
【数2】 に従う。
【0009】ここで、θは光の伝搬方向が光学弾性軸の
一つ(Z軸)となす角、φは光の伝搬方向の他の二つの
光学弾性軸の張る平面(X−Y平面)への射影が、X軸
となす角である。
【0010】特に、1軸結晶では nx=ny=ne …(5) nz=no …(6) とすれば、(4)式より、
【数3】 が得られる。ここで、no,ne,nx,ny,nzは定数
である。
【0011】従って、励起光に対するKTP結晶2の角
度を変えることにより、変換光の角振動数を同調する事
ができる。
【0012】この変換光の角振動数を同調する場合、第
一種位相整合と第二種位相整合とがある。
【0013】第一種位相整合のときは、 (a)正の結晶の場合
【数4】
【0014】(b)負の結晶の場合
【数5】 となる。
【0015】また、第二種位相整合のときは、 (a)正の結晶の場合
【数6】
【0016】(b)負の結晶の場合
【数7】 となる。
【0017】取り出された変換光は、光学フィルター6
により励起光と分離された後、プリズム7により2種類
の波長の変換光が空間的に分離され、角振動数ωs及び
ωiの2種類の変換光Ls,Liとなって外方へ出射す
る。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】上記の波長変換装置1
を用いた励起光の波長変換においては、該励起光の変換
効率はKTP結晶2等の非線形結晶が有する有効非線形
定数に依存することが知られているが、従来用いられて
いたKTP結晶2などの非線形結晶の有効非線形定数は
非常に小さく、励起光の変換効率が小さいという欠点が
ある。
【0019】そこで、変換光の強度を大きくする目的で
入射するレーザー光の強度を大きくすると、該レーザー
光によりKTP結晶2等の非線形結晶自身が損傷を受け
てしまうことになり、変換光の強度を現状のレベル以上
に大きくすることができないという問題がある。したが
って、上記の波長変換装置1の用途は著しく制限されて
いた。
【0020】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、10ps程度以下の短い時間幅で波長0.6
μm近傍の光パルスを発生する色素レーザー等と組み合
わせることができ、光通信用として重要な1.3μm帯
への高効率波長変換を実現することができ、この1.3
μm帯の光パルスを発生する連続波長可変極短パルス光
源として用いることのできるレーザー光の波長変換装置
を提供することにある。
【0021】
【課題を解決するための手段】本発明は次の様な波長変
換装置を採用した。
【0022】すなわち、本発明の波長変換装置は、非線
形光学特性を有する光学結晶を具備し、該光学結晶に入
射するレーザー光の波長を変換する波長変換装置に於い
て、前記光学結晶は、2−アダマンチルアミノー5ーニ
トロピリジン(AANP)からなり、該AANPに入射
するレーザー光の方位と該AANPの光学弾性軸のZ軸
とのなす角をΘとし、入射するレーザー光の方位の、前
記光学弾性軸のX軸及びY軸のなす平面(X−Y平面)
への射影と前記X軸とのなす角をΦとすると、前記AA
NPは、該AANPに垂直に入射するレーザー光が、Θ
の範囲が35〜45゜、Φの範囲が65〜90゜となる
様な表面を有し、このAANPに入射するレーザー光に
垂直な二つの軸のまわりに回転しうるように配置してな
ことを特徴としている。
【0023】
【0024】ここで、AANP結晶は、光学弾性軸に対
してΘ=35〜45゜,Φ=65〜90゜の範囲にある
方位に垂直な表面を有する非線形結晶である。
【0025】有機結晶である前記AANP結晶は、本発
明者等の発表(参考文献:Nonlinear Optical Prope
rties of 2-Adamantylamino-5-Nitropyridine Cryst
als(Applied Physics Letters Vol.58,No.23,10 Ju
ne 1991)において指摘しているように、1.064μ
mにおける第2高調波発生(SHG)においては従来の
KTP結晶等より100倍以上高効率である。
【0026】本発明者等は、このAANP結晶を0.6
17μmの色素レーザー光から1.3μm帯への光パル
スを得るためのオプティカルパラメトリック波長変換に
適用し、同様な高効率が得られなおかつ波長の連続可変
性が可能となる波長変換装置とした。
【0027】
【作用】本発明の波長変換装置では、2−アダマンチル
アミノー5ーニトロピリジン(AANP)からなる光学
結晶にレーザー光が入射すると、該AANP結晶の非線
形光学効果により、(1)及び(2)式を満たす様に変
換された2種類の波長の光が発生する。(2)式の位相
整合条件は角度整合によって満足され、条件に合った角
振動数の光が発生するように光学結晶の角速度を調整す
る。
【0028】
【0029】
【実施例】以下、本発明の波長変換装置について図1を
基に説明する。
【0030】この波長変換装置11は、従来例において
説明した波長変換装置1を改良したものであり、前記波
長変換装置1と同一の構成要素については同一符号を付
し説明を省略する。
【0031】この波長変換装置11は、2−アダマンチ
ルアミノー5ーニトロピリジン(AANP)からなる光
学結晶(AANP結晶)12と、励起光を集光して該A
ANP結晶12に入射させるための集光器(凹面鏡)3
と、前記AANP結晶12により波長が変換された変換
光を平行光線とするための光学器(凹面鏡)4と、前記
AANP結晶12に設けられた変換光の波長を調整する
ための回転機構5と、前記変換光より前記励起光を分離
するための光学フィルター6と、前記変換光の2波長を
分離するためのプリズム7とからなる波長変換機構と、
波長0.617μmの極短光パルスを出射するモード同
期色素レーザー(色素レーザー)13と、YAG励起色
素増幅器光源(色素増幅器)14とから概略構成されて
いる。
【0032】AANP結晶12は、θ=36゜,φ=9
0゜の方位の入射光が丁度このAANP結晶12に垂直
に入射するように、このAANP結晶12の表面がΘ=
36゜,Φ=90゜の方位に垂直になるようにカットさ
れている。ここでは、前記角度において第一種位相整合
をとるように配置されている。
【0033】次に、この波長変換装置11の作用につい
て説明する。色素レーザー13から出射した波長0.6
17μmの色素レーザー光Lpは、色素増幅器14によ
り増幅された後に集光器3により収束されAANP結晶
12に入射する。上記の色素レーザー光Lpの特性は、
波長0.617μm,パルス幅1ps,繰り返し周波数1
0Hz,尖塔出力10GW/cm2である。
【0034】この入射した色素レーザー光Lpは、AA
NP結晶12内に於いて該AANP結晶12の有する非
線形光学効果により、(1)及び(2)式を満たす様な
波長1.38及び1.12μmの2種類の変換光が発生
する。
【0035】ここでは、(2)式の位相整合条件はAA
NP結晶12の角度整合によって満足され、条件に合っ
た角振動数の光が発生するように回転機構5により同調
することができる。また、変換光の波長は励起光のAA
NP結晶12に対する入射角を、AANP結晶12の回
転機構5を調整することによって変化させる事ができ
る。
【0036】取り出された変換光は光学フィルター6に
より励起光と分離された後、プリズム7により2種類の
波長の変換光が空間的に分離され、2種類の変換光
s,Liとなって外方へ出射する。
【0037】図2は、変換光の波長の同調特性、すなわ
ち、変換波長とAANP結晶の調整角度との関係を示す
グラフである。
【0038】図中、黒丸は上記実施例の波長変換装置1
1を用いた場合の効果を示し、実線は上述した参考文献
に於ける屈折率の値を用いた計算値を示している。
【0039】グラフから明らかな様に、本実施例の波長
変換装置11を用いた場合における波長変換効率は、従
来例の波長変換装置1よりも36倍大きな値であり極め
て高い変換効率を有することがわかる。
【0040】以上説明したように、この波長変換装置1
1によれば、AANP結晶12を具備し、該AANP結
晶12は、θ=36゜,φ=90゜の方位の入射光が丁
度このAANP結晶12に垂直に入射するように、この
AANP結晶12の表面がΘ=36゜,Φ=90゜の方
位に垂直になるようにカットされ、このAANP結晶1
2は前記角度において第一種位相整合をとるように配置
することとしたので、従来と比べて波長変換効率の優れ
た2種類の波長の光を発生させることができる。
【0041】したがって、10ps程度以下の短い時間
幅で波長0.6μm近傍の光パルスを発生する色素レー
ザー等と組み合わせることができ、光通信用として重要
な1.3μm帯への高効率波長変換を実現することがで
き、この1.3μm帯の光パルスを発生する連続波長可
変極短パルス光源として用いることができる。
【0042】なお、本実施例においては表面をΘ=36
゜,Φ=90゜にカットしたAANP結晶12を用いた
が、該AANP結晶12のカット面は必ずしも前記の値
でなくとも良く、Θ=35〜45゜,Φ=65〜90゜
の範囲であればこのAANP結晶12を入射レーザー光
線に垂直な二つの軸の周りに回転することにより全く同
様の効果を得ることができる。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の波長変換
装置によれば、非線形光学特性を有する光学結晶を具備
し、該光学結晶に入射するレーザー光の波長を変換する
波長変換装置に於いて、前記光学結晶をAANPとし、
該AANPに入射するレーザー光の方位と該AANPの
光学弾性軸のZ軸とのなす角をΘとし、入射するレーザ
ー光の方位の、前記光学弾性軸のX軸及びY軸のなす平
面(X−Y平面)への射影と前記X軸とのなす角をΦと
すると、前記AANPは、該AANPに垂直に入射する
レーザー光が、Θの範囲が35〜45゜、Φの範囲が6
5〜90゜となる様な表面を有し、このAANPに入射
するレーザー光に垂直な二つの軸のまわりに回転しうる
ように配置してなることとしたので、このAANP結晶
の非線形光学効果により、従来と比べて波長変換効率の
優れた2種類の波長の光を発生させることができる。し
たがって、高効率連続波長可変波長極短パルス光源を実
現することができる。
【0044】
【0045】したがって、10ps程度以下の短い時間
幅で波長0.6μm近傍の光パルスを発生する色素レー
ザー等と組み合わせることができ、光通信用として重要
な1.3μm帯への高効率波長変換を実現することがで
き、この1.3μm帯の光パルスを発生する連続波長可
変極短パルス光源として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である波長変換装置の概略構
成図である。
【図2】変換波長とAANP結晶の調整角度との関係を
示すグラフである。
【図3】従来例の波長変換装置の概略構成図である。
【符号の説明】
11 波長変換装置 12 2−アダマンチルアミノー5ーニトロピリジン
(AANP)からなる光学結晶(AANP結晶) 3 集光器(凹面鏡) 4 光学器(凹面鏡) 5 回転機構 6 光学フィルター 7 プリズム 13 モード同期色素レーザー(色素レーザー) 14 YAG励起色素増幅器光源(色素増幅器) Lp 色素レーザー光 Ls,Li 変換光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保寺 憲一 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 都丸 暁 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 戒能 俊邦 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 Appl.Phys.Lett.,V ol.58 No.23 pp.2583−2585 (10 June 1991) Mol.Cryst.Liq.Cry st.Monlin.Opt.,Vo l.156 pp.257−268(1988) Organic Materials for Nonlinear Opt ics ▲II▼,pp.156−162 (1991年10月8日) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/35 - 1/39 H01S 3/108 - 3/109 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非線形光学特性を有する光学結晶を具備
    し、該光学結晶に入射するレーザー光の波長を変換する
    波長変換装置に於いて、 前記光学結晶は、2−アダマンチルアミノー5ーニトロ
    ピリジン(AANP)からなり、 該AANPに入射するレーザー光の方位と該AANPの
    光学弾性軸のZ軸とのなす角をΘとし、入射するレーザ
    ー光の方位の、前記光学弾性軸のX軸及びY軸のなす平
    面(X−Y平面)への射影と前記X軸とのなす角をΦと
    すると、 前記AANPは、該AANPに垂直に入射するレーザー
    光が、Θの範囲が35〜45゜、Φの範囲が65〜90
    ゜となる様な表面を有し、このAANPに入射するレー
    ザー光に垂直な二つの軸のまわりに回転しうるように配
    置してなる ことを特徴とする波長変換装置。
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WO2004088922A1 (ja) 2003-03-31 2004-10-14 Fujitsu Limited ネットワーク設計装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Appl.Phys.Lett.,Vol.58 No.23 pp.2583−2585(10 June 1991)
Mol.Cryst.Liq.Cryst.Monlin.Opt.,Vol.156 pp.257−268(1988)
Organic Materials for Nonlinear Optics ▲II▼,pp.156−162(1991年10月8日)

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