JP3940553B2 - Upconversion optical element - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アップコンバージョン光素子に関し、より詳細には、励起光により短波長の光を高い効率で発生させることができるレーザなどのアップコンバージョン光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、高密度光記録や光磁気記録をはじめとする各種の応用分野において、光源として用いるための半導体レーザの短波長化が要求されている。レーザの短波長化の手法はいくつかあり、それらを大別すると以下の3つになる。
【0003】
▲1▼ バンドギャップの広い半導体を用いて直接発振させる。
▲2▼ 近赤外あるいは赤色のレーザ光を波長変換して第2高調波を発生させる。
▲3▼ アップコンバージョンにより、赤色あるいは赤外光による励起で短波長発振させる。
【0004】
図7は、これら3つの手法の原理を説明するための概念図である。
すなわち、同図(a)は、注入過程IJにより励起状態ESに注入された電子が励起状態ESから基底状態GSへ遷移する際の放出光hνを得る手法を表す。小型レーザに関しては、現状では窒化ガリウム系半導体を用いた波長410nm前後の半導体レーザや発光ダイオードが開発されつつある。
【0005】
しかし、ワイドギャップ半導体は、原理的に緩和定数が大きく反転分布を形成しにくく、電流注入型の励起によらなければ小型化が困難であるという本質的な問題を有する。さらに、ドーピングが難しく、pn接合を作りにくいという問題もある。
【0006】
図7(b)は、第2高調波を発生させるメカニズムを表す。このメカニズムにおいては、第2高調波の発生媒体は、基底状態GSと励起状態ESとの中間に仮想準位VSを有する。そして、この仮想準位VSまでのエネルギを有する励起光hν1を照射することにより、電子を基底状態GSから仮想準位VSを介して励起状態ESへと段階的に励起することができる。このようにして励起した電子が励起状態ESから基底状態GSへと遷移する際に、励起光の半分の波長を有する光hν2が放出される。
【0007】
しかし、このようなメカニズムによる第2高調波の発生は、仮想遷移状態を用いるため、その変換効率は高くない。また、励起光のパワーが高いものに限定される。更に、小型化を目指してレーザを導波路型の構造とした場合に位相整合が難しく、一方で、バルク型の構造とすると素子が大型化せざるを得ないという問題があった。
【0008】
図7(c)は、アップコンバージョンにより短波長光を発生するメカニズムを表す。すなわち、アップコンバージョン媒質は、基底状態GSと励起状態ESとの間に、仮想的な準位ではなく、実在の準位RSを有する。そして、基底状態GSから準位RS及び準位RSから励起状態ESまでのエネルギを有する励起光hν1、hν2をそれぞれ照射することにより、電子を状態GSから実在準位RSを介して状態ESへと段階的に励起し、このようにして励起した電子が励起状態ESから基底状態GSへと遷移する際に、励起光の半分の波長を有する光hν3が放出される。このようなアップコンバージョンにおいては、励起過程に仮想遷移が介在せず、リアルな遷移だけなので、第2高調波にくらべて原理的に効率が高い。なお、図7(c)においては簡単のために、実在の準位RSをひとつだけ表したが、後に詳述するように、基底状態GSと励起状態ESとの間には複数の順位RSが存在していてもよい。
【0009】
レーザ素子に用いるアップコンバージョン媒質としては、Ho3+、Tm3+、Pr3+あるいはPr3+/Yb3+などを含有したフッ化ジルコニウム系ガラスを挙げることができる。これらの媒質は、いずれも単一モードファイバ中での発振が確認されている。また、その他にも、ABLn1−XAlO(ここで、AはCa2+またはSr2+であり、BはTm3+、Pr3+またはEr3+であり、LnはGd3+またはLa3+であり、Xは0.001≦X≦0.2の範囲にある)。これらの媒質を開示する文献としては、特開平5−90693号公報を挙げることができる。また、Nd3+を用いる例が特開平10−41577号公報に記載されている。
【0010】
アップコンバージョン媒質を用いたアップコンバージョン・レーザとしては、当初は、Tm3+の1D2−3H4遷移(波長455nm)及び1G4−3H6遷移(波長480nm)について、Krレーザの波長647.1nmと波長676.4nmの2波長同時励起により、77Kで発振した。室温では、Ho3+の5S2−5I8遷移(波長550nm)及び5S2−5I7遷移(波長753nm)によってレーザ発振が達成された。この励起には、Krレーザの647.1nmが用いられている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
アップコンバージョンをさらに分類すると、図8(a)に表したように基底状態GSからひとつの励起準位RSを介して最終励起状態ESに励起するような場合と、図8(b)に第1励起RS1から第2励起準位RS2を介して最終励起状態ESに励起するような場合がある。実際には、さらに多くの励起準位が存在する場合も多い。
【0012】
しかし、アップコンバージョンにおいては、これら中間の励起準位から基底状態への緩和過程が生ずる場合があり、これにより効率が低下しやすいという問題があった。
【0013】
図9は、アップコンバージョンにおける緩和過程を説明する概念図である。すなわち、同図(a)に表した例においては、励起準位RSに励起された電子が基底状態GSに落ち込む緩和過程RLが生じている。また、図9(b)に表した例においては、第2励起準位RS2から基底状態GSへの緩和過程RLが生じている。このような緩和過程が生ずると、最終励起状態ESや第2励起準位RS2への励起の効率が低下し、その結果として、アップコンバージョン効率が低下するという問題が生ずる。
【0014】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、アップコンバージョンにおいて中間の励起準位から基底状態への緩和過程を抑制する新規な構成を有するアップコンバージョン光素子を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によれば、1光子で励起される実準位をエネルギー状態として有するアップコンバージョン媒質と、前記アップコンバージョン媒質を含み、光の波長のオーダの周期的な屈折率の分布を有するフォトニック構造体とを備え、前記フォトニック構造体は、前記アップコンバージョン媒質の前記実準位から基底状態への緩和過程により発生する光の波長に対応し、かつ前記屈折率の分布に対応したフォトニックバンドギャップを有することを特徴とするアップコンバージョン光素子が提供される。
【0016】
ここで、前記空間は、フォトニック構造体により形成されてなるものとすることができる。
【0017】
また、前記フォトニック構造体は、前記屈折率の分布に対応したフォトニックバンドギャップを有し、前記フォトニックバンドギャップは、前記アップコンバージョン媒質において生じうる緩和過程により発生する光の波長に対応するものとすることができる。
【0018】
また、前記アップコンバージョン媒質は、基底状態と励起状態との間に複数の励起準位を有し、前記緩和過程は、前記複数の励起準位のいずれかから前記基底状態への遷移に対応するものとすることかできる。
【0019】
また、前記フォトニック構造体の少なくとも一部が前記アップコンバージョン媒質からなるものとすることができる。
【0020】
また、前記アップコンバージョン媒質は、デンドリマーを含むものとすることができる。
【0021】
また、前記フォトニック構造体に応力を付加しあるいは温度を変化させることにより変形させる手段をさらに備えることにより、フォトニックバンドギャップを調節して効率を改善し、あるいは光変調やスイッチングも可能となる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
アップコンバージョンにおいて励起準位から基底状態への緩和過程が生ずる場合、その遷移に伴った発光が生ずる。従って、この緩和発光を強制的に抑制することができれば、緩和過程による効率の低下を防ぐことが可能となる。
【0023】
本発明者は、この点に着目し、アップコンバージョン媒質を、その緩和発光の波長の光が存在できない場に設けることを着想するに至った。このような「場」は、フォトニック構造体により形成することができる。
【0024】
図1は、本発明のアップコンバージョン光素子の要部構成を概念的に表す説明図である。すなわち、同図は、本発明のアップコンバージョン光素子の波長変換部を表し、この波長変換部は、フォトニック構造体PSの内部にアップコンバージョン媒質UCの要部が閉じこめられた構成を有する。あるいは、アップコンバージョン媒質UCそれ自身を、フォトニック構造体PSの構成要素の全部または一部としても良い。
【0025】
ここで、「フォトニック構造体」とは、屈折率の空間的な分布が光の波長のオーダで1次元乃至3次元的周期性を有するものをいう。その典型的なものとしては、屈折率の異なる2種類以上の媒質を光の波長のオーダで1次元乃至3次元的に周期的にならべた「フォトニック結晶」を挙げることができる。
【0026】
フォトニック構造体は、その周期的な屈折率分布に応じた光の波数と振動数すなわち光子エネルギとの関係がバンド構造を示す(E.Yablonovitch,Phys.Rev.Lett.58(20),2059(1987))。この現象は、半導体中の電子のエネルギが周期的なポテンシャルの中でバンド構造を示す現象と類似したものである。そして、フォトニック構造体では、どの方向にも光が伝搬しない「フォトニックバンドギャップ」と呼ばれる波長領域を出現させることが可能である。つまり、フォトニック構造体においては、フォトニックバンドギャップの範囲内のエネルギー(波長)の光は存在できないことになる。
【0027】
図2は、フォトニック構造体における光の透過スペクトルを例示するグラフ図である。すなわち、同図の例においては、波長約550〜650nmの範囲において光の透過率がほぼゼロとなり、このフォトニックバンドの範囲の光が存在できないことを表している。
【0028】
フォトニック構造体のいくつかの具体例を以下に説明する。
(1)第1の例として、酸化けい素微小球を含有するコロイド溶液から溶媒を除いて酸化けい素微小球を結晶化することにより得られるフォトニック結晶がある。この形成方法は、酸化けい素微小球の自己配列を利用しており、得られるフォトニック結晶はopal型と呼ばれる。この方法では、比較的容易に大きな繰り返し周波数の結晶が得られる(H.Miguezら、appl.Phys.Lett.71(9),1148(1997))。
【0029】
(2)第2の例として、ウッド・パイル(Wood-Pile)法(S.Nodaら、Jpn.J.Appl.Phys.,35,L909(1996))により得られるフォトニック結晶がある。この方法では、半導体微細加工技術を利用して、2つの基板上にそれぞれ角材を並べたような構造を形成し、その角材部分が直交するように2つの基板を対向させて接着した後、片方の基板をエッチングで除くことにより、「角材」を2層重ねた構造を形成する。同様に「角材」を表面に並べた基板を用意し、精密な位置合わせによる接着とエッチングを繰り返すことにより、角材を1層ずつ積み上げていく。この方法では、全方位にフォトニックバンドギャップが開くダイヤモンド構造を作製できる。
【0030】
(3)第3の例として、オートクローニング法と呼ばれる方法(川上他,特開平10−335758号)により得られるフォトニック結晶がある。この方法では、リソグラフィーにより石英または半導体の基板に2次元の周期的な凸凹パタンを形成し、バイアススパッタ法により下層の凸凹パタンを再現しながら、薄膜を多層に積層する。このようにして最初に凸凹パタンを刻んだ基板の内面方向およびその面に垂直な積層方向に3次元的な周期構造を作製する。この方法は、opal型フォトニック結晶の製造方法より信頼性および再現性がよく、また、ウッドパイル法ほどは複雑で手間のかかる微細加工プロセスを必要としないことから、積層方向に比較的多くの周期を持つフォトニック結晶を作製できる。
【0031】
(4)第4の例として、光の干渉パタンを利用して得られるフォトニック結晶がある(常友,小山,特開平10−68807号)。この方法では、1次元的に積層した多層の薄膜に干渉パタンを焼き付けるようにレーザー光を照射することにより、光強度の強い部位での溶融・蒸発やアブレーションを利用して多層膜の膜面に垂直な方向に周期的な切り込みを入れ、フォトニック結晶を作製する。この方法ではレーザーの干渉パタンによって周期構造を作製する際に、多くの周期を1度に形成でき、効率の良い方法と考えられる。
【0032】
再び図1に戻って説明すると、本発明のアップコンバージョン光素子は、同図に表したように、フォトニック構造体PSの内部にアップコンバージョン媒質UCの要部が閉じこめられている。具体的には、後に実施例として詳述するように、例えば、フォトニック構造体の「隙間」にアップコンバージョン媒質を充填する構成などを用いることができる。または、アップコンバージョン媒質がフォトニック構造体の一部を構成しても良く、あるいは、アップコンバージョン媒質によってフォトニック構造体を構成しても良い。例えば、互いに屈折率が異なる2種類のアップコンバージョン媒質を光の波長のオーダで配置すれば、これがそのままフォトニック構造体PSを構成する。
【0033】
そして、このフォトニック構造体PSとして、アップコンバージョン媒質UCにおいて生じうる緩和過程の遷移に対応したフォトニックバンドギャップを有するものを用いる。
【0034】
図3は、本発明のアップコンバージョン光素子において生ずる遷移を表す概念図である。
【0035】
すなわち、同図(a)に表したように基底状態GSからひとつの励起準位RSを介して最終励起状態ESに励起するような場合には、励起準位RSに励起された電子が基底状態GSに落ち込む緩和過程RLにより発生する光の波長に対応したフォトニックバンドを有するフォトニック構造体PSにより、アップコンバージョン媒質UCを閉じ込める。すると、アップコンバージョン媒質において緩和過程RLに対応する光が存在できないために緩和過程が制限されて電子は励起準位RSに長く留まり、励起状態ESに高い効率で励起されるようになる。
【0036】
同様に、同図(b)に表したような2つの励起準位RS1、RS2を介した遷移が生ずる場合にも、緩和過程RLに対応するフォトニックバンドギャップを有するフォトニック構造体の中にアップコンバージョン媒質UCを閉じ込めることにより、電子の緩和過程を抑制し、励起状態ESへの励起効率を大幅に改善することできる。
【0037】
以上説明した作用効果は、基底状態GSから3以上の励起準位を介して励起状態ESに励起される場合においても同様に得ることができる。すなわち、生じうる緩和過程に対応したフォトニックバンドギャップを有するフォトニック構造体の中にアップコンバージョン媒質UCを閉じ込めれば良い。ここで、複数の緩和過程が生じうる場合には、もっとも発生確率の高い緩和過程に対応したフォトニックバンドギャップを有するフォトニック構造体を選択することが望ましい。
【0038】
また、図3(a)に表した遷移の場合、緩和過程RLが励起光hν1と同一あるいは近似した波長を有する。この場合に、緩和過程RLを抑制するようにフォトニックバンドギャップを選択すると、励起光hν1も制限され、フォトニック媒質を励起しにくくなる場合がある。
【0039】
従って、本発明においては、図3(b)に例示したように、緩和過程RLと励起光の波長が異なる遷移を有するアップコンバージョン媒質を用いると、より顕著な効果が得られる。
【0040】
アップコンバージョン媒質UCとしては、前述したように、ネオジウムイオン等を含むガラスを用いることができる。さらに、多数の分岐構造を有する「デンドリマー(Dendrimer)」を用いると、分岐がエネルギーを集めるアンテナの役割を有するために、多光子励起を効率よく発生させ、アップコンバージョンの効率を向上することができる。
【0041】
さらに、フォトニック構造体PSのバンドギャップは、その周期性すなわち格子定数を変化させることにより調節することができる。従って、フォトニック構造体の周期性を機械的、電気的あるいは温度的に変化させうる機構を附置させることにより、フォトニックバンドギャップを調節し、アップコンバージョン媒質の緩和過程RLに精度良く合致させることができる。
【0042】
【実施例】
以下、実施例を参照しつつ本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明する。
【0043】
(第1の実施例)
まず、本発明の第1の実施例として、一次元的な積層構造を有するフォトニック構造体にアップコンバージョン媒質を閉じ込めたレーザ素子について説明する。
【0044】
図4は、本実施例のアップコンバージョン光素子の要部断面構成を表す概念図である。すなわち、本実施例の光素子10Aは、1次元フォトニック構造体を形成するため、層厚が80nmのBaTiO層12と、層厚が80nmのNd0.20.8BaCl微結晶含有ガラス層14とを交互に100層積層した積層体を有する。すなわち、この積層体は、一次元的なフォトニック構造体を構成し、且つその一部はアップコンバージョン媒質であるガラス層14により構成されている。この一次元的フォトニック構造体においては、580nmから640nmまでの波長帯で光が透過できないフォトニックバンドギャップを有する。
【0045】
この積層体の後面には、少なくとも380nm〜420nmまでの波長でほぼ100%反射するコーティング18を形成した。また、積層体の前面には、同じ波長範囲で80%の反射率を有するコーティング16を形成した。この光素子10Aは、803nmの波長の光を透過するため、励起光Lとして、時間幅10ナノ秒、波長803nmのTi:サファイアレーザを入射した。励起光Lの入射ピークパワー密度は、約1MW/cmとした。
【0046】
室温で発振するアップコンバージョンレーザの材料の例として、Nd0.20.8BaClが特開平10−41577号公報に開示されている。この材料は806nmの近赤外半導体レーザで励起され、3度のアップコンバージョン過程を経て390nm付近及び415nm付近で発振する。しかし、600nm付近で大きな発光が観測されている。これは、アップコンバージョンのプロセスの中で、一部の励起電子が発光で緩和しているものであり、この緩和過程が発振効率を下げている。従って、この発光を抑えることにより発振効率を上げることが可能になる。
【0047】
比較のための試料として、図4の構成からBaTiO層12を除いた構造のレーザ素子を用意した。そして、両者のレーザ発振光はフォトダイオードでモニタし、その発振強度信号を比較した。
【0048】
図5は、本実施例と比較例の励起パワー強度に対する発振パワー強度の関係を表すグラフ図である。すなわち、本実施例及び比較例の試料共にレーザ発振したが、本実施例のほうがスロープ効率(発振のパワー変化/励起光のパワー変化)が圧倒的な高いことが分かった。
【0049】
(第2の実施例)
次に、本発明の第2の実施例として、グレーティング(回折格子)を用いたフォトニック構造体にアップコンバージョン媒質を閉じ込めたレーザ素子について説明する。
【0050】
図6は、本実施例のアップコンバージョン光素子の要部断面構成を表す概念図である。すなわち、本実施例の光素子は、グレーティングを向かい合わせた構造のグレーティングペア型フォトニック構造体を有する。このフォトニック構造体を開示した文献としては、特開平10−83005号公報を挙げることができる。このような構造体も1次元フォトニック結晶と同様の作用を有する。
【0051】
すなわち、ガラス基板22の表面にレジスト層23を形成し、その表面に1周期のピッチが約160nmのグレーティング24を形成した。これを2つ用意し、それぞれにBaTiO層25を厚さ100nmスパッタした上に、アップコンバージョン媒質としてNd0.20.8BaCl微結晶含有ガラス層26を厚さ100nmスパッタした。次に、これらを図6に表したように、向かい合わせて接合した。
【0052】
また、比較例として、レジスト層23の表面にグレーティング24を形成しない試料を作製した。前述した第1実施例と同様の評価を行なった結果、いずれの光素子もレーザ発振したものの、本実施例の光素子の方が比較例よりも発振スロープ効率が圧倒的に高いことが分かった。
【0053】
(第3の実施例)
次に、本発明の第3の実施例として、アップコンバージョン媒質としてデンドリマーを用いた光素子について説明する。相田らは、「化学」Vol.53、No3、(1998)において、デンドリマーの5光子励起が存在することを報告している。そこで、図4に表した第1実施例の構成において、Nd0.20.8BaClの代わりに、デンドリマーL5AZOおよびレーザ色素IR−5を用いたアップコンバージョン光素子を作成した。この時の各層の層厚は、デンドリマー/色素層と、BaTiO層ともに1.65μmとした。これに赤外線モノクロメータで発生させた1600cm−1(6.25μm)の励起光Lを照射した。その結果、この光素子こから波長1.3μm近傍の光Lが観測された。これは、デンドリマーが5光子励起させた電子のエネルギーが色素IR−5に移動して発光した結果であると考えられる。5光子励起のアップコンバージョンが寄与した光素子の観測は、従来得られなかったものであり、本発明によって電子の緩和過程が大幅に抑制された結果得られたものであると考えられる。
【0054】
(第4の実施例)
次に、本発明の第4の実施例として、フォトニック構造体を変型させることにより、フォトニックバンドギャップを調節可能としたアップコンバージョン光素子について説明する。
【0055】
Yoshinoら(J. J. A. P, 38A, L786 (1999))は、圧力を加えることによって有機オパールのフォトニック結晶のフォトニックバンドが変化することを報告している。これと同様の方法で、Nd0.20.8BaClのポリマーオパールを作製した。その結晶構造は、F.C.C.(面心立方型)であり、球状のNd0.20.8BaCl(250nm径)がpoly(2-methoxy-5-dodecyloxy-p-phenylenevinylene)中に含まれてなる。
【0056】
このフォトニック構造体においては、光の透過スペクトル中に、フォトニックバンドギャップに対応して光が透過しにくい吸収領域が約20nmの半値幅で出現する。そして、この構造体に対して、その全体の長さを1として0.38分が縮まるように1軸性の圧力を加えると、この吸収領域のピーク波長が、波長570nmから波長700nmまでの範囲で変化した。
【0057】
これに、第1実施例と同様に803nmの励起光Lを入射し、390nmと415nmの発光Lをモニタした。そして、この光素子に1軸性圧力を加えると、発光量が変化することが確認された。
【0058】
一方、一般に有機物は熱膨張係数が大きい。本実施例の有機オパールの熱膨張係数も、約1×10−4/Kであった。そこで、ペルチェ素子をこのフォトニック構造体に接触させ、20℃から120℃まで温度を上昇させると格子定数を約1パーセント大きくすることができる。1軸性圧力を印加しない状態で120℃ままで温度を上げた場合に、吸収領域のピーク波長は570nmから574nmにシフトした。そこで圧力を加えることより最大の発光量になるように調節した後、さらに温度を上げたところ、発光量がわずかであるが変化し、発光量をさらに1〜2パーセント大きくすることができた。
【0059】
また、本実施例においては、フォトニック構造体を変型させることによりフォトニックバンドを変化させ、緩和過程による光の波長に対してフォトニックバンドギャップを合致させあるいはずらすことが可能となる。この現象を応用すると、フォトニック構造体を変型させることにより発光強度を変化させる光変調機能乃至光スイッチング機能を付与したり、あるいは、応力や温度により発光強度が変化する応力センサあるいは温度センサとしての機能を得ることもできる。
【0060】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。例えば、本発明において用いることができるフォトニック構造体としては、従来「フォトニック結晶」と称されているものも含めた種々の構造体を挙げることができる。さらに、そのような従来の材料による従来のフォトニック構造体の「隙間」をアップコンバージョン媒質で充填するようにしても良く、あるいは、これらのフォトニック構造体の一部をアップコンバージョン媒質により置き換えても良く、あるいはこれらのフォトニック構造体の全てをアップコンバージョン媒質により置き換えても良い。
【0061】
さらに、光素子の構成も、励起光源を内蔵するものでも良く、外部からの励起光を受けて発光するものであってもよい。さらに、光変調素子や受光素子などを併せ持つものであっても良い。
【0062】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、緩和過程による発光に対応するフォトニックバンドを有するフォトニック構造体の中にアップコンバージョン媒質を閉じ込めることにより、アップコンバージョンを極めて高い効率で生じさせ、高性能のアップコンバージョン光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のアップコンバージョン光素子の要部構成を概念的に表す説明図である。
【図2】フォトニック構造体における光の透過スペクトルを例示するグラフ図である。
【図3】本発明のアップコンバージョン光素子において生ずる遷移を表す概念図である。
【図4】本発明の第1実施例のアップコンバージョン光素子の要部断面構成を表す概念図である。
【図5】第1実施例と比較例の励起パワー強度に対する発振パワー強度の関係を表すグラフ図である。
【図6】本発明の第2の実施例のアップコンバージョン光素子の要部断面構成を表す概念図である。
【図7】短波長を得るための3つの手法の原理を説明するための概念図である。
【図8】(a)は基底状態GSからひとつの励起準位RSを介して最終励起状態ESに励起するような場合を表し、(b)は第1励起RS1から第2励起準位RS2を介して最終励起状態ESに励起するような場合を表す。
【図9】アップコンバージョンにおける緩和過程を説明する概念図である。
【符号の説明】
PS フォトニック構造体
UC アップコンバージョン媒質
GS 基底状態
RS 励起準位
ES 励起状態
RL 緩和過程
励起光
放出光
12 BaTiO
1 4 Nd0.20.8BaCl微結晶含有ガラス層
16、18 コーティング
22 ガラス基板
23 レジスト層
24 グレーティング
25 BaTiO
26 アップコンバージョン媒質
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an up-conversion optical element, and more particularly to an up-conversion optical element such as a laser that can generate short-wavelength light with high efficiency using excitation light.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in various application fields such as high-density optical recording and magneto-optical recording, it is required to shorten the wavelength of a semiconductor laser for use as a light source. There are several methods for shortening the wavelength of the laser, and these are roughly divided into the following three.
[0003]
(1) Direct oscillation using a semiconductor with a wide band gap.
(2) The wavelength of near-infrared or red laser light is converted to generate the second harmonic.
(3) By up-conversion, short wavelength oscillation is generated by excitation with red or infrared light.
[0004]
FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining the principle of these three methods.
That is, FIG. 9A shows a method for obtaining the emitted light hν when electrons injected into the excited state ES by the injection process IJ transition from the excited state ES to the ground state GS. Regarding small lasers, semiconductor lasers and light-emitting diodes having a wavelength of around 410 nm using gallium nitride semiconductors are currently being developed.
[0005]
However, wide gap semiconductors have an essential problem that, in principle, the relaxation constant is large and it is difficult to form an inversion distribution, and it is difficult to reduce the size without using current injection excitation. Furthermore, there is a problem that doping is difficult and it is difficult to form a pn junction.
[0006]
FIG. 7B shows a mechanism for generating the second harmonic. In this mechanism, the second harmonic generation medium has a virtual level VS between the ground state GS and the excited state ES. By irradiating the excitation light hν1 having energy up to the virtual level VS, electrons can be excited stepwise from the ground state GS to the excited state ES via the virtual level VS. When the electrons excited in this way transition from the excited state ES to the ground state GS, light hν2 having a wavelength half that of the excitation light is emitted.
[0007]
However, since the generation of the second harmonic by such a mechanism uses a virtual transition state, the conversion efficiency is not high. Moreover, it is limited to the thing with the high power of excitation light. Furthermore, there is a problem that phase matching is difficult when the laser is of a waveguide type structure with the aim of miniaturization, while the bulk type structure inevitably increases the size of the element.
[0008]
FIG. 7C shows a mechanism for generating short wavelength light by up-conversion. That is, the up-conversion medium has a real level RS, not a virtual level, between the ground state GS and the excited state ES. Then, by irradiating excitation light hν1 and hν2 having energy from the ground state GS to the level RS and from the level RS to the excited state ES, electrons are transferred from the state GS to the state ES via the real level RS. When the electrons excited in steps and thus excited electrons transition from the excited state ES to the ground state GS, light hν3 having a wavelength half that of the excitation light is emitted. In such up-conversion, there is no virtual transition in the excitation process, and only a realistic transition is present, so that the efficiency is theoretically higher than that of the second harmonic. In FIG. 7C, for the sake of simplicity, only one real level RS is shown. However, as will be described in detail later, there are a plurality of ranks RS between the ground state GS and the excited state ES. May be present.
[0009]
As an up-conversion medium used for laser elements, Ho 3+ , Tm 3+ , Pr 3+ Or Pr 3+ / Yb 3+ Zirconium fluoride glass containing the above. All of these media have been confirmed to oscillate in a single mode fiber. In addition, AB X Ln 1-X AlO 4 (Where A is Ca 2+ Or Sr 2+ And B is Tm 3+ , Pr 3+ Or Er 3+ And Ln is Gd 3+ Or La 3+ And X is in the range of 0.001 ≦ X ≦ 0.2). JP-A-5-90693 can be cited as a document disclosing these media. Nd 3+ An example of using is described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-41577.
[0010]
As an upconversion laser using an upconversion medium, initially Tm 3+ For the 1D2-3H4 transition (wavelength 455 nm) and 1G4-3H6 transition (wavelength 480 nm) of + The laser oscillated at 77 K by two-wavelength simultaneous excitation of a laser wavelength of 647.1 nm and a wavelength of 676.4 nm. At room temperature, Ho 3+ Laser oscillation was achieved by 5S2-5I8 transition (wavelength 550 nm) and 5S2-5I7 transition (wavelength 753 nm). For this excitation, Kr + A laser of 647.1 nm is used.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Further classifying the up-conversion, a case where the ground state GS is excited to the final excited state ES through one excitation level RS as shown in FIG. There is a case where excitation is performed from the excitation RS1 to the final excitation state ES via the second excitation level RS2. In practice, there are many cases where more excitation levels exist.
[0012]
However, in the up-conversion, there is a case in which a relaxation process from these intermediate excitation levels to the ground state may occur, which causes a problem that the efficiency tends to decrease.
[0013]
FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a relaxation process in up-conversion. That is, in the example shown in FIG. 5A, a relaxation process RL occurs in which electrons excited to the excitation level RS fall into the ground state GS. In the example shown in FIG. 9B, the relaxation process RL from the second excitation level RS2 to the ground state GS occurs. When such a relaxation process occurs, the efficiency of excitation to the final excited state ES or the second excitation level RS2 is lowered, and as a result, there is a problem that the upconversion efficiency is lowered.
[0014]
The present invention has been made on the basis of recognition of such a problem, and an object thereof is to provide an up-conversion optical element having a novel configuration that suppresses a relaxation process from an intermediate excitation level to a ground state in up-conversion. There is to do.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
According to an aspect of the present invention, an upconversion medium having a real level excited by one photon as an energy state, and the upconversion medium, and having a periodic refractive index distribution on the order of the wavelength of light. A photonic structure, the photonic structure corresponding to a wavelength of light generated by a relaxation process from the real level to the ground state of the upconversion medium, and corresponding to the refractive index distribution An upconversion optical element having a photonic band gap is provided.
[0016]
Here, the space may be formed of a photonic structure.
[0017]
The photonic structure has a photonic band gap corresponding to the refractive index distribution, and the photonic band gap corresponds to a wavelength of light generated by a relaxation process that may occur in the up-conversion medium. Can be.
[0018]
The up-conversion medium has a plurality of excitation levels between a ground state and an excited state, and the relaxation process corresponds to a transition from any one of the plurality of excitation levels to the ground state. Can be.
[0019]
Further, at least a part of the photonic structure may be made of the up-conversion medium.
[0020]
The up-conversion medium may include a dendrimer.
[0021]
Further, by further providing a means for applying a stress to the photonic structure or deforming it by changing the temperature, the photonic band gap can be adjusted to improve efficiency, or light modulation and switching can be performed. .
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
When a relaxation process from the excited level to the ground state occurs in up-conversion, light emission accompanying the transition occurs. Therefore, if this relaxation light emission can be forcibly suppressed, it is possible to prevent a decrease in efficiency due to the relaxation process.
[0023]
The present inventor has focused on this point and has come up with the idea of providing the up-conversion medium in a field where light having the relaxation light emission wavelength cannot exist. Such a “field” can be formed by a photonic structure.
[0024]
FIG. 1 is an explanatory diagram conceptually showing a main part configuration of an up-conversion optical element of the present invention. That is, this figure shows the wavelength conversion unit of the upconversion optical element of the present invention, and this wavelength conversion unit has a configuration in which the main part of the upconversion medium UC is enclosed inside the photonic structure PS. Alternatively, the up-conversion medium UC itself may be all or part of the constituent elements of the photonic structure PS.
[0025]
Here, the “photonic structure” means that the spatial distribution of the refractive index has a one-dimensional to three-dimensional periodicity on the order of the wavelength of light. A typical example is a “photonic crystal” in which two or more types of media having different refractive indexes are periodically arranged one-dimensionally or three-dimensionally in the order of the wavelength of light.
[0026]
In photonic structures, the relationship between the wave number of light and the frequency, ie photon energy, according to its periodic refractive index distribution shows a band structure (E. Yablonovitch, Phys. Rev. Lett. 58 (20), 2059). (1987)). This phenomenon is similar to a phenomenon in which the energy of electrons in a semiconductor shows a band structure in a periodic potential. In the photonic structure, a wavelength region called “photonic band gap” in which light does not propagate in any direction can appear. That is, in the photonic structure, light having an energy (wavelength) within the range of the photonic band gap cannot exist.
[0027]
FIG. 2 is a graph illustrating the light transmission spectrum in the photonic structure. That is, in the example of the figure, the light transmittance is almost zero in the wavelength range of about 550 to 650 nm, indicating that there is no light in this photonic band range.
[0028]
Some specific examples of the photonic structure will be described below.
(1) As a first example, there is a photonic crystal obtained by crystallizing silicon oxide microspheres by removing a solvent from a colloidal solution containing silicon oxide microspheres. This formation method utilizes the self-alignment of silicon oxide microspheres, and the resulting photonic crystal is called an opal type. In this method, crystals with a large repetition frequency can be obtained relatively easily (H. Miguez et al., Appl. Phys. Lett. 71 (9), 1148 (1997)).
[0029]
(2) As a second example, there is a photonic crystal obtained by the Wood-Pile method (S. Noda et al., Jpn. J. Appl. Phys., 35, L909 (1996)). In this method, a structure in which square members are arranged on two substrates using a semiconductor microfabrication technique is formed, and the two substrates are bonded to each other so that the square member portions are orthogonal to each other. By removing this substrate by etching, a structure in which two “square members” are stacked is formed. Similarly, a board with “square bars” arranged on the surface is prepared, and the square bars are stacked one by one by repeating adhesion and etching by precise alignment. This method can produce a diamond structure with a photonic band gap open in all directions.
[0030]
(3) As a third example, there is a photonic crystal obtained by a method called auto-cloning method (Kawakami et al., JP-A-10-335758). In this method, a two-dimensional periodic uneven pattern is formed on a quartz or semiconductor substrate by lithography, and thin films are stacked in multiple layers while reproducing the underlying uneven pattern by a bias sputtering method. In this way, a three-dimensional periodic structure is produced in the direction of the inner surface of the substrate on which the irregular pattern is first engraved and in the stacking direction perpendicular to the surface. This method is more reliable and reproducible than the opal type photonic crystal manufacturing method, and does not require a complicated and time-consuming microfabrication process as much as the woodpile method. A photonic crystal with a period can be produced.
[0031]
(4) As a fourth example, there is a photonic crystal obtained by utilizing an interference pattern of light (Tsunotomo, Koyama, JP-A-10-68807). In this method, a laser beam is irradiated so as to burn an interference pattern onto a multi-layered thin film that is one-dimensionally stacked, so that the film surface of the multi-layered film is utilized by using melting / evaporation or ablation at a portion where the light intensity is strong. Periodic cuts are made in the vertical direction to produce a photonic crystal. This method is considered to be an efficient method because many periods can be formed at a time when a periodic structure is formed by a laser interference pattern.
[0032]
Returning to FIG. 1 again, the up-conversion optical element of the present invention has the main part of the up-conversion medium UC enclosed in the photonic structure PS as shown in FIG. Specifically, as will be described later in detail as an example, for example, a configuration in which the “gap” of the photonic structure is filled with an upconversion medium can be used. Alternatively, the upconversion medium may form part of the photonic structure, or the upconversion medium may form the photonic structure. For example, if two types of up-conversion media having different refractive indexes are arranged on the order of the wavelength of light, this constitutes the photonic structure PS as it is.
[0033]
As the photonic structure PS, one having a photonic band gap corresponding to the transition of the relaxation process that can occur in the up-conversion medium UC is used.
[0034]
FIG. 3 is a conceptual diagram showing the transition that occurs in the up-conversion optical element of the present invention.
[0035]
That is, as shown in FIG. 5A, when excited from the ground state GS to the final excited state ES via one excited level RS, the electrons excited to the excited level RS are in the ground state. The upconversion medium UC is confined by the photonic structure PS having a photonic band corresponding to the wavelength of light generated by the relaxation process RL falling into the GS. Then, since there is no light corresponding to the relaxation process RL in the up-conversion medium, the relaxation process is limited, and the electrons stay in the excitation level RS for a long time, and are excited in the excited state ES with high efficiency.
[0036]
Similarly, even when a transition through two excitation levels RS1 and RS2 as shown in FIG. 4B occurs, the photonic structure having a photonic band gap corresponding to the relaxation process RL is included. By confining the up-conversion medium UC, the electron relaxation process can be suppressed and the excitation efficiency to the excited state ES can be greatly improved.
[0037]
The effects described above can be obtained in the same manner even when excited from the ground state GS to the excited state ES via three or more excited levels. That is, the up-conversion medium UC may be confined in a photonic structure having a photonic band gap corresponding to a possible relaxation process. Here, when a plurality of relaxation processes can occur, it is desirable to select a photonic structure having a photonic band gap corresponding to the relaxation process with the highest probability of occurrence.
[0038]
In the case of the transition shown in FIG. 3A, the relaxation process RL has the same or approximate wavelength as the excitation light hν1. In this case, if the photonic band gap is selected so as to suppress the relaxation process RL, the excitation light hν1 is also limited, and it may be difficult to excite the photonic medium.
[0039]
Therefore, in the present invention, as illustrated in FIG. 3B, a more remarkable effect can be obtained by using an upconversion medium having a transition in which the relaxation process RL and the pumping light have different wavelengths.
[0040]
As the up-conversion medium UC, glass containing neodymium ions or the like can be used as described above. In addition, when a “Dendrimer” having a large number of branch structures is used, since the branch functions as an antenna that collects energy, multi-photon excitation can be efficiently generated and the efficiency of up-conversion can be improved. .
[0041]
Furthermore, the band gap of the photonic structure PS can be adjusted by changing its periodicity, that is, the lattice constant. Therefore, by adding a mechanism that can change the periodicity of the photonic structure mechanically, electrically, or temperature, the photonic band gap can be adjusted to accurately match the relaxation process RL of the upconversion medium. Can do.
[0042]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[0043]
(First embodiment)
First, a laser device in which an upconversion medium is confined in a photonic structure having a one-dimensional laminated structure will be described as a first embodiment of the present invention.
[0044]
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a cross-sectional configuration of a main part of the up-conversion optical element of this example. That is, the optical element 10A of the present example forms a one-dimensional photonic structure, and therefore has a BaTiO layer thickness of 80 nm. 3 Layer 12 and Nd with a layer thickness of 80 nm 0.2 Y 0.8 Ba 2 Cl 7 A laminate in which 100 microcrystal-containing glass layers 14 are alternately laminated is provided. That is, this laminate constitutes a one-dimensional photonic structure, and a part thereof is constituted by the glass layer 14 that is an upconversion medium. This one-dimensional photonic structure has a photonic band gap in which light cannot be transmitted in a wavelength band from 580 nm to 640 nm.
[0045]
A coating 18 reflecting almost 100% at a wavelength of at least 380 nm to 420 nm was formed on the rear surface of the laminate. A coating 16 having a reflectance of 80% in the same wavelength range was formed on the front surface of the laminate. Since this optical element 10A transmits light having a wavelength of 803 nm, the excitation light L 1 As a result, a Ti: sapphire laser having a time width of 10 nanoseconds and a wavelength of 803 nm was incident. Excitation light L 1 The incident peak power density is about 1 MW / cm 2 It was.
[0046]
As an example of materials for upconversion lasers that oscillate at room temperature, Nd 0.2 Y 0.8 Ba 2 Cl 7 Is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-41577. This material is excited by a near-infrared semiconductor laser of 806 nm and oscillates at around 390 nm and 415 nm through three up-conversion processes. However, large light emission is observed near 600 nm. This is because some excited electrons are relaxed by light emission in the up-conversion process, and this relaxation process lowers the oscillation efficiency. Therefore, it is possible to increase the oscillation efficiency by suppressing this light emission.
[0047]
As a sample for comparison, the composition of FIG. 3 A laser element having a structure excluding the layer 12 was prepared. Both laser oscillation lights were monitored with a photodiode, and the oscillation intensity signals were compared.
[0048]
FIG. 5 is a graph showing the relationship of the oscillation power intensity with respect to the excitation power intensity in this example and the comparative example. That is, both the samples of this example and the comparative example oscillated laser, but it was found that the slope efficiency (oscillation power change / excitation light power change) was overwhelmingly higher in this example.
[0049]
(Second embodiment)
Next, a laser element in which an upconversion medium is confined in a photonic structure using a grating (diffraction grating) will be described as a second embodiment of the present invention.
[0050]
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a cross-sectional configuration of a main part of the up-conversion optical element of this example. That is, the optical element of this example has a grating pair type photonic structure having a structure in which the gratings face each other. JP-A-10-83005 can be cited as a document disclosing this photonic structure. Such a structure also has the same action as the one-dimensional photonic crystal.
[0051]
That is, a resist layer 23 was formed on the surface of the glass substrate 22, and a grating 24 having a pitch of about 160 nm was formed on the surface. Prepare two of these, each with BaTiO 3 The layer 25 is sputtered to a thickness of 100 nm, and Nd is used as an upconversion medium. 0.2 Y 0.8 Ba 2 Cl 7 The microcrystal-containing glass layer 26 was sputtered with a thickness of 100 nm. Next, as shown in FIG. 6, they were bonded face to face.
[0052]
As a comparative example, a sample in which the grating 24 was not formed on the surface of the resist layer 23 was produced. As a result of performing the same evaluation as that of the first example described above, it was found that although all of the optical elements oscillated with laser, the optical element of this example had an overwhelmingly higher oscillation slope efficiency than the comparative example. .
[0053]
(Third embodiment)
Next, an optical element using a dendrimer as an upconversion medium will be described as a third embodiment of the present invention. Aida et al., “Chemical” Vol. 53, No3, (1998) report the presence of dendrimer five-photon excitation. Therefore, in the configuration of the first embodiment shown in FIG. 0.2 Y 0.8 Ba 2 Cl 7 Instead, an upconversion optical element using dendrimer L5AZO and laser dye IR-5 was prepared. At this time, the thickness of each layer is as follows: dendrimer / dye layer, BaTiO 3 Both layers were 1.65 μm. 1600cm generated with an infrared monochromator -1 (6.25 μm) excitation light L 1 Was irradiated. As a result, the light L in the vicinity of the wavelength 1.3 μm from this optical element. 2 Was observed. This is considered to be the result of the emission of light by moving the energy of electrons excited by the dendrimer to five photons to the dye IR-5. Observation of an optical element to which up-conversion of five-photon excitation has contributed has not been obtained so far, and is considered to be obtained as a result of greatly suppressing the electron relaxation process according to the present invention.
[0054]
(Fourth embodiment)
Next, as a fourth embodiment of the present invention, an up-conversion optical element in which the photonic band gap can be adjusted by changing the photonic structure will be described.
[0055]
Yoshino et al. (JJA P, 38A, L786 (1999)) report that the photonic band of an organic opal photonic crystal is changed by applying pressure. In the same way, Nd 0.2 Y 0.8 Ba 2 Cl 7 A polymer opal was prepared. Its crystal structure is F.I. C. C. (Face-centered cubic) and spherical Nd 0.2 Y 0.8 Ba 2 Cl 7 (250 nm diameter) is contained in poly (2-methoxy-5-dodecyloxy-p-phenylenevinylene).
[0056]
In this photonic structure, an absorption region that hardly transmits light corresponding to the photonic band gap appears in the light transmission spectrum with a half width of about 20 nm. When a uniaxial pressure is applied to this structure so that the total length is 1 and the length is reduced to 0.38 minutes, the peak wavelength of the absorption region ranges from a wavelength of 570 nm to a wavelength of 700 nm. Changed.
[0057]
In addition, as in the first embodiment, the excitation light L of 803 nm 1 , 390nm and 415nm emission L 2 Was monitored. Then, it was confirmed that the amount of emitted light changed when a uniaxial pressure was applied to the optical element.
[0058]
On the other hand, organic materials generally have a large coefficient of thermal expansion. The thermal expansion coefficient of the organic opal of this example is also about 1 × 10. -4 / K. Therefore, when the Peltier element is brought into contact with the photonic structure and the temperature is increased from 20 ° C. to 120 ° C., the lattice constant can be increased by about 1%. When the temperature was raised at 120 ° C. with no uniaxial pressure applied, the peak wavelength of the absorption region shifted from 570 nm to 574 nm. Therefore, after adjusting the pressure to give the maximum light emission amount, the temperature was further raised, and the light emission amount changed slightly, but the light emission amount could be further increased by 1 to 2 percent.
[0059]
In the present embodiment, the photonic band can be changed by changing the photonic structure, and the photonic band gap can be matched or shifted with respect to the wavelength of light by the relaxation process. When this phenomenon is applied, a light modulation function or optical switching function for changing the emission intensity by changing the photonic structure is added, or as a stress sensor or a temperature sensor in which the emission intensity changes depending on stress or temperature. You can also get functionality.
[0060]
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, examples of the photonic structure that can be used in the present invention include various structures including those conventionally referred to as “photonic crystals”. Further, the “gap” of the conventional photonic structure made of such a conventional material may be filled with an upconversion medium, or a part of these photonic structures may be replaced with the upconversion medium. Alternatively, all of these photonic structures may be replaced by an upconversion medium.
[0061]
Further, the configuration of the optical element may be one having a built-in excitation light source or emitting light upon receiving excitation light from the outside. Furthermore, you may have a light modulation element, a light receiving element, etc. together.
[0062]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, the upconversion medium is confined in the photonic structure having a photonic band corresponding to light emission by the relaxation process, thereby causing the upconversion with extremely high efficiency. A high-performance up-conversion optical element can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram conceptually showing a main part configuration of an up-conversion optical element of the present invention.
FIG. 2 is a graph illustrating a transmission spectrum of light in a photonic structure.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing transitions that occur in the up-conversion optical element of the present invention.
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a cross-sectional configuration of a main part of the up-conversion optical element according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the relationship of the oscillation power intensity to the excitation power intensity in the first example and the comparative example.
FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a cross-sectional configuration of a main part of an up-conversion optical element according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining the principle of three methods for obtaining a short wavelength.
FIG. 8A shows a case where the ground state GS is excited to the final excited state ES via one excitation level RS, and FIG. 8B shows the second excitation level RS2 from the first excitation RS1. In this case, the final excited state ES is excited.
FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a relaxation process in up-conversion.
[Explanation of symbols]
PS photonic structure
UC upconversion medium
GS ground state
RS excitation level
ES excited state
RL relaxation process
L 1 Excitation light
L 2 Emitted light
12 BaTiO 3 layer
1 4 Nd 0.2 Y 0.8 Ba 2 Cl 7 Glass layer containing microcrystals
16, 18 coating
22 Glass substrate
23 resist layer
24 grating
25 BaTiO 3 layer
26 Upconversion media

Claims (4)

1光子で励起される実準位をエネルギー状態として有するアップコンバージョン媒質と、
前記アップコンバージョン媒質を含み、光の波長のオーダの周期的な屈折率の分布を有するフォトニック構造体とを備え、
前記フォトニック構造体は、前記アップコンバージョン媒質の前記実準位から基底状態への緩和過程により発生する光の波長に対応し、かつ前記屈折率の分布に対応したフォトニックバンドギャップを有することを特徴とするアップコンバージョン光素子。
An upconversion medium having, as an energy state, a real level excited by one photon;
A photonic structure comprising the upconversion medium and having a periodic refractive index distribution on the order of the wavelength of the light;
The photonic structure has a photonic band gap corresponding to a wavelength of light generated by a relaxation process from the real level to the ground state of the up-conversion medium and corresponding to the refractive index distribution. Characteristic up-conversion optical element.
前記アップコンバージョン媒質は、基底状態と励起状態との間に複数の励起準位を有し、前記緩和過程は、前記複数の励起準位のいずれかから前記基底状態への遷移に対応することを特徴とする請求項記載の光素子。The up-conversion medium has a plurality of excitation levels between a ground state and an excited state, and the relaxation process corresponds to a transition from any one of the plurality of excitation levels to the ground state. optical device according to claim 1, wherein. 前記アップコンバージョン媒質は、デンドリマーを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の光素子。The up-conversion medium, light element according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a dendrimer. 前記フォトニック構造体に応力を付加しあるいは温度を変化させることにより変形させる手段をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜のいずれか1つに記載の光素子。Optical device according to any one of claims 1-3, characterized in further comprising a means for deforming by changing the adding stress to the photonic structure or temperature.
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