JP5064989B2 - 波長変換モジュール - Google Patents

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本発明は、レーザ顕微鏡、バイオ医療用の分析装置、精密測定装置等に使用されるＳＨＧ（第２高調波）、ＴＨＧ（第３高調波）方式の光源に使用する波長変換モジュールに関する。
従来の波長変換モジュールは、例えば、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）などの非線形光学結晶に、周期的な分極反転構造が作製され、光導波路が形成されている波長変換素子を有し、この波長変換素子の光導波路の入射端および出射端にそれぞれ光ファイバを接続した構成となっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−３２１４８５号公報
ところで、従来の波長変換モジュールでは、波長変換素子の光導波路の入射端と、この光導波路に入射光を結合させる光ファイバとの間での結合損失が大きく、波長変換された高い強度の出射光を得るのが難しいという問題があった。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みて為されたもので、その目的は、波長変換された高い強度の出射光を得ることのできる波長変換モジュールを提供することにある。
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明にかかる波長変換モジュールは、光導波路を有し、入射光を波長の異なる変換光に変換する波長変換素子と、入射光を前記光導波路の入射端に結合させる入力光ファイバと、前記光導波路の出射端から出射される前記変換光が結合される出力光ファイバと、前記入力光ファイバを挿通し保持する貫通孔を有し、前記波長変換素子の端面に固定されるキャピラリ・チューブとを備え、前記入力光ファイバは、第１の光ファイバと、該第１の光ファイバに融着され、該第１の光ファイバよりも前記光導波路のモードフィールド径に近く、中心軸方向に一定のモードフィールド径を有する第２の光ファイバとを有し、前記第１の光ファイバの一部と前記第２の光ファイバとは、該第２のファイバが前記キャピラリ・チューブの前記波長変換素子の端面に固定される先端部付近で貫通孔に保持されるように、前記キャピラリ・チューブに挿通し保持され、前記第２の光ファイバからの出射光は前記波長変換素子の光導波路の入射端に光結合するものであり、前記キャピラリ・チューブと前記波長変換素子の互いに対向する端面は、前記第２の光ファイバの出射端と前記波長変換素子の前記光導波路の入射端が常に空気に晒されるように、離間して接着固定されていることを特徴とする。
この構成によれば、入力光ファイバおよび前記出力光ファイバの少なくとも一方と波長変換素子の光導波路との間での結合損失が減り、結合効率が向上する。
請求項２に記載の発明に係る波長変換モジュールは、前記入力光ファイバは、前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとを有し、前記第２の光ファイバからの出射光を前記波長変換素子の光導波路の入射端に光結合させることを特徴とする。
この構成によれば、入力光ファイバと波長変換素子の光導波路との間において、その光導波路のモードフィールド径に近いモードフィールド径を有する第２の光ファイバからの出射光が波長変換素子の光導波路の入射端に光結合される。このため、入力光ファイバの第２の光ファイバと波長変換素子の光導波路との間での結合損失が減り、結合効率が向上する。
請求項２に記載の発明に係る波長変換モジュールは、前記キャピラリ・チューブと前記波長変換素子の互いに対向する端面は、傾斜面に研磨されていることを特徴とする。
この構成によれば、キャピラリ・チューブと波長変換素子の互いに対向する端面での反射光が入力光ファイバへ戻るのを防止できる。
この構成によれば、キャピラリ・チューブに保持された第２の光ファイバの出射端と、波長変換素子の光導波路の入射端が常に空気に晒されているので、キャピラリ・チューブと波長変換素子間をハーメチックシールした場合のような不具合（パッケージ・インデュースド・フェイラー）が発生せず、長期間、信頼性の高い波長変換モジュールを低コストで実現することができる。
本発明によれば、波長変換された高い強度の出射光を得ることのできる波長変換モジュールを実現可能である。
次に、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は一実施形態に係る波長変換モジュールの概略構成を示し、図２は図１の一部を拡大して示している。
波長変換モジュールは、図１に示すように、半導体レーザ１０と、ＦＢＧ１１と、光導波路２１を有し、入射光を波長の異なる変換光に変換する波長変換素子２０と、入射光（レーザ光Ａ）を光導波路２１の入射端に結合させる入力光ファイバ３０と、光導波路２１の出射端から出射される変換光（波長変換光Ｂ）が結合される出力光ファイバ４０と、ペルチェ素子５０と、を備えている。
波長変換素子２０は、例えば、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）などの非線形光学結晶に、周期的な分極反転構造が作製され、光導波路２１が形成されている
半導体レーザ１０から出射される光の波長は、ＦＢＧ１１によって１つの縦モードで固定される。半導体レーザ１０と波長変換素子２０は、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating: 光ファイバブラッググーティング）１１を有する入力光ファイバ３０によって光結合されるようになっている。
本実施形態に係る波長変換モジュールの特徴は、以下の構成にある。
・入力光ファイバ３０は、図２に示すように、第１の光ファイバ３１と、第１の光ファイバ３１に融着され、この光ファイバ３１よりも波長変換素子２０の光導波路２１のモードフィールド径に近いモードフィールド径を有する第２の光ファイバ３２とを有する。
・第２の光ファイバ３２からの出射光（レーザ光Ａ）を波長変換素子２０の光導波路２１の入射端に光結合させるようになっている。
なお、波長変換素子２０は偏波依存性があるので、第１の光ファイバ３１として偏波保持光ファイバを用いるのが好ましい。また、第２の光ファイバ３２は、光ファイバ３１よりも波長変換素子２０の光導波路２１のモードフィールド径に近いモードフィールド径を有する光ファイバであれば、偏波保持光ファイバまたは単一モード光ファイバのいずれであっても良い。
第１の光ファイバ３１の一部と、この光ファイバ３１に融着された第２の光ファイバ３２は、例えば、長さ４〜８ｍｍの範囲にわたって、キャピラリ・チューブ６０の貫通孔６０ａに挿通させてこのキャピラリ・チューブ６０に保持されている。
また、図２に示すように、キャピラリ・チューブ６０と波長変換素子２０の互いに対向する端面、つまり、キャピラリ・チューブ６０の端面６０ｂと波長変換素子２０の端面２０ａは、それぞれ傾斜面に研磨されている。
そして、キャピラリ・チューブ６０の端面６０ｂと波長変換素子２０の端面２０ａは、第２の光ファイバ３２の出射端と波長変換素子２０の光導波路２１の入射端が常に空気に晒されるように、一定の間隔を置いて固定されている。例えば、キャピラリ・チューブ６０の端面６０ｂと波長変換素子２０の端面２０ａは、接着剤７０により接合されている。
このような構成を有する波長変換モジュールは、波長変換素子２０から出射されるＳＨＧ（第２高調波）等の波長変換光の出力を安定化させるために、ペルチェ素子５０によって温度調節されるように構成されている。
以上のように構成された一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
○波長変換素子２０の光導波路２１のモードフィールド径に近いモードフィールド径を有する第２の光ファイバ３２からの出射光（レーザ光Ａ）が波長変換素子２０の光導波路２１の入射端に光結合されるので、第２の光ファイバ３２と波長変換素子２０の光導波路２１間での結合損失が減り、結合効率が向上する。従って、波長変換された高い強度の出射光を得ることのできる波長変換モジュールを実現可能である。
○キャピラリ・チューブ６０の端面６０ｂと波長変換素子２０の端面２０ａは、傾斜面に研磨されているので、キャピラリ・チューブ６０と波長変換素子２０の互いに対向する端面６０ｂ，２０ａでの反射光が第２の光ファイバ３２と第１の光ファイバ３１へ戻るのを防止できる。
○キャピラリ・チューブ６０に保持された第２の光ファイバ３２の出射端と、波長変換素子２０の光導波路２１の入射端が常に空気に晒されているので、キャピラリ・チューブ６０と波長変換素子２０間をハーメチックシールした場合のような不具合（パッケージ・インデュースド・フェイラー）が発生せず、長期間、信頼性の高い波長変換モジュールを低コストで実現することができる。
なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
上記一実施形態では、入力光ファイバ３０が、第１の光ファイバ３１と第２の光ファイバ３２とを有する波長変換モジュールについて説明したが、本発明はこれに限定されない。つまり、入力光ファイバ３０および出力光ファイバ４０の少なくとも一方が、第１の光ファイバと、該第１の光ファイバに融着され、該第１の光ファイバよりも光導波路２１のモードフィールド径に近いモードフィールド径を有する第２の光ファイバとを有する波長変換モジュールにも本発明は適用可能である。
この波長変換モジュールによれば、入力光ファイバ３０および出力光ファイバ４０の少なくとも一方と波長変換素子２０の光導波路２１との間での結合損失が減り、結合効率が向上する。従って、波長変換された高い強度の出射光を得ることのできる波長変換モジュールを実現可能である。
本発明の一実施形態に係る波長変換モジュールを示す概略構成図。 図１の一部拡大図。
符号の説明
１０：半導体レーザ
１１：ＦＢＧ
２０：波長変換素子
２０ａ：端面
２１：光導波路
３０：入力光ファイバ
３１：第１の光ファイバ
３２：第２の光ファイバ
４０：出力光ファイバ
６０：キャピラリ・チューブ

Claims (2)

  1. 光導波路を有し、入射光を波長の異なる変換光に変換する波長変換素子と、
    入射光を前記光導波路の入射端に結合させる入力光ファイバと、
    前記光導波路の出射端から出射される前記変換光が結合される出力光ファイバと、
    前記入力光ファイバを挿通し保持する貫通孔を有し、前記波長変換素子の端面に固定されるキャピラリ・チューブとを備え、
    前記入力光ファイバは、第１の光ファイバと、該第１の光ファイバに融着され、該第１の光ファイバよりも前記光導波路のモードフィールド径に近く、中心軸方向に一定のモードフィールド径を有する第２の光ファイバとを有し、
    前記第１の光ファイバの一部と前記第２の光ファイバとは、該第２のファイバが前記キャピラリ・チューブの前記波長変換素子の端面に固定される先端部付近で貫通孔に保持されるように、前記キャピラリ・チューブに挿通し保持され、
    前記第２の光ファイバからの出射光は前記波長変換素子の光導波路の入射端に光結合するものであり、
    前記キャピラリ・チューブと前記波長変換素子の互いに対向する端面は、前記第２の光ファイバの出射端と前記波長変換素子の前記光導波路の入射端が常に空気に晒されるように、離間して接着固定されていることを特徴とする波長変換モジュール。
  2. 前記キャピラリ・チューブと前記波長変換素子の互いに対向する端面は、傾斜面に研磨されていることを特徴とする請求項１に記載の波長変換モジュール。
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