JP7457953B2 - 発光装置及び発光システム - Google Patents

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Description

本開示は、一般に、発光装置及び発光システムに関し、より詳細には、励起光を利用する発光装置及び発光システムに関するものである。
従来、発光装置として、固体光源と、光伝送ファイバと、を備える光源装置が提案されている（特許文献１）。光伝送ファイバは、第１端面及び第２端面を有し、固体光源から出射された励起光が第１端面から導入される。光伝送ファイバは、波長変換コアと、導光コアと、クラッドと、を有する。波長変換コアは、励起光を吸収して電子の反転分布状態を生成すると共に可視光領域の波長変換光を放出する波長変換材料を含む。導光コアは、波長変換コアの周囲を被覆し、波長変換光を第１端面側から第２端面側に伝送する。クラッドは、導光コアの周囲を被覆する。
光伝送ファイバは、導光コアを伝搬する波長変換光により誘導放出が生じ、固体光源から出射された励起光及び誘導放出により増幅された波長変換光が第２端面から出射するように構成されている。
励起光を利用する発光装置では、高出力化が望まれることがある。
特開２０１８－１９５６２７号公報
本開示の目的は、高出力化が可能な発光装置及び発光システムを提供することにある。
本開示に係る一態様の発光装置は、光増幅器を備え、前記光増幅器に互いに波長の異なる複数のシード光が入射されることで、前記光増幅器から出力光を出力する。前記光増幅器は、波長変換要素を含む媒質部を有する。前記光増幅器は、励起光によって前記波長変換要素を励起され、前記複数のシード光それぞれと同じ波長を有する複数の部分コヒーレント光を発生させることにより、多波長光を前記出力光として出力する。前記励起光は、前記複数のシード光それぞれよりも短波長であって前記媒質部に入射する。前記多波長光は、増幅された複数の光を含む。前記増幅された複数の光は、前記複数のシード光それぞれと同じ波長を有する。前記励起光は、前記光増幅器内の前記複数のシード光の伝搬方向に交差する方向から、前記媒質部に入射され、前記光増幅器は、前記媒質部に入射された前記励起光の一部を前記媒質部内での前記複数のシード光の伝搬方向に沿った方向に分散させる光学素子を更に有する。
本開示に係る一態様の発光装置は、光増幅器を備え、前記光増幅器に互いに波長の異なる複数のシード光が入射されることで、前記光増幅器から出力光を出力する。前記光増幅器は、波長変換要素を含む媒質部を有する。前記光増幅器は、励起光によって前記波長変換要素を励起され、前記複数のシード光それぞれと同じ波長を有する複数の部分コヒーレント光を発生させることにより、多波長光を前記出力光として出力する。前記励起光は、前記複数のシード光それぞれよりも短波長であって前記媒質部に入射する。前記多波長光は、増幅された複数の光を含む。前記増幅された複数の光は、前記複数のシード光それぞれと同じ波長を有する。前記媒質部は、板状である。前記媒質部は、前記媒質部の厚さ方向において互いに対向する第１面及び第２面を有する。前記媒質部は、前記第１面に前記励起光が入射される。前記発光装置は、前記媒質部の前記第２面に配置された放熱部を更に備える。
本開示に係る一態様の発光装置は、光増幅器を備え、前記光増幅器に互いに波長の異なる複数のシード光が入射されることで、前記光増幅器から出力光を出力する。前記光増幅器は、波長変換要素を含む媒質部を有する。前記光増幅器は、励起光によって前記波長変換要素を励起され、前記複数のシード光それぞれと同じ波長を有する複数の部分コヒーレント光を発生させることにより、多波長光を前記出力光として出力する。前記励起光は、前記複数のシード光それぞれよりも短波長であって前記媒質部に入射する。前記多波長光は、増幅された複数の光を含む。前記増幅された複数の光は、前記複数のシード光それぞれと同じ波長を有する。前記媒質部は、板状である。前記媒質部での前記励起光の吸収長が、前記媒質部の厚みよりも長い。
本開示に係る一態様の発光システムは、前記発光装置と、前記励起光を出力する第１光源ユニットと、前記複数のシード光を出力する第２光源ユニットと、を備える。
図１は、実施形態１に係る発光装置を備える発光システムの構成図である。 図２は、同上の発光装置を備える発光システムにおいて発光装置を分解した状態の構成図である。 図３Ａは、同上の発光装置を備える発光システムの要部平面図である。図３Ｂは、同上の発光装置を備える発光システムの要部断面図である。 図４は、同上の発光装置を備える発光システムの動作説明図である。 図５は、同上の発光装置の動作原理の説明図である。 図６は、同上の発光装置の発光スペクトル図である。 図７は、実施形態１の発光装置を備える発光システムの他の例を示す構成図である。 図８は、実施形態１の発光装置を備える発光システムの更に他の例を示す構成図である。 図９は、実施形態１の変形例１に係る発光装置を備える発光システムの構成図である。 図１０は、実施形態１の変形例２に係る発光装置の断面図である。 図１１Ａは、実施形態１の変形例３に係る発光装置を備える発光システムの要部平面図である。図１１Ｂは、同上の発光装置を備える発光システムの要部断面図である。 図１２Ａは、実施形態１の変形例４に係る発光装置を備える発光システムの要部平面図である。図１２Ｂは、同上の発光装置を備える発光システムの要部断面図である。 図１３は、実施形態２に係る発光装置を備える発光システムの要部断面図である。 図１４は、実施形態３に係る発光装置を備える発光システムの構成図である。 図１５は、同上の発光装置を備える発光システムにおいて発光装置を分解した状態の構成図である。 図１６は、実施形態４に係る発光装置における光増幅器の斜視図である。 図１７は、同上の発光装置における光増幅器の材料として用いるフッ化物の屈折率－波長特性図である。 図１８は、実施形態５に係る発光装置を備える発光システムの構成図である。 図１９は、実施形態６に係る発光システムの構成図である。
下記の実施形態１～６等において説明する各図は、模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。
（実施形態１）
以下では、実施形態１に係る発光装置１及び発光システム１００について図１～６に基づいて説明する。
（１）概要
実施形態１に係る発光装置１は、光増幅器２を備え、光増幅器２に互いに波長の異なる複数のシード光Ｐ２が入射されることで、光増幅器２から出力光Ｐ５を出力する。
発光システム１００は、発光装置１と、励起光Ｐ１（図４及び５参照）を出力する第１光源ユニット１１と、複数のシード光Ｐ２を出力する第２光源ユニット１２と、を備える。発光システム１００は、第１光源ユニット１１を２つ備えている。
発光装置１及び発光システム１００は、例えば、照明器具、照明装置、照明システム、プロジェクタ、印刷機器、内視鏡光源等に適用することができる。発光装置１は、住宅用の機器、システム等に適用する場合に限らず、例えば、施設用の機器、システム等に適用してもよいし、移動体の機器、システム等に適用してもよい。移動体は、例えば、自動車、自転車、電車、飛行機、船舶、ドローン等である。
（２）発光装置の構成
実施形態１に係る発光装置１は、図１～４に示すように、光増幅器２を備える。また、実施形態１に係る発光装置１は、光増幅器２から出力された出力光Ｐ５を集光するレンズ１７と、レンズ１７により集光された光が入射される透過型回折格子１８と、を更に備える。
光増幅器２は、波長変換要素（例えば、希土類元素）を含む媒質部２０を有する。光増幅器２は、励起光Ｐ１（図４及び５参照）によって波長変換要素を励起され、複数のシード光Ｐ２それぞれと同じ波長を有する複数の部分コヒーレント光Ｐ３（図５参照）を発生させるとともに、シード光Ｐ２を増幅することにより、多波長光を出力光Ｐ５として出力する。励起光Ｐ１は、複数のシード光Ｐ２それぞれよりも短波長であって媒質部２０に入射する。多波長光は、増幅された複数の光Ｐ４を含む。増幅された複数の光Ｐ４は、複数のシード光Ｐ２それぞれと同じ波長を有する。発光装置１は、光増幅器２から出力された出力光Ｐ５に含まれている複数の光Ｐ４をレンズ１７と透過型回折格子１８とによって合成した出力光Ｐ６を出力する。
媒質部２０は、板状である。ここにおいて、媒質部２０は、例えば、矩形板状である。媒質部２０は、厚さ方向Ｄ１（図２及び３Ｂ参照）から見て、例えば、長方形状であるが、これに限らず、正方形状であってもよい。媒質部２０は、媒質部２０の厚さ方向Ｄ１（図３Ｂ参照）において互いに対向する第１面２１及び第２面２２を有する。ここにおいて、「対向する」とは物理的ではなく幾何学的に対向することを意味する。したがって、媒質部２０は、第１面２１と、第１面２１とは反対側の第２面２２と、を有する。媒質部２０は、第１面２１及び第２面２２の各々に励起光Ｐ１が入射される。以下では、説明の便宜上、媒質部２０の厚さ方向Ｄ１を第１方向Ｄ１と規定し、媒質部２０において複数のシードＰ２の入射方向に沿った方向であり第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２（図３Ａ参照）と、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とに直交する第３方向Ｄ３（図３Ａ参照）と、を規定して説明する。
また、媒質部２０は、第２方向Ｄ２において互いに対向する光入射面２３及び光出射面２４を有する。ここにおいて、「対向する」とは物理的ではなく幾何学的に対向することを意味する。したがって、媒質部２０は、光入射面２３と、光入射面２３とは反対側の光出射面２４と、を有する。媒質部２０では、光入射面２３に複数のシード光Ｐ２が入射され、光出射面２４から出力光Ｐ５が出力される。光入射面２３において複数のシード光Ｐ２の各々が入射される領域は、第３方向Ｄ３において互いに離れている。
媒質部２０は、透光性材料と、上述の波長変換要素と、を含む。媒質部２０は、透光性材料と波長変換要素とを含む透明セラミックスであるが、これに限らず、例えば、透光性材料と波長変換要素とを含むガラス、又は、透光性材料と波長変換要素とを含む結晶であってもよい。媒質部２０における波長変換要素の濃度は、媒質部２０の第２方向Ｄ２に沿った長さ方向の全長に亘って略均一であってもよいし、均一でなくてもよい。
透光性材料は、例えば、フッ化物である。フッ化物は、例えば、フッ化カルシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化バリウム等である。
波長変換要素は、希土類元素である。波長変換要素は、例えば、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｎｄ及びＭｎの群から選択される１以上の元素を含む。波長変換要素は、希土類元素のイオンとして媒質部２０に含有されており、例えば、Ｐｒのイオン（Ｐｒ３＋）と、Ｔｂのイオン（Ｔｂ３＋）と、を含む。
波長変換要素は、励起光Ｐ１によって励起されるが、励起光Ｐ１によって励起されるだけに限らず、自身とは別の波長変換要素から発せられた自然放出光を内部シード光として増幅された光、即ち自然放射増幅光（ＡＳＥ）によって励起されてもよい。励起された波長変換要素は、その波長変換要素を構成する元素特有のＡＳＥを放出し、併せてシード光Ｐ２の波長と同じ波長の部分コヒーレント光Ｐ３（誘導放出光）を発生する。励起光Ｐ１は、例えば、青色光を含む。ここにおいて、青色光の波長は、例えば、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満であり、４３０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下であるのが好ましい。青色光の波長は、例えば、４４０ｎｍ±５ｎｍである。ＡＳＥ及びシード光Ｐ２の波長は、励起光Ｐ１の波長よりも長波長である。Ｐｒ３＋は、シアン～赤色の範囲でＡＳＥあるいはシード光の増幅光を放出できる材料である。誘導放出光の強度は、励起光Ｐ１、内部シード光（自然放出光）及びシード光Ｐ２の強さに依存する。媒質部２０がＰｒ３＋とＴｂ３＋とを含有している場合、Ｔｂ３＋は、Ｐｒ３＋からのＡＳＥを吸収して励起され、Ｔｂ３＋特有の波長のＡＳＥを発生することもできる。
Ｐｒ３＋は、４８０ｎｍ、５２０ｎｍ、６０５ｎｍ及び６４０ｎｍそれぞれの波長の誘導放出光を発生可能な材料である。また、Ｔｂ３＋は、Ｐｒ３＋からの波長４８０ｎｍの光によって励起されて５５０ｎｍの波長の誘導放出光を発生可能な材料である。
実施形態１に係る発光装置１では、光増幅器２は、光学素子２５（図３Ｂ及び４参照）を更に有する。光学素子２５は、媒質部２０に入射された励起光Ｐ１の一部を媒質部２０内での複数のシード光Ｐ２の伝搬方向に沿った方向に分散させる。光学素子２５は、例えば、回折格子である。光増幅器２は、光学素子２５を複数（例えば、３２個）有している。複数の光学素子２５は、媒質部２０の第１面２１及び第２面２２に配置されている。以下では、説明の便宜上、媒質部２０の第２面２２に配置されている複数（例えば、１６個）の光学素子２５を光学素子２５Ａと称し、媒質部２０の第１面２１に配置されている複数（例えば、１６個）の光学素子２５を光学素子２５Ｂと称することもある。光増幅器２では、光学素子２５Ａの数と、光学素子２５Ｂの数とが、同じであるが、これに限らない。複数の光学素子２５Ａ及び複数の光学素子２５Ｂは、第２方向Ｄ２（図３Ａ参照）を行方向、第３方向Ｄ３（図３Ａ参照）を列方向としたｍ（ｍは、４）×ｎ（ｎは、４）のマトリクス状に並んでいる。複数の光学素子２５Ａは、第２方向Ｄ２及び第３方向Ｄ３それぞれにおいて互いに離れている。また、複数の光学素子２５Ｂは、第２方向Ｄ２及び第３方向Ｄ３それぞれにおいて互いに離れている。複数の光学素子２５Ａと、複数の光学素子２５Ｂとは、第１方向Ｄ１において重なっていない。第１方向Ｄ１から見て、第２方向Ｄ２において一直線上に並んでいるｍ個の光学素子２５Ａとｍ個の光学素子２５Ｂとは、１個ずつ交互に並んでいる。
（３）発光装置の動作
発光装置１では、励起光Ｐ１は、媒質部２０の第１面２１及び第２面２２に入射される。つまり、発光装置１では、励起光Ｐ１は、光増幅器２内の複数のシード光Ｐ２の伝搬方向に交差する方向から、媒質部２０に入射される。ここにおいて、励起光Ｐ１は、第１光源ユニット１１から出力されて媒質部２０に入射される。発光装置１では、複数のシード光Ｐ２は、媒質部２０の光入射面２３に入射される。ここにおいて、複数のシード光Ｐ２は、第２光源ユニット１２から出力され媒質部２０に入射される。
複数のシード光Ｐ２の波長は、例えば、いずれも４３０ｎｍ以上７２０ｎｍ以下の範囲内にある。発光装置１を照明用途に用いる観点では、複数のシード光Ｐ２の波長は、いずれも４３０ｎｍ以上６４０ｎｍ以下の範囲内にあるのが好ましい。例えば、発光装置１を照明用途に用いる場合、演色性の高い白色光を出力する観点から、複数のシード光Ｐ２は、少なくとも、互いに波長の異なる４つのシード光Ｐ２を含むことが好ましい。以下では、説明の便宜上、４つのシード光Ｐ２（図５参照）のうち最も波長の短いシード光Ｐ２を第１シード光Ｐ２１と称し、２番目に波長の短いシード光Ｐ２を第２シード光Ｐ２２と称し、３番目に波長の短いシード光Ｐ２を第３シード光Ｐ２３と称し、４番目に波長の短いシード光Ｐ２を第４シード光Ｐ２４と称することもある。また、以下では、説明の便宜上、４つの部分コヒーレント光Ｐ３（図５参照）のうち最も波長の短い部分コヒーレント光Ｐ３を第１部分コヒーレント光Ｐ３１と称し、２番目に波長の短い部分コヒーレント光Ｐ３を第３部分コヒーレント光Ｐ３２と称し、３番目に波長の短い部分コヒーレント光Ｐ３を第３部分コヒーレント光Ｐ３３と称し、４番目に波長の短い部分コヒーレント光Ｐ３を第４部分コヒーレント光Ｐ３４と称することもある。
第１シード光Ｐ２１、第２シード光Ｐ２２、第３シード光Ｐ２３及び第４シード光Ｐ２４の波長は、それぞれ、例えば、４８２ｎｍ、５２３ｎｍ、６０５ｎｍ及び６３７ｎｍである。この場合、第１部分コヒーレント光Ｐ３１、第２部分コヒーレント光Ｐ３２、第３部分コヒーレント光Ｐ３３及び第４部分コヒーレント光Ｐ３４の波長は、それぞれ、４８２ｎｍ、５２３ｎｍ、６０５ｎｍ及び６３７ｎｍである。なお、第１シード光Ｐ２１の波長が励起光Ｐ１の波長（例えば、４３０ｎｍ）の場合は、４３０ｎｍのシード光Ｐ２の一部を出力光Ｐ５の一部として利用する観点では、媒質部２０の長さが短いほうが好ましい。
図５は、波長変換要素としてＰｒ３＋を含む発光装置１の動作原理の模式的な説明図である。発光装置１では、媒質部２０に、波長変換要素を励起するための励起光Ｐ１と、励起光Ｐ１によって励起された波長変換要素から部分コヒーレント光Ｐ３を発生させるための複数のシード光Ｐ２と、が入射される。図５の縦軸は、エネルギ（ここでは、電子エネルギ）である。また、図５の上向きの矢印は、励起光Ｐ１の吸収を示している。また、図５の下向きの矢印は、自然放出増幅光及び誘導放出光（部分コヒーレント光Ｐ３）に関する遷移を示している。図５中の電子ｅ－は、波長変換要素の有している電子である。
光増幅器２では、媒質部２０に入射した励起光Ｐ１によって、波長変換要素の基底準位Ｅ０にあった電子ｅ－が励起準位Ｅ２に励起される。ここにおいて、基底準位Ｅ０は、互いにエネルギレベルの異なる第１エネルギ準位Ｅ０１、第２エネルギ準位Ｅ０２、第３エネルギ準位Ｅ０３及び第４エネルギ準位Ｅ０４を含む。ここにおいて、第１エネルギ準位Ｅ０１＜第２エネルギ準位Ｅ０２＜第３エネルギ準位Ｅ０３＜第４エネルギ準位Ｅ０４である。
励起準位Ｅ２に励起された電子ｅ－は、励起準位Ｅ２よりもエネルギの低い準安定準位Ｅ１に遷移する。
媒質部２０では、例えば、第４シード光Ｐ２４によって準安定準位Ｅ１の電子ｅ－が第４エネルギ準位Ｅ０４に遷移するときに、第４シード光Ｐ２４と同じ波長（例えば、６３７ｎｍ）の誘導放出光（第４部分コヒーレント光Ｐ３４）が発生する。第４シード光Ｐ２４は、準安定準位Ｅ１と基底準位Ｅ０の第４エネルギ準位Ｅ０４とのエネルギ差に相当する波長のシード光Ｐ２である。
また、媒質部２０では、例えば、第３シード光Ｐ２３によって準安定準位Ｅ１の電子ｅ－が第３エネルギ準位Ｅ０３に遷移するときに、第３シード光Ｐ２３と同じ波長（例えば、６０５ｎｍ）の誘導放出光（第３部分コヒーレント光Ｐ３３）が発生する。第３シード光Ｐ２３は、準安定準位Ｅ１と基底準位Ｅ０の第３エネルギ準位Ｅ０３とのエネルギ差に相当する波長のシード光Ｐ２である。
また、媒質部２０では、例えば、第２シード光Ｐ２２によって準安定準位Ｅ１の電子ｅ－が第２エネルギ準位Ｅ０２に遷移するときに、第２シード光Ｐ２２と同じ波長（例えば、５２３ｎｍ）の誘導放出光（第２部分コヒーレント光Ｐ３２）が発生する。第２シード光Ｐ２２は、準安定準位Ｅ１と基底準位Ｅ０の第２エネルギ準位Ｅ０２とのエネルギ差に相当する波長のシード光Ｐ２である。
また、媒質部２０では、例えば、第１シード光Ｐ２１によって準安定準位Ｅ１の電子ｅ－が第１エネルギ準位Ｅ０１に遷移するときに、第１シード光Ｐ２１と同じ波長（例えば、４８２ｎｍ）の誘導放出光（第１部分コヒーレント光Ｐ３１）が発生する。第１シード光Ｐ２１は、準安定準位Ｅ１と基底準位Ｅ０の第１エネルギ準位Ｅ０１とのエネルギ差に相当する波長のシード光Ｐ２である。
発光装置１は、光増幅器２から出力された出力光Ｐ５に含まれている複数の光Ｐ４をレンズ１７と透過型回折格子１８とによって合成した出力光Ｐ６を出力する。出力光Ｐ６は、例えば、白色光である。図１では、複数の光Ｐ４のうち第１シード光Ｐ２１と同じ波長の光Ｐ４を光Ｐ４１とし、第２シード光Ｐ２２と同じ波長の光Ｐ４を光Ｐ４２とし、第３シード光Ｐ２３と同じ波長の光Ｐ４を光Ｐ４３とし、第４シード光Ｐ２４と同じ波長の光Ｐ４を光Ｐ４４として図示してある。
（４）発光システムの構成
発光システム１００は、上述のように、発光装置１と、第１光源ユニット１１と、第２光源ユニット１２と、を備える。また、発光システム１００は、第１光源ユニット１１及び第２光源ユニット１２を制御する制御システムを更に備える。
（４．１）第１光源ユニット
第１光源ユニット１１は、光増幅器２の媒質部２０に含まれる波長変換要素を励起するための励起光Ｐ１（図４参照）を出力する。第１光源ユニット１１は、例えば、実装基板１１０と、複数の固体発光素子１１３と、を有する。実装基板１１０は、第１主面１１１と、第１主面１１１とは反対側の第２主面１１２と、を有する。複数の固体発光素子１１３は、実装基板１１０の第１主面１１１に実装されている。
実装基板１１０は、例えば、プリント配線板であるが、これに限らず、例えば、セラミック基板、立体配線基板等でもよい。
複数の固体発光素子１１３の各々は、例えば、レーザ光源である。レーザ光源は、例えば、青色のレーザ光を出射する半導体レーザである。第１光源ユニット１１は、複数の固体発光素子１１３の各々から出射されるレーザ光を励起光Ｐ１として出力する。この場合、励起光Ｐ１は、例えば、４４０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下である。レーザ光源は、青色のレーザ光を出射する半導体レーザに限らず、例えば、紫色のレーザ光を出射する半導体レーザであってもよい。また、複数の固体発光素子１１３の各々は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）であってもよい。
励起光Ｐ１を光増幅器２へ入射するための光結合方式は、例えば、空間結合であるが、これに限らない。
以下では、説明の便宜上、２つの第１光源ユニット１１のうち媒質部２０の第１面２１に向かって配置された第１光源ユニット１１を第１光源ユニット１１Ａと称し、媒質部２０の第２面２２に向かって配置された第１光源ユニット１１を第１光源ユニット１１Ｂと称することもある。
発光システム１００では、第１光源ユニット１１Ａから出力された励起光Ｐ１は、媒質部２０の第１面２１へ入射される。ここにおいて、媒質部２０の第１面２１では、第１方向Ｄ１において第１光源ユニット１１Ａの複数の固体発光素子１１３の各々に重なる領域に励起光Ｐ１が入射される。媒質部２０の第２面２２では、第１方向Ｄ１において第１光源ユニット１１Ａの複数の固体発光素子１１３の各々に重なる領域に、上述の光学素子２５Ａが配置されている。
発光システム１００では、第１光源ユニット１１Ｂから出力された励起光Ｐ１は、媒質部２０の第２面２２へ入射される。ここにおいて、媒質部２０の第２面２２では、第１方向Ｄ１において第１光源ユニット１１Ｂの複数の固体発光素子１１３の各々に重なる領域に励起光Ｐ１が入射される。媒質部２０の第１面２１では、第１方向Ｄ１において第１光源ユニット１１Ｂの複数の固体発光素子１１３の各々に重なる領域に、上述の光学素子２５Ｂが配置されている。
（４．２）第２光源ユニット
実施形態１に係る発光システム１００では、第２光源ユニット１２は、図１及び２に示すように、多波長光源１２０と、コリメートレンズ１３と、透過型回折格子１４と、レンズ１５と、を有する。
多波長光源１２０は、複数のシード光Ｐ２を含む多波長光Ｐ２０を出力する。多波長光Ｐ２０は、インコヒーレント光であり、かつ、指向性を有する。
コリメートレンズ１３は、多波長光源１２０から出力された多波長光Ｐ２０をコリメートする。
透過型回折格子１４は、コリメートレンズ１３によってコリメートされた多波長光Ｐ２０を複数（例えば、４つ）のシード光Ｐ２に分光させる。透過型回折格子１４の材料は、例えば、石英であるが、これに限らない。
レンズ１５は、透過型回折格子１４によって分光された複数（４つ）のシード光Ｐ２を光増幅器２における媒質部２０の光入射面２３の互いに異なる複数（４つ）の領域に入射させる。
（４．３）制御システム
制御システムは、２つの第１光源ユニット１１を駆動する第１駆動回路と、第２光源ユニット１２を駆動する第２駆動回路と、第１駆動回路及び第２駆動回路を制御する制御部と、を有する。
制御部は、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示における制御部としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されていてもよく、電気通信回線を通じて提供されてもよく、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）又は大規模集積回路（ＬＳＩ）を含む１ないし複数の電子回路で構成される。ここでいうＩＣ又はＬＳＩ等の集積回路は、集積の度合いによって呼び方が異なっており、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（Very Large Scale Integration）、又はＵＬＳＩ（Ultra Large Scale Integration）と呼ばれる集積回路を含む。さらに、ＬＳＩの製造後にプログラムされる、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又はＬＳＩ内部の接合関係の再構成若しくはＬＳＩ内部の回路区画の再構成が可能な論理デバイスについても、プロセッサとして採用することができる。複数の電子回路は、１つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。ここでいうコンピュータシステムは、１以上のプロセッサ及び１以上のメモリを有するマイクロコントローラを含む。したがって、マイクロコントローラについても、半導体集積回路又は大規模集積回路を含む１ないし複数の電子回路で構成される。
（５）発光システムの動作
発光システム１００では、発光装置１の光増幅器２の媒質部２０に対して、第１光源ユニット１１から励起光Ｐ１を入射させ、第２光源ユニット１２から複数のシード光Ｐ２を入射させる。これにより、発光システム１００では、発光装置１の光増幅器２から、多波長光を出力光Ｐ５として出力させる。また、発光システム１００は、光増幅器２から出力された出力光Ｐ５に含まれている複数の光Ｐ４をレンズ１７と透過型回折格子１８とによって合成した出力光Ｐ６を出力する。
出力光Ｐ６のスペクトルは、例えば、図６に示すように、波長４４０ｎｍ、４８２ｎｍ、５２３ｎｍ、５５０ｎｍ、６０５ｎｍ及び６３７ｎｍそれぞれに輝線を有する。図６に示すような離散的なスペクトルを有する出力光Ｐ６の演色評価数Ｒａは、８０程度である。
（６）まとめ
実施形態１に係る発光装置１は、光増幅器２を備え、光増幅器２に互いに波長の異なる複数のシード光Ｐ２が入射されることで、光増幅器２から出力光Ｐ５を出力する。光増幅器２は、波長変換要素を含む媒質部２０を有する。光増幅器２は、励起光Ｐ１によって波長変換要素を励起され、複数のシード光Ｐ２それぞれと同じ波長を有する複数の部分コヒーレント光Ｐ３を発生させることにより、多波長光を出力光Ｐ５として出力する。励起光Ｐ１は、複数のシード光Ｐ２それぞれよりも短波長であって媒質部２０に入射する。多波長光は、増幅された複数の光Ｐ４を含む。増幅された複数の光Ｐ４は、複数のシード光Ｐ２それぞれと同じ波長を有する。
実施形態１に係る発光装置１は、高出力化を図ることが可能となる。
また、実施形態に係る発光装置１では、励起光Ｐ１は、光増幅器２内の複数のシード光Ｐ２の伝搬方向に交差する方向から、媒質部２０に入射される。これにより、実施形態１に係る発光装置１は、増幅された複数の光Ｐ４それぞれの強度を、より大きくすることが可能となる。
また、実施形態１に係る発光装置１では、光増幅器２が、媒質部２０に入射された励起光Ｐ１の一部を媒質部２０内での複数のシード光Ｐ２の伝搬方向に沿った方向に分散させる光学素子２５を有するので、励起光Ｐ１を出力光Ｐ５に利用することが可能となる。
実施形態１に係る発光システム１００は、発光装置１と、第１光源ユニット１１と、第２光源ユニット１２と、を備えるので、高出力化を図ることが可能となる。
発光システム１００は、図７に示すように、空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）１６を更に備えていてもよい。
空間光変調器１６は、第２光源ユニット１２に含まれており、透過型回折格子１４とレンズ１５との間に配置されている。これにより、空間光変調器１６には、透過型回折格子１４によって分光された複数のシード光Ｐ２が入射する。空間光変調器１６は、例えば、液晶パネルである。液晶パネルは、例えば、制御部によって制御されて複数のシード光Ｐ２それぞれに対する透過率を調整できる。これにより、空間光変調器１６は、複数のシード光Ｐ２それぞれの強度を調整することができる。
発光システム１００は、空間光変調器１６を備えることにより、光増幅器２から出力する出力光Ｐ４の色度を調整することが可能となる。
また、発光システム１００では、図８に示すように、第１光源ユニット１１Ａが、媒質部２０の第１面２１の法線に対して傾いた方向から励起光Ｐ１を媒質部２０の第１面２１に入射させるように構成されていてもよい。この場合、発光装置１では、媒質部２０での励起光Ｐ１の吸収長が、媒質部２０の厚みよりも長くなる。これにより、発光システム１００は、媒質部２０の第１面２１から媒質部２０内に入った励起光Ｐ１が媒質部２０において波長変換要素を励起しやすくなる。
また、発光システム１００では、図８に示すように、第１光源ユニット１１Ｂが、媒質部２０の第２面２２の法線に対して傾いた方向から励起光Ｐ１を媒質部２０の第２面２２に入射させるように構成されていてもよい。この場合、発光装置１では、媒質部２０での励起光Ｐ１の吸収長が、媒質部２０の厚みよりも長くなる。これにより、発光システム１００は、媒質部２０の第２面２２から媒質部２０内に入った励起光Ｐ１が媒質部２０において波長変換要素を励起しやすくなる。
（７）実施形態１の変形例
（７．１）変形例１
実施形態１の変形例１に係る発光装置１は、図９に示すように、光拡散部３０を更に備える点で、実施形態１に係る発光装置１と相違する。変形例１に係る発光装置１に関し、実施形態１に係る発光装置１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
光拡散部３０は、例えば、ガラス製の光拡散板である。光拡散部３０は、光増幅器２から出力された出力光Ｐ５を拡散させる。ここにおいて、発光装置１は、光増幅器２から出力された出力光Ｐ５に含まれている複数の光Ｐ４をレンズ１７と透過型回折格子１８とによって合成した出力光Ｐ６を、光拡散部３０によって拡散させる。光拡散部３０は、出力光Ｐ６を出力光Ｐ６の配光特性とは異なる配光特性の出力光Ｐ７に変換する機能を有する。光拡散部３０から出力される出力光Ｐ７は、出力光Ｐ６よりもコヒーレンスの低い光であり、照明光として好ましい光である。
実施形態１の変形例１に係る発光装置１は、実施形態１に係る発光装置１と同じ光増幅器２を備えるので、高出力化が可能となる。
また、実施形態１の変形例１に係る発光装置１及び発光システム１００は、光拡散部３０を備えるので、光増幅器２から出力された出力光Ｐ５よりもコヒーレンスの低い光を出射させることが可能となる。
（７．２）変形例２
実施形態１の変形例２に係る発光装置１は、図１０に示すように、実施形態１に係る発光装置１の光学素子２５の代わりに、光反射部２６を備える点で、実施形態１に係る発光装置１と相違する。変形例２に係る発光装置１に関し、実施形態１に係る発光装置１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
光反射部２６は、第１光源ユニット１１から出力されて媒質部２０を媒質部２０の厚さ方向Ｄ１（図３Ｂ参照）に透過した励起光Ｐ１を反射する。これにより、実施形態１の変形例２に係る発光装置１では、媒質部２０の第２面２２から媒質部２０内に入った励起光Ｐ１が媒質部２０において波長変換要素を励起しやすくなる。
光反射部２６は、例えば、金属膜、反射フィルタ（光学多層膜）等である。
光反射部２６は、励起光Ｐ１を媒質部２０内での複数のシード光Ｐ２の伝搬方向に沿った方向に分散させるように構成されていてもよい。
（７．３）変形例３
実施形態１の変形例３に係る発光装置１では、図１１Ａ及び１１Ｂに示すように、媒質部２０が、互いに波長変換要素の種類と濃度との少なくとも一方が異なる複数（例えば、２つ）の波長変換領域２０１、２０２を含む。変形例３に係る発光装置１に関し、実施形態１に係る発光装置１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
複数の波長変換領域２０１、２０２は、複数のシード光Ｐ２（図４参照）の伝搬方向に並んでいる。言い換えれば、複数の波長変換領域２０１、２０２は、光入射面２３から光出射面２４に向かう方向に並んでいる。媒質部２０では、複数の波長変換領域２０１、２０２のうち最も光入射面２３に近い波長変換領域２０１は、２番目に光入射面２３に近い波長変換領域２０２と比べて、Ｐｒ３＋の濃度が高く、Ｔｂ３＋の濃度が低くなっている。これにより、実施形態１の変形例３に係る発光装置１は、波長変換領域２０１のＰｒ３＋で発生させた光を波長変換領域２０２のＴｂ３＋の励起光として利用しやすくなる。
媒質部２０では、複数の波長変換領域２０１、２０２のうち最も光入射面２３に近い波長変換領域２０１が波長変換要素としてＰｒのみを含み、波長変換領域２０２がＴｂのみを含んでいてもよい。また、媒質部２０に含まれる複数の波長変換領域の数は、２つに限らず、３つ以上であってもよい。
（７．４）変形例４
実施形態１の変形例４に係る発光装置１では、図１２Ａ及び１２Ｂに示すように、媒質部２０が、複数のシード光Ｐ２（図１参照）それぞれが入射される複数（例えば、４つ）の波長変換部２１１、２１２、２１３、２１４を含む。変形例４に係る発光装置１に関し、実施形態１に係る発光装置１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
複数の波長変換部２１１、２１２、２１３、２１４は、第３方向Ｄ３に並んでいる。複数の波長変換部２１１、２１２、２１３、２１４は、互いに波長変換要素の種類と濃度との少なくとも一方が異なる。これにより、実施形態１の変形例４に係る発光装置１では、複数の光Ｐ４１、Ｐ４２、Ｐ４３、Ｐ４４（図１参照）それぞれの強度を個別に設計しやすくなる。
なお、発光装置１は、変形例４に係る発光装置１における媒質部２０の構成と変形例３に係る発光装置１における媒質部２０の構成とを組み合わせてもよい。
（７．５）その他の変形例
例えば、発光装置１では、媒質部２０の第２面２２に配置されている光学素子２５Ａは、媒質部２０の厚さ方向Ｄ１において第１面２１と第２面２２との間で第１面２１及び第２面２２から離れた位置に配置されていてもよい。また、媒質部２０の第１面２１に配置されている光学素子２５Ｂは、媒質部２０の厚さ方向Ｄ１において第１面２１と第２面２２との間で第１面２１及び第２面２２から離れた位置に配置されていてもよい。
また、発光システム１００では、第２光源ユニット１２が多波長光源１２０とコリメートレンズ１３と透過型回折格子１４とを有しているが、第２光源ユニット１２の構成はこれに限定されない。例えば、第２光源ユニット１２は、互いに異なる波長の複数のシード光Ｐ２を出力する複数のＬＥＤと、複数のＬＥＤに一対一に対応し、複数のシード光Ｐ２それぞれをコリメートする複数のコリメートレンズと、を有している構成であってもよい。
また、発光装置１では、複数のシード光Ｐ２のうち１つのシード光Ｐ２を近赤外光とし、Ｐｒ３＋で発生した波長４８０ｎｍの光、Ｔｂ３＋で発生した波長５３０ｎｍの光又は波長５４０ｎｍの光を励起源として近赤外光を部分コヒーレント光Ｐ３として発生させるようにしてもよい。この場合、発光装置１は、可視光だけを出力させてもよいし、近赤外光だけを出力させてもよいし、可視光と近赤外光との両方を出力させてもよい。発光装置１では、例えば、可視光だけを出力させる場合、可視光の演色性を向上させることが可能となる。
（実施形態２）
以下、実施形態２に係る発光装置１ａ及び発光システム１００ａについて図１３に基づいて説明する。
実施形態２に係る発光装置１ａは、媒質部２０の第２面２２上に配置されている放熱部２７を更に備える点で、実施形態１に係る発光装置１と相違する。発光システム１００ａは、実施形態１に係る発光装置１の代わりに発光装置１ａを備え、第１光源ユニット１１Ｂを備えていない点で、実施形態１に係る発光システム１００と相違する。
放熱部２７は、例えば、媒質部２０の第２面２２に接しているプレート部２７１と、プレート部２７１から媒質部２０側とは反対側に突出した複数のフィン２７２と、を有している。放熱部２７の熱伝導率は、媒質部２０の熱伝導率よりも高い。放熱部２７の材料は、例えば、金属（アルミニウム等）又は合金を含む。プレート部２７１の材料と複数のフィン２７２の材料とは同じであるが、これに限らず、異なっていてもよい。
プレート部２７１は、媒質部２０の第２面２２の全域を覆っているが、これに限らず、媒質部２０の第２面２２の一部のみを覆っていてもよい。放熱部２７の構造は特に限定されない。放熱部２７は、例えば、プレート部２７１と複数のフィン２７２とのうちプレート部２７１のみを有する構造であってもよい。また、放熱部２７は、ペルチェ素子であってもよい。
実施形態２に係る発光装置１ａは、放熱部２７を有することにより、媒質部２０の温度上昇を抑制することが可能となり、出力光Ｐ５（図１参照）の特性変動を抑制することが可能となる。
（実施形態３）
以下、実施形態３に係る発光装置１ｂ及び発光システム１００ｂについて図１４及び１５に基づいて説明する。実施形態３に係る発光装置１ｂ及び発光システム１００ｂに関し、実施形態１に係る発光装置１及び発光システム１００と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
実施形態３に係る発光システム１００ｂでは、第２光源ユニット１２が、レンズ１５と光増幅器２との間に配置されたレンズアレイ１９を更に備える。レンズアレイ１９は、複数のシード光Ｐ２に一対一に対応する複数のレンズ１９０を有する。複数のレンズ１９０は、透過型回折格子１４で分光された複数のシード光Ｐ２のうち対応するシード光Ｐ２をコリメートするためのレンズである。レンズアレイ１９における複数のレンズ１９０は、一体であってもよいし、別体であってもよい。
また、実施形態３に係る発光システム１００ｂは、実施形態１に係る発光装置１のレンズ１７及び透過型回折格子１８を備えておらず、増幅された複数の光Ｐ４を合成せずに出力する。ここにおいて、実施形態３に係る発光装置１ｂ及び発光システム１００ｂでは、増幅された複数の光Ｐ４が直接出力される。なお、実施形態３に係る発光装置１ｂ及び発光システム１００ｂでは、増幅された複数の光Ｐ４を含む出力光Ｐ５を、増幅された複数の光Ｐ４を合成させないような透光性部材を通して出力してもよい。また、増幅された複数の光Ｐ４は、発光装置１ｂ及び発光システム１００ｂからの光が照射される照射面において合成されてもよい。
実施形態３に係る発光装置１ｂでは、例えば、発光装置１ｂを照明光源として利用する照明器具等において配光設計の自由度が高くなる。
（実施形態４）
以下、実施形態４に係る発光装置１ｃについて図１６に基づいて説明する。
実施形態４に係る発光装置１ｃは、実施形態１に係る発光装置１の光増幅器２の代わりに、光増幅器２ｃを備える点で、実施形態１に係る発光装置１と相違する。実施形態４に係る発光装置１ｃに関し、実施形態１に係る発光装置１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
光増幅器２ｃは、光増幅器２の媒質部２０の代わりに、媒質部２０ｃを有している。媒質部２０ｃは、円柱状である。媒質部２０ｃでは、長手方向の一方の端面が光入射面２３を構成し、他方の端面が光出射面２４を構成している。
光増幅器２ｃは、媒質部２０ｃをコア２８としており、コア２８の外周面を覆っているクラッド２９を更に有している。コア２８に関し、光軸方向に直交する断面形状は、円形状である。クラッド２９は、コア２８と同軸状に配置されている。
クラッド２９の屈折率は、コア２８の屈折率よりも小さい。クラッド２９は、コア２８の含有している波長変換要素を含まない。クラッド２９の熱伝導率は、コア２８の熱伝導率よりも大きい。コア２８の材料としては、例えば、母材であるフッ化物として、フッ化カルシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化バリウムを採用することができ、波長変換要素として、Ｐｒ及びＴｂを採用することができる。また、クラッド２９の材料としては、例えば、フッ化マグネシウム、フッ化カリウム、フッ化ストロンチウムを採用することができる。
図１７は、上述のフッ化物の屈折率－波長特性図を示す。図１７には、フッ化カルシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化バリウム及びフッ化マグネシウムそれぞれの屈折率も示してある。なお、フッ化マグネシウムの屈折率は、平均屈折率である。
また、下記表１は、コア２８の材料とクラッド２９の材料との複数の組み合わせと、各組合せでの開口数（ＮＡ）と、の関係を示す。
Figure 0007457953000001
光増幅器２ｃは、光増幅器２ｃよりもコア径の小さな光ファイバと同様に開口数を定義することができる。したがって、光増幅器２ｃの開口数は、下記の式（１）によって定義される。
Figure 0007457953000002
ここにおいて、ＮＡは、開口数である。ｎｉは、媒質部２０ｃの光入射面２３に接している媒質（例えば、空気）の屈折率である。θｉｎｍａｘは、媒質部２０ｃへのシード光Ｐ２（図１参照）の最大入射角である。ｎｃｏｒｅは、コア２８の屈折率である。ｎｃｌａｄは、クラッド２９の屈折率である。
光増幅器２ｃでは、クラッド２９の外からクラッド２９を通してコア２８に励起光Ｐ１（図４参照）が入射される。また、光増幅器２ｃでは、媒質部２０ｃの光入射面２３には、媒質部２０の光入射面２３と同様、複数のシード光Ｐ２が入射される。
実施形態４に係る発光装置１ｃは、光増幅器２ｃを備えるので、高出力化が可能となる。実施形態４に係る発光装置１ｃでは、光増幅器２ｃにおいてコア２８で発生した熱がクラッド２９を通して放熱される。これにより、実施形態４に係る発光装置１ｃでは、放熱性の向上を図れる。
（実施形態５）
以下、実施形態５に係る発光システム１００ｄについて図１８に基づいて説明する。
発光システム１００ｄは、複数（例えば、３つ）の光増幅器２と、各々が励起光Ｐ１（図５参照）を出力する複数（例えば、２つ）の第１光源ユニット１１と、複数（例えば、３つ）のシード光Ｐ２（図５参照）それぞれを出力する複数の第２光源１２１、１２２、１２３を含む第２光源ユニット１２と、を備える。また、発光システム１００ｄは、２つのコンバイナ３１、３２と、２つの第１光結合器４１、４２と、２つの第２光結合器５１、５２と、２つの光ファイバ６１、６２と、を更に備える。実施形態５に係る発光システム１００ｄに関し、実施形態１に係る発光システム１００と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
２つの第１光源ユニット１１の各々は、例えば、波長４４２ｎｍの青色光を出力する半導体レーザである。青色光の波長は、例えば、４４２ｎｍである。また、第２光源１２１は、例えば、第１光源ユニット１１よりも長波長（例えば、４５０ｎｍ）の青色光をシード光Ｐ２（図５参照）として出力する半導体レーザである。第２光源１２２は、例えば、第２光源１２１よりも長波長（例えば、５５０ｎｍ）の緑色光をシード光Ｐ２として出力する半導体レーザである。第２光源１２３は、例えば、第２光源１２２よりも長波長（例えば、６３７ｎｍ）の赤色光をシード光Ｐ２として出力する半導体レーザである。
コンバイナ３１には、２つの第１光源ユニット１１のうち一方の第１光源ユニット１１からの励起光Ｐ１（青色光）と、第２光源１２１からのシード光Ｐ２（青色光）と、第２光源１２３からのシード光Ｐ２（赤色光）とが、入射される。コンバイナ３２には、２つの第１光源ユニット１１のうち他方の第１光源ユニット１１からの励起光Ｐ１（青色光）と、第２光源１２２からのシード光Ｐ２（緑色光）と、が入射される。
複数の光増幅器２の各々は、実施形態４に係る発光装置１ｃの光増幅器２ｃと同様、図１６に示したように、媒質部２０ｃとしてのコア２８と、クラッド２９と、を有する。
発光システム１００ｄでは、複数の光増幅器２のうち光増幅器２Ａのコア２８が波長変換要素としてＰｒ３＋を含み、光増幅器２Ｂのコア２８がＰｒ３＋を含み、光増幅器２Ｃのコア２８が波長変換要素としてＴｂ３＋を含んでいる。光増幅器２Ａは、第１光結合器４１を介してコンバイナ３１と結合されている。光増幅器２Ｂは、第１光結合器４２を介してコンバイナ３２と結合されている。光増幅器２Ｃは、光増幅器２Ｂと一体である。つまり、光増幅器２Ｃのコア２８と光増幅器２Ｂのコア２８とはつながっており、光増幅器２Ｃのクラッド２９と光増幅器２Ｂのクラッド２９とはつながっている。各第１光結合器４１、４２は、例えば、光ファイバ型カプラであるが、これに限らず、導波路型カプラ、多波長コンバイナ等であってもよい。
光増幅器２Ａからは、少なくとも、波長４５０ｎｍのシード光Ｐ２と同じ波長の青色光と、波長６３７ｎｍのシード光Ｐ２と同じ波長の赤色光と、を含む出力光が出力される。また、光増幅器２Ｂからは、少なくとも、波長４８４ｎｍの部分コヒーレント光Ｐ３（図５参照）と波長５５０ｎｍのシード光Ｐ２とを含む出力光が出力される。また、光増幅器２Ｃからは、少なくとも、波長５５０ｎｍのシード光Ｐ２と同じ波長の緑色光を含む出力光が出力される。
光増幅器２Ａは、第２光結合器５１を介して光ファイバ６１と結合されている。光増幅器２Ｃは、第２光結合器５２を介して光ファイバ６２と結合されている。光ファイバ６１及び光ファイバ６２は、光伝送用の光ファイバである。各第２光結合器５１、５２は、例えば、光ファイバ型カプラであるが、これに限らず、導波路型カプラ、多波長コンバイナ等であってもよい。
発光システム１００ｄは、光ファイバ６１における第２光結合器５１側とは反対側の端部と、光ファイバ６２における第２光結合器５２側とは反対側の端部とが、結合されており、光ファイバ６１を伝送されてきた青色光及び赤色光と、光ファイバ６２を伝送されてきた緑色光と、が合成された白色光からなる出力光Ｐ８を出力する。
（実施形態６）
以下、実施形態６に係る発光システム１００ｅについて図１９に基づいて説明する。
発光システム１００ｅは、実施形態１に係る発光システム１００の第２光源ユニット１２の代わりに、第２光源ユニット１２ｅを備える点で、実施形態１に係る発光システム１００と相違する。実施形態６に係る発光システム１００ｅに関し、実施形態１に係る発光システム１００と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
第２光源ユニット１２ｅは、光ファイバ１２４と、励起光源１２５と、複数のシード光源１２６、１２７と、を備える。
光ファイバ１２４は、コアと、クラッドと、を有する。光ファイバ１２４のコアは、波長変換要素（例えば、Ｐｒ３＋及びＴｂ３＋）を含んでいる。コアは、第１端面及び第２端面を有する。コアは、第１端面と第２端面との間の全長にわたって波長変換要素を含んでいるが、これに限らず、第１端面と第２端面との間の一部の領域のみに波長変換要素を含んでいてもよい。光ファイバ１２４の波長変換要素は、励起光源１２５からの励起光によって励起され励起光よりも長波長の自然放出光を発生可能であり、かつ、自然放射増幅光によって励起可能である。
励起光源１２５は、光ファイバ１２４の波長変換要素を励起するための励起光を出力する。励起光源１２５は、例えば、励起光として青色光を出力する半導体レーザを含む。青色光の波長は、例えば、４４０ｎｍ以上４５０ｎｍである。
複数のシード光源１２６、１２７は、励起光源１２５から出力される励起光よりも長波長の光であって互いに異なる波長のシード光を出力する。シード光源１２６は、例えば、シード光として緑色光を出力する半導体レーザを含む。また、シード光源１２７は、例えば、シード光として赤色光を出力する半導体レーザを含む。
複数のシード光源１２６、１２７は、励起光あるいは自然放射増幅光によって励起された波長変換要素から誘導放出光を発生させるためのシード光を出力する。誘導放出光の波長は、シード光の波長と同じである。ここにおいて、光ファイバ１２４では、自然放射増幅光の一部をシード光として利用することができる。
第２光源ユニット１２ｅは、励起光源１２５及び複数のシード光源１２６、１２７と光ファイバ１２４との間に配置されているコンバイナ１２８を更に備える。また、第２光源ユニット１２ｅは、コンバイナ１２８と光ファイバ１２４との間に配置されている光結合部１２９を更に備える。光結合部１２９は、例えば、レンズを含む。
励起光源１２５からの励起光及び複数のシード光源１２６、１２７からのシード光は、コンバイナ１２８と光結合部１２９とを通して光ファイバ１２４のコアの第１端面に入射される。
第２光源ユニット１２ｅは、光ファイバ１２４と光増幅器２との間に配置されている光結合部１３０を更に備える。光結合部１３０は、例えば、レンズを含む。
光ファイバ１２４のコアの第２端面から出射される光は、光結合部１３０を通して光増幅器２の媒質部２０の光入射面２３に入射される。したがって、光増幅器２には、光ファイバ１２４から出射される光（混色光）に含まれ互いに波長の異なる誘導放出光が、複数のシード光Ｐ２（図１及び５参照）として入射される。第２光源ユニット１２ｅから出力される光は、例えば、白色光である。第２光源ユニット１２ｅから出力される光は、インコヒーレント光である。したがって、光増幅器２に入射される複数のシード光Ｐ２は、第２光源ユニット１２ｅの複数のシード光源１２６、１２７それぞれと同じ波長の光である。
光増幅器２には、実施形態１の発光システム１００と同様、第１光源ユニット１１（図４参照）から励起光Ｐ１（図４参照）が入射される。
発光システム１００ｅは、光結合器５３及び光ファイバ６３を更に備える。発光システム１００ｅでは、光増幅器２における媒質部２０の光出射面２４は、光結合器５３を介して光ファイバ６３と光結合されている。光結合器５３は、例えば、レンズ１７（図１参照）及び透過型回折格子１８（図１参照）を含む。光ファイバ６３は、光伝送用の光ファイバである。
発光システム１００ｅでは、光増幅器２から出力された光が光結合器５３を介して光ファイバ６３を伝送される。発光システム１００ｅは、光ファイバ６３から、例えば、白色光からなる出力光Ｐ８を出力する。
（変形例）
上記の実施形態１～６は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。上記の実施形態１～６は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
（態様）
以上説明した実施形態１～６等から本明細書には以下の態様が開示されている。
第１の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）は、光増幅器（２；２ｃ）を備え、光増幅器（２；２ｃ）に互いに波長の異なる複数のシード光（Ｐ２）が入射されることで、光増幅器（２；２ｃ）から出力光を出力する。光増幅器（２；２ｃ）は、波長変換要素を含む媒質部（２０；２０ｃ）を有する。光増幅器（２；２ｃ）は、励起光（Ｐ１）によって波長変換要素を励起され、複数のシード光（Ｐ２）それぞれと同じ波長を有する複数の部分コヒーレント光（Ｐ３）を発生させることにより、多波長光を出力光（Ｐ５）として出力する。励起光（Ｐ１）は、複数のシード光（Ｐ２）それぞれよりも短波長であって媒質部（２０；２０ｃ）に入射する。多波長光は、増幅された複数の光（Ｐ４）を含む。増幅された複数の光（Ｐ４）は、複数のシード光（Ｐ２）それぞれと同じ波長を有する。
第１の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、高出力化が可能となる。
第２の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、第１の態様において、複数の部分コヒーレント光（Ｐ３）の波長は、いずれも４８０ｎｍ以上６４０ｎｍ以下の範囲内にある。
第２の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、シード光（Ｐ２）の波長の選択肢が多くなり、シード光（Ｐ２）の数をより多くすることが可能となる。
第３の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、第１又は２の態様において、複数の部分コヒーレント光（Ｐ３）は、少なくとも、互いに波長の異なる４つの部分コヒーレント光（Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３３，Ｐ３４）を含む。
第３の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、出力光（Ｐ５）の演色性を高めることが可能となる。
第４の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、第１～３の態様のいずれか一つにおいて、励起光（Ｐ１）は、青色光を含む。
第４の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、シード光（Ｐ２）の波長の選択肢が多くなり、シード光（Ｐ２）の数をより多くすることが可能となる。
第５の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、第１～４の態様のいずれか一つにおいて、励起光（Ｐ１）は、光増幅器（２；２ｃ）内の複数のシード光（Ｐ２）の伝搬方向に交差する方向から、媒質部（２０；２０ｃ）に入射される。
第５の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、増幅された複数の光（Ｐ４）それぞれの強度を、より大きくすることが可能となる。
第６の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ）では、第５の態様において、光増幅器（２）は、光学素子（２５）を更に有する。光学素子（２５）は、媒質部（２０）に入射された励起光（Ｐ１）の一部を媒質部（２０）内での複数のシード光（Ｐ２）の伝搬方向に沿った方向に分散させる。
第６の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ）では、励起光（Ｐ１）を出力光（Ｐ５）に利用することが可能となる。
第７の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ）では、第１～６の態様のいずれか一つにおいて、媒質部（２０）は、板状である。媒質部（２０）は、媒質部（２０）の厚さ方向（Ｄ１）において互いに対向する第１面（２１）及び第２面（２２）を有する。媒質部（２０）は、第１面（２１）に励起光（Ｐ１）が入射される。発光装置（１；１ａ；１ｂ）は、媒質部（２０）の第２面（２２）に配置された放熱部（２７）を更に備える。
第７の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ）は、放熱部（２７）を有することにより、媒質部（２０）の温度上昇を抑制することが可能となり、出力光（Ｐ５）の特性変動を抑制することが可能となる。
第８の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ）では、第１～７の態様のいずれか一つにおいて、媒質部（２０）は、板状である。媒質部（２０）での励起光（Ｐ１）の吸収長が、媒質部（２０）の厚みよりも長い。
第８の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ）では、波長変換要素が励起光（Ｐ１）により励起されやすくなる。
第９の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、第１～８の態様のいずれか一つにおいて、媒質部（２０）は、複数のシード光（Ｐ２）の伝搬方向に並んでいる複数の波長変換領域（２０１，２０２）を含む。
第９の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、光入射面（２３）に近い波長変換領域（２０１）の波長変換要素（Ｐｒ３＋）で発生させた光を光入射面（２３）から遠い波長変換領域（２０２）の波長変換要素（Ｔｂ３＋）の励起光として利用しやすくなる。
第１０の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、第１～９の態様のいずれか一つにおいて、媒質部（２０）は、複数のシード光（Ｐ２）それぞれが入射される複数の波長変換部（２１１，２１２，２１３，２１４）を含む。
第１０の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、複数の光（Ｐ４）それぞれの強度を個別に設計しやすくなる。
第１１の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）は、第１～１０の態様のいずれか一つにおいて、光拡散部（３０）を更に備える。光拡散部（３０）は、光増幅器（２；２ｃ）から出力された出力光（Ｐ５）を拡散させる。
第１１の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、光増幅器（２；２ｃ）から出力された出力光（Ｐ５）よりもコヒーレンスの低い光を出射させることが可能となる。
第１２の態様に係る発光装置（１ｂ）では、第１～１１の態様のいずれか一つにおいて、発光装置（１ｂ）は、出力光（Ｐ５）を合成せずに出力する。
第１２の態様に係る発光装置（１ｂ）では、例えば、発光装置（１ｂ）を照明光源として利用する照明器具等において配光設計の自由度が高くなる。
第１３の態様に係る発光システム（１００；１００ａ；１００ｂ；１００ｃ；１００ｄ；１００ｅ）は、第１～１２の態様のいずれか一つの発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）と、第１光源ユニット（１１）と、第２光源ユニット（１２）と、を備える。第１光源ユニット（１１）は、励起光（Ｐ１）を出力する。第２光源ユニット（１２）は、複数のシード光（Ｐ２）を出力する。
第１３の態様に係る発光システム（１００；１００ａ；１００ｂ；１００ｃ；１００ｄ；１００ｅ）では、高出力化が可能となる。
１、１ａ、１ｂ、１ｃ 発光装置
２、２ｃ 光増幅器
２０ 媒質部
２１ 第１面
２２ 第２面
２３ 光入射面
２４ 光出射面
２５、２５Ａ、２５Ｂ 光学素子
２６ 光反射部
２７ 放熱部
２８ コア
２９ クラッド
２０１、２０２ 波長変換領域
２１１、２１２、２１３、２１４ 波長変換部
１１、１１Ａ、１１Ｂ 第１光源ユニット
１１０ 実装基板
１１１ 第１主面
１１２ 第２主面
１１３ 固体発光素子
１２、１２ｅ 第２光源ユニット
１２４ 光ファイバ
１２５ 励起光源
１２６、１２７ シード光源
１２８ コンバイナ
１２９ 光結合部
１３ コリメートレンズ
１４ 透過型回折格子
１５ レンズ
１６ 空間光変調器
１７ レンズ
１８ 透過型回折格子
１９ レンズアレイ
１９０ レンズ
３０ 光拡散部
５３ 光結合器
６３ 光ファイバ
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ 発光システム
Ｄ１ 厚さ方向
Ｅ０ 基底準位
Ｅ１ 準安定準位
Ｅ２ 励起準位
Ｐ１ 励起光
Ｐ２ シード光
Ｐ２１ 第１シード光
Ｐ２２ 第２シード光
Ｐ２３ 第３シード光
Ｐ２４ 第４シード光
Ｐ３ 部分コヒーレント光
Ｐ３１ 第１部分コヒーレント光
Ｐ３２ 第２部分コヒーレント光
Ｐ３３ 第３部分コヒーレント光
Ｐ３４ 第４部分コヒーレント光
Ｐ４ 光
Ｐ５ 出力光
Ｐ６ 出力光
Ｐ２０ 多波長光

Claims (15)

  1. 光増幅器を備え、前記光増幅器に互いに波長の異なる複数のシード光が入射されることで、前記光増幅器から出力光を出力する発光装置であって、
    前記光増幅器は、
    波長変換要素を含む媒質部を有し、
    前記光増幅器は、
    前記複数のシード光それぞれよりも短波長であって前記媒質部に入射する励起光によって前記波長変換要素を励起され、前記複数のシード光それぞれと同じ波長を有する複数の部分コヒーレント光を発生させることにより、
    前記複数のシード光それぞれと同じ波長を有し増幅された複数の光を含む多波長光を前記出力光として出力し、
    前記励起光は、前記光増幅器内の前記複数のシード光の伝搬方向に交差する方向から、前記媒質部に入射され、
    前記光増幅器は、前記媒質部に入射された前記励起光の一部を前記媒質部内での前記複数のシード光の伝搬方向に沿った方向に分散させる光学素子を更に有する、
    発光装置。
  2. 光増幅器を備え、前記光増幅器に互いに波長の異なる複数のシード光が入射されることで、前記光増幅器から出力光を出力する発光装置であって、
    前記光増幅器は、
    波長変換要素を含む媒質部を有し、
    前記光増幅器は、
    前記複数のシード光それぞれよりも短波長であって前記媒質部に入射する励起光によって前記波長変換要素を励起され、前記複数のシード光それぞれと同じ波長を有する複数の部分コヒーレント光を発生させることにより、
    前記複数のシード光それぞれと同じ波長を有し増幅された複数の光を含む多波長光を前記出力光として出力し、
    前記媒質部は、板状であり、
    前記媒質部は、前記媒質部の厚さ方向において互いに対向する第１面及び第２面を有し、
    前記第１面に前記励起光が入射され、
    前記発光装置は、前記媒質部の前記第２面に配置された放熱部を更に備える、
    発光装置。
  3. 光増幅器を備え、前記光増幅器に互いに波長の異なる複数のシード光が入射されることで、前記光増幅器から出力光を出力する発光装置であって、
    前記光増幅器は、
    波長変換要素を含む媒質部を有し、
    前記光増幅器は、
    前記複数のシード光それぞれよりも短波長であって前記媒質部に入射する励起光によって前記波長変換要素を励起され、前記複数のシード光それぞれと同じ波長を有する複数の部分コヒーレント光を発生させることにより、
    前記複数のシード光それぞれと同じ波長を有し増幅された複数の光を含む多波長光を前記出力光として出力し、
    前記媒質部は、板状であり、
    前記媒質部での前記励起光の吸収長が、前記媒質部の厚みよりも長い、
    発光装置。
  4. 前記複数の部分コヒーレント光の波長は、いずれも４８０ｎｍ以上６４０ｎｍ以下の範囲内にある、
    請求項１～３のいずれか一項に記載の発光装置。
  5. 前記複数の部分コヒーレント光は、少なくとも、互いに波長の異なる４つの部分コヒーレント光を含む、
    請求項１～４のいずれか一項に記載の発光装置。
  6. 前記励起光は、青色光を含む、
    請求項１～５のいずれか１項に記載の発光装置。
  7. 前記励起光は、前記光増幅器内の前記複数のシード光の伝搬方向に交差する方向から、前記媒質部に入射される、
    請求項２又は３に記載の発光装置。
  8. 前記光増幅器は、前記媒質部に入射された前記励起光の一部を前記媒質部内での前記複数のシード光の伝搬方向に沿った方向に分散させる光学素子を更に有する、
    請求項７に記載の発光装置。
  9. 前記媒質部は、板状であり、
    前記媒質部は、前記媒質部の厚さ方向において互いに対向する第１面及び第２面を有し、
    前記第１面に前記励起光が入射され、
    前記発光装置は、前記媒質部の前記第２面に配置された放熱部を更に備える、
    請求項１又は３に記載の発光装置。
  10. 前記媒質部は、板状であり、
    前記媒質部での前記励起光の吸収長が、前記媒質部の厚みよりも長い、
    請求項１又は２に記載の発光装置。
  11. 前記媒質部は、前記複数のシード光の伝搬方向に並んでいる複数の波長変換領域を含む、
    請求項１～１０のいずれか１項に記載の発光装置。
  12. 前記媒質部は、前記複数のシード光それぞれが入射される複数の波長変換部を含む、
    請求項１～１０のいずれか１項に記載の発光装置。
  13. 前記光増幅器から出力された前記出力光を拡散させる光拡散部を更に備える、
    請求項１～１２のいずれか１項に記載の発光装置。
  14. 前記発光装置は、前記出力光を合成せずに出力する、
    請求項１～１３のいずれか１項に記載の発光装置。
  15. 請求項１～１４のいずれか１項に記載の発光装置と、
    前記励起光を出力する第１光源ユニットと、
    前記複数のシード光を出力する第２光源ユニットと、
    を備える、
    発光システム。
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