JPH0224637A - 光波長変換素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はファイバー型の光波長変換素子、特に詳細には
光入力結合効率の向上を図った光波長変換素子に関する
ものである。

（従来の技術） 従来より、非線形光学材料を利用して、レーザー光を第
２高調波等に波長変換（短波長化）する試みが種々なさ
れている。このようにして波長変換を行なう光波長変換
素子として具体的には、例えば「光エレクトロニクスの
基礎ＪＡ、ＹＡＲＩ■著、多田邦雄、神谷武志訳（丸善
株式会社）のｐ２００〜２０４に示されるようなバルク
結晶型のものがよく知られている。ところがこの光波長
変換素子は、位相整合条件を満たすために結晶の複屈折
を利用するので、非線形性が大きくても複屈折性が無い
材料あるいは小さい材料は利用できない、という問題が
あった。

上記のような問題を解決できる光波長変換素子として、
いわゆるファイバー型のものが提案されている。この光
波長変換素子は、クラッド内にそれよりも高屈折率の非
線形光学材料からなるコアが充てんされた光ファイバー
であり、応用物理学会懇話会微小光学研究グループ機関
誌ＶＯＬ、３゜Ｎα２．　　ｐ２８〜３２にはその一例
が示されている。

このファイバー型の光波長変換素子は、基本波と波長変
換波との間の位相整合をとることも容易であるので、最
近ではこのファイバー型光波長変換素子についての研究
が盛んになされている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上述のようなファイバー型の光波長変換素子
を用いる場合は、基本波をコア内に入射させるために、
通常１〜２μｍ程度と極めて細いコアの端面上で基本波
を小さなスポットに収束させる必要がある。そうするた
めに従来は、光波長変換素子とは別体に形成された集光
レンズに基本波を通して、集光するようにしていた。コ
ア径が上記程度の場合、満足な光入力結合効率を得るた
めには、ビームスポットとコアとの位置ずれを０゜１〜
０．２μｍ程度と極めて小さく抑える必要があるが、光
波長変換素子や集光レンズの保持部材の温度変化による
歪みや、振動による変位が有ると、位置ずれ量は簡単に
上記の値を上回ってしまう。

そうなると当然ながら基本波の入力結合効率が低下し、
ひいては波長変換効率が低下してしまう。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり
、基本波のビームスポットとファイバーコアとの位置ず
れが起こり難く、基本波入力結合効率を高く保つことが
できるファイバー型の光波長変換素子を提供することを
目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明の光波長変換素子は、前述したようなファイバー
型の光波長変換素子において、基本波が入射する側の素
子端面に、この基本波を集光してコア部分において小さ
なスポットに収束させる屈折率分布型の集光レンズを取
り付けたことを特徴とするものである。

なお、コアを構成している非線形光学材料によって基本
波を波長変換し、この変換波をクラッドの外表面の間で
全反射を繰り返させながら素子端面側に導くようにした
、いわゆるチェレンコフ放射タイプの光波長変換素子に
あっては、波長変換波のコアでの吸収をより少なくする
ために、クラツド径が例えば３　ｍ　ｍ　ｓ　５　ｍ　
ｍ等と、通信用光ファイバー等に比べれば極めて太くさ
れることがある。この程度の外径を有する屈折率分布型
のレンズは普通に市販されており、そのようなレンズは
そのまま接若する等により、簡単に素子端面に取り付け
ることができる。

（作　　用） 上述のような集光レンズが素子端面に取り付けられてい
ると、基本波を太いビーム径のままこのレンズの部分に
入射させれば、その基本波が小さなスポットに絞られて
コア端面に入射するようになる。したがって、集光レン
ズに入射する際の基本波と素子との位置ずれは、コア端
面部分においては縮小されることになる。つまり、コア
に対する基本波の位置ずれ量を、前述したように０．１
〜０．２μｍ程度と極めて小さく抑える場合でも、集光
レンズの基本波入射側では、位置ずれ量が例えばその数
倍程度有ってもよいことになり、光波長変換素子と基本
波光源側デバイスとの位置合せが容易になる。

（実　施　例） 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。

第１図および第２図は本発明の一実施例による光波長変
換素子ｌＯを示すものである。この光波長変換素子１０
は、クラッド１２の中心の中空部分内に、非線形光学材
料からなるコア１１が充てんされた先ファイバーである
。上記非線形光学材料としては、前述したように波長変
換効率が高い有機非線形光学材料を用いるのが好ましい
。本例では特に本願出願人による特願昭６１−５３８８
４号明細書に示される３、５−ジメチル−１−（４−ニ
トロフェニル）ピラゾール（以下、ＰＲＡと称する）に
よってコア１１を形成している。

ここで、−例としてコア１１を上述のＰＲＡ、クラッド
１２を５ＦＳ３ガラスから形成する場合について、この
光波長変換素子１０の製造方法を説明する。まずクラッ
ド１２となる中空のガラスファイバー１２′が用意され
る。このガラスファイバー１２゜は−例として、外径が
３ｍｍで、中空部の径が２μｍのものである。そして第
３図に示すように、炉内等においてＰＲＡＩＩ’　を融
液状態に保ち、この融液内にガラスファイバー１２“の
一端部を浸入させる。すると毛細管現象により、融液状
態のＰＲＡＩＬ’がガラスファイバー１２°の中空部内
に進入する。なお該融液の温度は、ＰＲＡＩＩ’　の分
解を防止するため、その融点（１０２℃）よりも僅かに
高い温度とする。その後ガラスファイバー１２′を急冷
させると、中空部に進入していたＰ　ＲＡ　１１’が多
結晶化する。

次いでこのガラスファイバー１２゛　を、ＰＲＡＩＩ。

の融点より高い温度（例えば１０２．５℃）に保たれた
炉内から、該融点より低い温度に保たれた炉外に徐々に
引き出すことにより、溶融状態のＰＲＡＩＬ’　を炉外
への引出し部分から単結晶化させる。それにより、極め
て長い単結晶状態で結晶方位も一定に揃ったコア１１が
形成され、光波長変換素子ＩＯを十分に長くすることが
できる。周知のようにこの種の光波長変換素子の波長変
換効率は素子の長さに比例するので、光波長変換素子は
長いほど実用的価値が高くなる。

以上述べたようにしてコア１１が充てんされた後、ガラ
スファイバー１２’　の両端が適宜切断され、またその
一方の端面１０ａに屈折率分布型の集光レンズ１３が例
えば接着により固定される。この端面ｌＯａに接着され
たレンズ１３は、本実施例の様に非線形光学材料が有機
物から成る場合には、その有機物の昇華または変成を防
止する作用も果たす。さらにファイ／（−１２’　の片
側端面にはレジンコート膜１４が設けられ、有機物の昇
華または変成がファイバー両端で防止される。このよう
にして第１図および第２図に示すような光波長変換素子
１０が得られる。なお本実施例で、上記集光レンズ１３
を含まない素子長さは１０ｍｍとされる。また集光レン
ズ１３を接着する際に、その中心は厳密にコア１１の中
心と揃えられる。

上記光波長変換素子１０は第２図図示のようにして使用
される。すなわち、基本波発生手段として例えば半導体
レーザー（波長：８７０ｎｍ）１６が用いられ、そこか
ら射出された発散ビームであるレーザー光（基本波）１
５はコリメーターレンズ１７によって平行ビームとされ
、さらに対物レンズ１８で集光した上で集光レンズ１３
の表面に照射される。

このレーザー光１５は集光レンズ１３によって集光され
、コア１１の端面上においてそれと同径（本例では２μ
ｍ）の小さなスポットに収束する。それにより該レーザ
ー光１５が、光波長変換素子ＩＯ内に入射する。この基
本波１５は、コア１１を構成するＰＲＡにより、波長が
１／２の第２高調波１５′　に変換される。この第２高
調波１５°はクラッド１２中に放射し、その外表面の間
で全反射を繰り返して素子１０内を端面側に進行する。

位相整合は、基本波１５のコア部での導波モードと、第
２高調波１５′　のクラッド部への放射モードとの間で
取られる（いわゆるチェレンコフ放射の場合）。

光波長変換素子１０の出射端面１０ｂからは、上記第２
高調波１５゛　を含むビーム１５”が出射する。この出
射ビーム１５”は図示しないフィルターに通され、第２
高調波１５′のみが取り出されて利用される。また第２
高調波は、さらに出力端面１０ｂに同様の屈折率分布型
のレンズ等を接着することにより平行ビームとすること
ができる。

ここで、基本波１５を集光レンズ１３によって集光する
ようにしているので、該レンズ１３の表面部分における
基本波１５と素子ＩＯとの位置ずれは、コア端面上にお
いては縮小されることになる。したがって、基本波１５
の人力結合効率を高く維持するために、コア端面上にお
ける基本波１５とコア１１との位置ずれ量が例えば０．
２μｍまでしか許容されないとしても、集光レンズ１３
の表面部分における基本波１５と素子１０との位置ずれ
量はそれ以上（例えば数倍〜ｌＯ倍程度）有ってもよい
ことになる。そうであれば、半導体レーザー１６、コリ
メーターレンズ１７および対物レンズ１８と、光波長変
換素子１０との位置合せ精度が大幅に緩和される。上記
の位置ずれとしては、基本波１５がコア１１に対して光
軸と直角な方向にずれる位置ずれ、基本波１５の所定の
収束位置が光軸方向にずれる位置ずれ、基本波光軸がコ
ア軸に対して角度をなすようになる位置ずれの３つが有
るが、これらのいずれも集光レンズ１３の作用により前
述のように縮小されうる。

なお第４図に示すように、基本波１５を平行ビームの状
態で集光レンズ１３に入射させ、この集光レンズ１３の
みによってコア径まで絞り込むようにしても構わない。

また上記の実施例は、基本波を第２高調波に変換するも
のであるが、本発明はその他、基本波を和周波、差周波
、第３高調波等に変換する光波長変換素子に対しても適
用可能である。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り本発明の光波長変換素子は、素
子端面に固定した屈折率分布型の集光レンズによって基
本波を小さなスポットに収束させるように構成されてい
るので、この光波長変換素子を用いれば、該素子に対す
る基本波光源側のデバイスの位置合せ精度を緩和するこ
とができ、コアと基本波の位置合せが容易になり、基本
波の入力結合効率ひいては波長変換効率が高められるよ
うになる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ、本発明の一実施例によ
る光波長変換素子を示す斜視図と概略側面図、 第３図は上記光波長変換素子の製造方法を説明する概略
図、 第４図は上記光波長変換素子の別の使用方法を説明する
説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 非線形光学材料のコアがそれよりも低屈折率のクラッド
   に被覆されてなり、コア部分に入射された基本波を波長
   変換して素子端面から出射させるファイバー型の光波長
   変換素子において、 前記基本波が入射する側の素子端面に、この基本波を集
   光してコア部分において小さなスポットに収束させる屈
   折率分布型の集光レンズが取り付けられていることを特
   徴とする光波長変換素子。