JPH0224638A - 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、ＹＡＲＩＶ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゜ＮｃＬ２．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
をコアと同径の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より、光波長変換素子とは別体に
形成された集光光学系に基本波を通して集光するように
しているが、上記程度の値まで基本波を絞る光学系は、
構成が複雑で高価なものとなってしまう。また、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、このよ
うな精度で基本波光源および集光光学系と光波長変換素
子とを位置合せするのは、極めて困難である。その上、
例え上記のような精度で位置合せができたとしても、光
波長変換素子や集光光学系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
、簡単な集光光学系と組み合わせて使用でき、また基本
波に対する位置合せ精度を緩和することができ、そして
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） 本発明の第１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
側の素子端部のコア周囲部分に、クラッドよりも高屈折
率の材料からなり、素子端面から素子内方に向かって次
第に径が小さくなり、内端部でコアと同径となるテーパ
状部分を形成したことを特徴とするものである。

また本発明の第２の光波長変換素子は、基本波が入射す
る側の素子端部においてコアを、素子端面に向かって次
第に径が大きくなるテーパ状に形成したことを特徴とす
るものである。

そして本発明の第３の光波長変換素子は、基本波が入射
する側の素子端部に、クラッドよりも高屈折率の材料か
らなり、内端面がコアと同径とされて該コアに接し、外
端面がコアよりも大径とされて素子端面となるテーパ状
部分を形成したことを特徴とするものである。

（作　　用） 上述のようなテーパ状部分が素子端部に形成されている
と、このテーパ状部分の端面にそれと同径まで絞った基
本波を照射すれば、この基本波は該テーパ状部分によっ
てさらに絞られて通常のコア内に入射する。つまり基本
波入力の点からは、コア径が太いファイバーを用いてい
るのと同じことになるので、基本波を前述のように極め
て細く絞る必要がなくなり、また基本波と光波長変換素
子との位置合せ精度も緩和される。

（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図は本発明の第１実施例による光波長
変換素子１０を示すものである。この光波長変換素子１
０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が充てんされた光ファイバーであ
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６１−５３８
８４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。そして光波長変換素
子１０の一方の端部においてコア１１の周囲部分には、
クラッド１２よりも高屈折率の材料からなり、素子端面
１０ａから素子内方に向かって次第に径が小さくなり、
内端部でコア１１と同径となるテーパ状部分１３が形成
されている 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、テーパ状部分１３をイオン交換
法で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。

このファイバー１２°において、ガラス転位温度よりも
若干低い温度にてＴｉ＋イオンを含む塩を屈折率テーパ
部を形成するコア部分にのみ満たし、イオン交換するこ
とで高屈折部１３を作る。この場合、光入力端に向かっ
て本処理を繰り返すことで、屈折率テーパ部を形成する
。次に第３図に示すように、炉内等においてＰ　ＲＡ　
１１’　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ＰＲＡＩＩ’　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ＰＲＡＩＩ’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ＰＲＡ　１１’　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１０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製造することにより、第１図およ
び第２図に示すように、光入力部にテーパ状部分１３を
有する光波長変換素子１０が得られる。

なお本例で、素子長さは１０ｍｍとされる。

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）１Ｇ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で集光した上で素子端面１０ａ
に照射される。この際レーザー光１５は、テーパ状部分
１３の端面上においてそれと同径に収束するように集光
される。このレーザー光１５はコア１１の端面から直接
コア内に入射し、あるいはテーパ状部分１３とクラッド
１２との界面で全反射を繰り返しながら進行してコア１
１の周面側からコア内に入射する。

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°のクラッド部ヘの放射モー
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ＩＱｂ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。

ここで、上記テーパ状部分１３の外端面（基本波が入射
する端面）の径は、コア１１の直径の例えば数倍とする
ことができる。したがって、例えば２μｍと極めて小径
のコア１１の端面上に基本波１５を直接集束させる場合
に比べれば、基本波１５と光波長変換素子１０との位置
ずれ量は数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
テーパ状部分１３の作用により、前述のように大幅に許
容されうる。また基本波１５を極めて小径に絞る必要が
ないから、コリメーターレンズ１７および対物レンズ１
８として、比較的簡単で安価のものが使用可能となる。

次に本発明の第２実施例について、第４図を参照して説
明する。この光波長変換素子５０は、基本波入射側とす
る端部においてコア１１が、素子端面５０ａに向かって
次第に径が大きくなるテーパ状とされている。このよう
なテーパ状部分１１ｃは、先に第３図を参照して説明し
たようにして光波長変換素子５０を形成する際に、クラ
ッド１２となるガラスファイバーの端部において予め中
空部をテーパ状としておくことにより、簡単に形成する
ことができる。

次に本発明の第３実施例について、第５図を参照して説
明する。この光波長変換素子６０においては、基本波入
射側とする端部に、クラッド１２よりも高屈折率の材料
からなり、内端面がコア１１と同径とされて該コア１１
に接し、外端面がコア１１よりも大径とされて素子端面
Ｂｏａとなるテーパ状部分６１が形成されている。この
ようなテーパ状部分６１は、先に第３図を２照して説明
したようにして光波長変換素子６０を形成する際に、ク
ラッド１２となるガラスファイバーの端部において予め
中空部をテーパ状としておき、その部分には非線形光学
材料を充填させないようにし、コア１１が形成された後
にクラッド１２よりも低屈折率の材料を充填させること
により、形成することができる。

以上説明した第２実施例の光波長変換素子５０も、また
第３実施例の光波長変換素子６０も、第１実施例の光波
長変換素子１０と同様にして使用されうる。

そしてそれぞれテーパ状部分１１ｃ、８１の作用により
、第１実施例におけるのと同じ効果が得られる。

なお上記の実施例は、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、通
常のコア部分よりも大径の外端面を有するテーパ状部分
を素子端部に有し、上記外端面から基本波を入射させ、
該テーパ状部分によって基本波を小径のコア内に導（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
精度を緩和しても基本波の入力結合効率を良好に保つこ
とができ、ひいては波長変換効率が高められるようにな
る。またこの光波長変換素子を使用する場合、基本波は
、上記テーパ状部分の外端面と同じ径にまで絞ればよい
から、基本波を集光する光学系として比較的簡単で安価
のものが利用できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ、本発明の第１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図と第５図はそれぞれ、本発明の第２実施例、第３
実施例による光波長変換素子を示す概略側面図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）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部のコア周囲部分に、
   クラッドよりも高屈折率の材料からなり、素子端面から
   素子内方に向かって次第に径が小さくなり、内端部でコ
   アと同径となるテーパ状部分が形成されていることを特
   徴とする光波長変換素子。
2. （２）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部において前記コアが
   、素子端面に向かって次第に径が大きくなるテーパ状と
   されていることを特徴とする光波長変換素子。
3. （３）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部に、クラッドよりも
   高屈折率の材料からなり、内端面がコアと同径とされて
   該コアに接し、外端面がコアよりも大径とされて素子端
   面となるテーパ状部分が形成されていることを特徴とす
   る光波長変換素子。