JPH0262521A - 波長変換素子およびカラー表示装置 - 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、コヒーレント光源を応用した、光情報処理、
光応用計測制御分野、及び映像分野に応用される波長変
換素子びカラー表示装置に関するものである。

従来の技術 従来のカラー表示装置としては、例えば、ガスレーザを
用いたものがある。第７図はこの従来のカラー表示装置
の基本的構成図を示すものであり、２５は青、赤、緑、
のコヒーレント光を同時に発生するガスレーザ、２６．
２７はフィルター　２８は反射鏡、２９は、強度変調器
である。

以上のように構成された従来のカラー表示装置において
は、コヒーレント光源２１から出射された光はフィルタ
ー２２．２３、によって、青、緑、赤、の３つのコヒー
レント光に分離される。これらの光を強度変調器２９に
よって強度変調した後集光し、光の３原色を表示するカ
ラー表示装置である。例えば、強度変調器によって、青
と赤の光を消灯すると、集光点では、緑の色が表示され
る。

同様に青、赤の色も表示される。また、青の光のみ、消
灯すると緑と赤の中間色である黄色が表示される。以上
のように、青、緑、赤、の３原色光の強度を変調するこ
とによって、カラー表示することができる。

発明が解決しようとする課題 上記のような構成では、ガスレーザ及びバルク光学系を
用いるためカラー表示を行うためには、大型の装置が必
要であった。

本発明は以上の点に鑑み大型の装置を必要としない方法
でカラー表示ができ、かつ集積化が可能な波長変換素子
及び前記の波長変換素子を用いた小型のカラー表示装置
を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 以上の課題を解決するため本発明では非線形光学物質か
らなる基板と前記基板上に形成した導波路と前記基板上
に形成した交差導波路からなる波長変換部と波長の異な
る２つ以上のコヒーレント光源と前記コヒーレント光源
からの出射光を前記導波路に励起するための入射部とを
備えたことを特徴とする波長変換素子である。また、前
記波長変換素子を用いて、非線形光学物質からなる基板
と前記基板上に格子状に形成した２本以上の導波路と前
記基板上に形成した交差導波路からなる波長変換部と波
長の異なる２つ以上のコヒーレント光源と前記導波路に
前記コヒーレント光源の出射光を励起するための入射部
と前記コヒーレント光を点灯する回路を備えたことを特
徴とするカラー表示装置である。

作用 本発明は前述した構成により、非線形光学物質からなる
基板上に形成した導波路の入射部に、波長の異なる２つ
以上のコヒーレント光源から出射された光をそれぞれ励
起する。励起された光は導波路を伝搬し、非線形光学効
果により、交差導波路からなる波長変換部において和周
波を発生する。

また、それぞれの導波路に波長の異なる２つ以上のコヒ
ーレント光を励起できるようにしておくと、励起するコ
ヒーレント光の波長によって導波路の交差部分で発生す
る和周波の波長を変えることができ、波長つまり色の違
う光を発生することできる。以上の方法をとると、非線
形光学物質からなる基板上に形成した導波路とコヒーレ
ント光源によって大型の装置を必要としない方法でカラ
ーを表示できる波長変換素子を構成できる。　　また前
記波長変換素子を１画素とし、導波路を格子状に形成し
て画素を２次元的に配置することによりカラー表示画素
を集積化し、２次元のカラー表示を行う小型のカラー表
示装置が構成できる。

実施例 （実施例１） 第１図は、第１と第２のの実施例における波長変換素子
の構成図を示すもので、非線形光学物質からなる基板と
前記基板上に形成した導波路と前記基板上に形成した交
差導波路からなる波長変換部と、波長の異なる２つ以上
のコヒーレント光源と前記コヒーレント光源からの出射
光を前記導波路に励起するための入射部により、前記交
差導波路からなる波長変換部において和周波を発生させ
ることを特徴とする波長変換素子である。第１図におい
て１は非線形光学物質ＬＩＮｂＯａからなる基板、２は
はプロトン交換により作製した交差導波路、３は光学研
磨により形成した入射部４は波長０．７８μｍの半導体
レーザ、５は波長１．３μｍの半導体レーザ、６は波長
０．８７μｍの半導体レーザ、７は波長１．１μｍの半
導体レーザ、８．９は集光光学系、１゜は交差導波路か
らなる波長変換部である。

以上のように構成された第１の実施例の波長変換素子に
ついて、以下その動作を説明する。非線形光学物質Ｌｉ
ＮｂＯ３からなる基板１上にプロトン交換により形成し
た交差導波路２、の入射部３の１方には、波長０．７８
μｍの半導体レーザ４と波長１．３μｍの半導体レーザ
５の光を、他方には波長０．８７μｍの半導体レーザ６
と波長１．１μｍの半導体レーザ７の光を集光光学系８
．９によって励起した。波長０．７８μｍの半導体レー
ザ４と波長０．８７μｍの半導体レーザだけをそれぞれ
発振させると、交差導波路からなる波長変換分１０にお
いて、非線形光学効果によって波長０．４２μｍの青色
の和周波が発生した。

また同時に波長１．３μｍの半導体レーザ５と、波長１
．１μｍの半導体レーザ７を発振させた場合は、波長０
．６μｍの赤色の和周波が発生した。また波長１゜３μ
ｍの半導体レーザ５と、波長０．８７μｍの半導体レー
ザ６を発振させた場合は波長０．５２μｍの緑色の和周
波が発生した。基本波４０ｍＷに対して０．４μＷの和
周波が発生し、このとき和周波の変換効率は０．００１
％であった。また発振する半導体レーザを切り換えるこ
とにより、青、赤、緑、の光の３原色を発生させること
ができた。

以上のように、本実施令によれば、非線形光学物質から
なる基板と前記基板上に形成した導波路と、前記基板上
に形成した交差導波路からなる波長変換部と波長の異な
る２つ以上のコヒーレント光源と、前記コヒーレント光
源からの出射光を前記導波路に励起するための入射部に
より、前記交差導波路からなる波長変換部において和周
波を発生させることを特徴とする波長変換素子によって
、大型の装置を用いずに波長すなわち色のちがう有色光
を発生させることができた。

第２図は、第２の実施例におけるカラー表示装置の構成
図を示すもので、非線形光学物質からなる基板と前記基
板上に格子状に形成した２本以上の導波路と、前記基板
上に形成した交差導波路からなる波長変換部と、波長の
異なる２つ以上のコヒーレント光源と前記導波路に前記
コヒーレント光源からの出射光を励起するための入射部
と、前記コヒーレント光を点灯する回路を備えたことに
より２次元的に表示を行うカラー表示装置である。

第２図は、第１図のカラー表示方法による画素を基板上
に２次元的に配置したカラー表示装置である。第２図に
おいて１′は非線形光学物質ＬＩＮｂ０３からなる基板
、２０は交差導波路からなる波長変換部、２１はプロト
ン交換により作製した導波路、２２は光学研磨により形
成した入射部、４”は波長０．７８μｍの半導体レーザ
　５１は波長１．３μｍの半導体レーザ、６′は波長０
．８７μｍの半導体レーザ、７゛は波長１．１ａｍの半
導体レーザ、２４はコヒーレント光源を点灯する回路で
ある。

以上のように構成された第２の実施例のカラー表示装置
について、以下その動作を説明する。非線形光学物質Ｌ
ｉＮｂＯ３からなる基板１′上に導波路２１を格子状に
形成すると実施例１のカラー表示方法による画素を２次
元的に配置できる。２１の１方の導波路に波長０．７８
μｍの半導体レーザ４”と、波長１．３μｍの半導体レ
ーザ５”を励起し、他方の導波路に波長０．８７μｌの
半導体レーザ６′と、波長１．１μｍの半導体レーザ７
゛を励起した。総ての半導体レーザの強度を点灯回路２
４によって変調すると、交差導波路からなる波長変換部
２０の各画素を独立に発光させてカラー表示を行うこと
ができた。また半導体レーザと導波路を用いることによ
り装置を集積化し小型化することができた。

以上のように、本実施令によれば、非線形光学物質から
なる基板と前記基板上に格子状に形成した２本以上の導
波路と前記基板上に形成した交差導波路からなる波長変
換部と、波長の異なる２つ以上のコヒーレント光源と前
記導波路に前記コヒーレント光源から出射された光を励
起するための入射部と、前記コヒーレント光を点灯する
回路を備えたことにより２次元的に表示カラーを表示す
るカラー表示装置を小型化するこたができた。

第４の実施例は、第２図の構成において、１”の非線形
光学物質からなる基板の裏面を荒研磨したものである。

以上のように構成された第４の実施例のカラー表示装置
について、以下その動作を説明する。発生した和周波は
裏面で乱反射される。以上のように本実施例によれば発
生した有色光を裏面で乱反射することにより、有色光の
表示効果を上げることができた。

（実施例２） 第３図は、第５の実施例における波長変換素子の構成図
を示すものである。同図において、２はプロトン交換に
より作製した導波路、３は光学研磨により形成した入射
部、４は波長０．７８μｍの半導体レーザ、５は波長１
．３μｍの半導体レーザ、６は波長０．８７μｍの半導
体レーザ、７は波長１．１μｍの半導体レーザ、８．９
は集光光学系、１０は交差導波路からなる波長変換部で
以上は第１図の構成と同様のものである。第１図の構成
と異なるのは、誘電体物質ＬＩＮｂＯａからなる基板１
１と前記基板上に堆積した非線形光学物質である有機非
線形光学物質ＭＮＡからなる薄膜１２である。

以上のように構成された第５の実施例の波長変換素子に
ついて、以下その動作を説明する。導波路２の交差導波
路からなる波長変換部１０において和周波が発生した。

和周波の変換効率は４０ｍＷの基本波に対して０．００
１２％であった。以上のように非線形光学物質でからな
る薄膜を用いて、大型の装置を用いずに光の３原色を発
生させることができた。また、和周波の変換効率を０．
００１２％までだかめることができた。

第４図は、第６の実施例における波長変換素子の構成図
を示すものである。同図において１は非線形光学物質Ｌ
ＩＮｂＯａからなる基板、２はプロトン交換により作製
した導波路、３は光学研磨により形成した入射部、４は
波長０．７８μｍの半導体レーザ、５は波長１．３μｍ
の半導体レーザ、６は波長０．８７μｍの半導体レーザ
、７は波長１．１μｍの半導体レーザ、８．９は集光光
学系、１０は交差導波路からなる波長変換部で以上は第
１図の構成と同様のものである。第１図の構成と異なる
のは、導波路の入射部分３に形成したＹ分岐導波路１３
．１４と前記Ｙ分岐導波路端面に半導体レーザ４．５．
６．７を直接接続した点である。

以上のように構成された第６の実施例の波長変換素子に
ついて、以下その動作を説明する。導波路と半導体レー
ザの結合効率は１０％であった。以上のように本実施例
によればコヒーレント光源と導波路を直接接合すること
により素子を小型集積化することができた。

第５図は、第７の実施例における波長変換素子の構成図
を示すものである。同図において１は非線形光学物質Ｌ
ＩＮｂＯ，からなる基板、３は入射部、４は波長０．７
８μｍの半導体レーザ、５は波長！、３μｍの半導体レ
ーザ、６は波長０．８７μｍの半導体レーザ、７は波長
１．１μｍの半導体レーザ、８．９は集光光学系、１０
は交差導波路からなる波長変換部で以上は第１図の構成
と同様のものである。第１図の構成と異なるのは、プロ
トン交換により作製した導波路２の代わりにプロトン交
換により作製した導波路、１５．１Ｂ、１７．１８を用
いた点と前記導波路のそれぞれの入射部３に半導体レー
ザ４．５．６．７を直接接続した点である。

以上のように構成された第７の実施例の波長変換素子つ
いて、以下その動作を説明する。導波路と半導体レーザ
の結合効率は１０％であった。以上のように本実施例に
よればコヒーレント光源と導波路を直接接合することに
より素子を小型集積化することができた。

第６図は、第８の実施例における波長変換素子の構成図
を示すものである。同図において、工は非線形光学物質
１ｊＮｂ０３からなる基板、２はプロトン交換により作
製した導波路、３は入射部、４は波長０．７８μｍの半
導体レーザ、５は波長１．３μｍの半導体レーザ、６は
波長０．８７μｍの半導体レーザ、７は波長１．１ｔＬ
ｍの半導体レーザ、８．９は集光光学系で以上は第１図
の構成と同様のものである。第１図の構成と異なるのは
、１０の交差導波路からなる波長変換部の代わりに平行
導波路からなる波長変換部をを用いた点である。

以上のように構成された第８の実施例の波長変換素子に
ついて、以下その動作を説明する。交差部分に長さ２０
μｍ導波路間隔１μｍの平行導波路を形成した。これに
よって、和周波発生部分の作用長を長くした。和周波の
変換効率は４０ｍＷの基本波に対して０．００２２％で
あった。以上のように交差導波路の交差点の代わりに平
行導波路を用いることにより和周波の変換効率を０．０
０２２％までたかめることができた。

なお、第１の実施例において、コヒーレント光源として
、半導体レーザを用いたが、光源は、他のコヒーレント
光源でもよい。

なお、第２の実施例おいて、格子状に形成した導波路と
したが、導波路の交差角は９０’　以外でもよい。

なお、第２の実施例で、コヒーレント光を点灯するのに
コヒーレント光源を点灯したが、コヒーレント光の点灯
は、外部強度変調器によって行ってもよい。

なお、第６の実施例において、Ｙ分岐導波路を用いたが
、方向性結合器を用いてもよい。

発明の詳細 な説明したように、非線形光学物質からなる基板と前記
基板上に形成した導波路と前記基板上に形成した交差導
波路からなる波長変換部と、波長の異なる２つ以上のコ
ヒーレント光源と前記コヒーレント光源からの出射光を
前記導波路に励起するための入射部とを備えた波長変換
素子によって、大型の装置を必要としない方法でカラー
を表示できかつ、集積化が可能なため、その実用効果を
大きい。

また非線形光学物質からなる基板と前記基板上に格子状
に形成した２本以上の導波路と、前記基板上に形成した
交差導波路からなる波長変換部と波長の異なる２つ以上
のコヒーレント光源と、前記導波路に前記コヒーレント
光源からの出射光を励起するための入射部と前記コヒー
レント光を点灯する回路を備えたカラー表示装置により
、２次元的にカラーを表示するカラー表示装置を小型集
積化できるためその実用効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における波長変換素子第１の実施例の構
成斜視図、第２図は本発明におけるカラー表示装置の第
２の実施例の構成斜視図、第３図は本発明の他の実施例
の同素子の構成斜視図、第４図は本発明の他の実施例の
同素子の構成斜視図、第５図は本発明の他の実施例の同
素子の構成斜視図、第６図は本発明の他の実施例の同素
子の構成斜視図、第７図は従来のカラー表示装置の基本
構成図である。 １・・・非線形光学物質からなる基板、２・・・導波路
、３・・・入射部、４１１・・コヒーレント光源、５・
・・コヒーレント光源、６・・・コヒーレント光源、７
・・・コヒーレント光源、８・Φ・集光光学系、９・・
働集光光学系、１０・・・交差導波路からなる波長変換
部、２０・拳・交差導波路からなる波長変換部、２１・
拳・導波路、２２・・・入射部、２３・・・コヒーレン
ト光源、２４Ｉ・・コヒーレント光を点灯する回路。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名第 図 ３人射都 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 ２９独度ｌ諷駁

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）非線形光学物質からなる基板と、前記基板上に形
   成した導波路と、前記基板上に形成した交差導波路から
   なる波長変換部と、波長の異なる２つ以上のコヒーレン
   ト光源と、前記コヒーレント光源からの出射光を前記導
   波路に励起するための入射部とを備えたことを特徴とす
   る波長変換素子。 （２）非線形光学物質からなる基板と、前記基板上に格
   子状に形成した２本以上の導波路と、前記基板上に形成
   した交差導波路からなる波長変換部と、波長の異なる２
   つ以上のコヒーレント光源と、前記導波路に前記コヒー
   レント光源からの出射光を励起するための入射部と、前
   記コヒーレント光を点灯する回路を備えたことを特徴と
   するカラー表示装置。（３）コヒーレント光源として、
   半導体レーザを備えたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の波長変換素子又は同第２項記載のカラー表
   示装置。 （４）裏面を荒研磨した非線形光学物質からなる基板を
   備えたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のカ
   ラー表示装置。 （５）誘電体物質からなる基板と前記基板上に形成した
   交差導波路と前記交差導波路上に形成した非線形物質か
   らなる薄膜を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の波長変換素子または同第２項記載のカラー表
   示装置。 （６）導波路の入射部分に形成したＹ分岐導波路と前記
   Ｙ分岐導波路の端面に接続した半導体レーザーを備えた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の波長変換
   素子または同第２項記載のカラー表示装置。 （７）２本以上の交差導波路と前記交差導波路の端面に
   接続した半導体レーザーを備えたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の波長変換素子または同第２項記
   載のカラー表示装置。 （８）交差導波路からなる波長変換部に平行導波路を備
   えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の波長
   変換素子または同第２項記載のカラー表示装置。