JPH03166529A - Second harmonic generator - Google Patents

Second harmonic generator

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Publication number
JPH03166529A
JPH03166529A JP1304605A JP30460589A JPH03166529A JP H03166529 A JPH03166529 A JP H03166529A JP 1304605 A JP1304605 A JP 1304605A JP 30460589 A JP30460589 A JP 30460589A JP H03166529 A JPH03166529 A JP H03166529A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
waveguide
diffraction grating
collimated
harmonic
cerenkov
Prior art date
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Pending
Application number
JP1304605A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kimio Tateno
立野 公男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Priority to US07/618,406 priority patent/US5117433A/en
Publication of JPH03166529A publication Critical patent/JPH03166529A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/37Non-linear optics for second-harmonic generation
    • G02F1/372Means for homogenizing the output beam

Abstract

PURPOSE:To generate coherent light of a short wavelength collimated to high flatness by providing a single or plural pieces of fibers or waveguides and a collimator to condense the second harmonic Cerenkov beam from the fibers or the waveguides and forming the collimator of a diffraction grating. CONSTITUTION:The light beam 1 from a stimulating light source, such as semi conductor laser, is condensed by a lens and is made incident to the waveguide 3 for second harmonic generation having a nonlinear optical characteristic. The stimulating light propagating in the waveguide 3 radiates the Cerenkov type second harmonic wave 4 as a circular conical beam toward a substrate 2. The radiated beam 4 is collimated by the diffraction grating 5 inscribed on the end face of the substrate and progresses in the form of collated plane beams 6. The collimated plane waves having high flatness are generated in this way.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光ディスクやレーザプリンタ、あるいはカラー
 プリンタ等の光記録用のコヒーレントな短波長光源と
して有用なチェレンコフ放射を利用した第2高調波発生
装置に関する. 〔従来の技術〕 従来、ノンリニアオプテイカルマテリアルズ,エクステ
ンデイツドアブストラクト(1 9 8 5)ページ9
 7 (Nonlinear Optical Mat
ericals−Extendad abstract
, 1 9 8 5 , p ,9 7)に報告されて
いるように、非線型光学有機材料などをファイバー状に
デバイス化し、これにコヒーレントな1次光を入力して
、チェレンコフ放射の第2高調波を発生させる技術が知
られている.しかし、この放射ビームは、ビーム形状が
、コーン(円錐)状となっており、このままでは良質な
スポットに集光できず、あい路になっていた. また、二オブ酸リチウム(LiNbOa)などを基板と
した導波路からの,チェレンコフ放射による第2高調波
発生について、クレオ′87,テクニカルダイジェスト
,ページ198 (CLEO’8 7, Techni
cal Digest p p.1 9 8)において
報告されている。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention provides a second harmonic generation device using Cerenkov radiation, which is useful as a coherent short wavelength light source for optical recording of optical discs, laser printers, color printers, etc. Regarding. [Conventional technology] Conventionally, Nonlinear Optical Materials, Extended Abstracts (1985) Page 9
7 (Nonlinear Optical Mat
ericals-Extendad abstract
, 1985, p., 97), nonlinear optical organic materials are made into a fiber-like device, coherent first-order light is input to this device, and the second harmonic of Cerenkov radiation is obtained. Technologies for generating waves are known. However, this radiation beam had a cone-like shape, and as it was, it could not be focused on a high-quality spot, resulting in a crossroad. In addition, regarding the generation of second harmonics by Cerenkov radiation from a waveguide using lithium diobate (LiNbOa) as a substrate, CLEO'87, Technical Digest, page 198 (CLEO'87, Techni
cal Digest p p. 198).

この方法は、l次光に対し、波長が半分の2次光を、高
い変換効率を持って発生させることができ、しかもこの
方法はこれら波長の異なった二つの光波の位相整合が比
較的容易であるなど、多くの利点を有している。しかし
、この方法は、第2図に示すように狭い線状の導波路か
ら、基板内への放射モードであるため、放射の方向には
発散光となり,これと垂直方向にはコリメートされた平
行光となっており、ビーム波面が歪んでいる。このため
、これを集光して一点にフォーカスできず、光ディスク
やレーザプリンタなどへの応用を妨げる主要な欠点とな
っていた。
This method can generate secondary light with a wavelength half that of the l-order light with high conversion efficiency, and it is relatively easy to phase match these two light waves with different wavelengths. It has many advantages, such as: However, as shown in Figure 2, this method uses a radiation mode from a narrow linear waveguide into the substrate, so it becomes a diverging light in the radiation direction, and a collimated parallel light in the perpendicular direction. It is light, and the beam wavefront is distorted. For this reason, it is not possible to condense the light and focus it on a single point, which is a major drawback that hinders its application to optical discs, laser printers, and the like.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記従来技術は、いずれも、ビームの集光方法に対する
配慮が不充分であったところに問題があった。即ち、第
2図に示した従来例をみても、導波路の基板形状には何
らの工夫もなく、単なる平面からなるブロックにすぎず
、この基板を通過したビームは大きな収差を有しており
、これまでの従来例ではこの収差を補正する手段が明ら
かにされていなかった. 本発明は、コンパクトかつ直接光強度変調が可能で高い
平面度にコリメートされた短波長のコヒーレント光を発
生させることができる第2高調波発生装置を提供するこ
とを目的としてなされたものである. 〔課題を解決するための手段〕 本発明は,導波路基板、あるいはファイバーのクラッド
部に,収差補正、あるいは強度分布補正機能を付加し.
空気中に放出されるビームがつくる波面の平面度を高く
し、これをレンズでフォーカスした時に、回折限界の一
点にスポットとして絞り込める光学系を付加したもので
ある。
All of the above conventional techniques have a problem in that insufficient consideration has been given to the method of focusing the beam. In other words, even if we look at the conventional example shown in Figure 2, there is no innovation in the shape of the waveguide substrate; it is just a block made of flat surfaces, and the beam that passes through this substrate has large aberrations. However, in the conventional examples so far, no means for correcting this aberration has been disclosed. The present invention has been made for the purpose of providing a second harmonic generation device that is compact, capable of direct light intensity modulation, and capable of generating short-wavelength coherent light that is collimated to a high degree of flatness. [Means for Solving the Problems] The present invention adds an aberration correction function or an intensity distribution correction function to the waveguide substrate or the cladding part of the fiber.
It increases the flatness of the wavefront created by the beam emitted into the air, and adds an optical system that narrows it down to a single diffraction-limited spot when focused with a lens.

すなわち,より具体的には、ファイバ状、あるいは導波
路状の非線型光学媒質より発せられた円錐状のチェレン
コフビームを,該ファイバのコア、あるいは導波路を中
心とする同心円状の回折格子により、各々の光線を回折
させ、透過した後に平行平面波となすよう工夫したもの
である.一方、該回折格子の製作過程においては、製作
誤差の発生は避けられないものであり、同心円状回折格
子の中心をファイバあるいは導波路の位置と完全に一致
させることは不可能である。このため、本発明において
は,顕微鏡対物レンズが持つべき特性としての正弦条件
、すなわち、一定の画角を確保すべく,コマ収差を除去
するための条件の導入を提案するものである。すなわち
、該ファイバクラッドの端面、あるいは導波路基板端面
を球面とし、該球面の上に該同心円状の回折格子を刻も
うとするものである。ここで、該球面の中心と、該ファ
イバコア、あるいは導波路の入射端面の中心とを一致さ
せるようにしたものである。
That is, more specifically, a conical Cerenkov beam emitted from a nonlinear optical medium in the form of a fiber or a waveguide is processed by a concentric diffraction grating centered on the core of the fiber or the waveguide. It is designed to diffract each light beam and create parallel plane waves after passing through it. On the other hand, in the process of manufacturing the diffraction grating, production errors are unavoidable, and it is impossible to perfectly align the center of the concentric diffraction grating with the position of the fiber or waveguide. Therefore, the present invention proposes the introduction of a sine condition as a characteristic that a microscope objective lens should have, that is, a condition for eliminating coma aberration in order to ensure a constant angle of view. That is, the end face of the fiber cladding or the end face of the waveguide substrate is made into a spherical surface, and the concentric diffraction grating is carved on the spherical surface. Here, the center of the spherical surface is made to coincide with the center of the input end face of the fiber core or waveguide.

〔作用〕[Effect]

以上のように.本発明による同心円回折格子を用いれば
、円錐状のチェレコフビームは平行平面波としてコリメ
ートされ、ひいては、レンズにより回折限界の高い精度
を持って一点に絞り込むことを可能としたものである。
As above. By using the concentric diffraction grating according to the present invention, a conical Cherekov beam is collimated as a parallel plane wave, which in turn makes it possible to narrow it down to a single point with high diffraction-limited precision using a lens.

さらに、回折格子を,球面の上に刻むことによって、同
心円状回折格子の中心と、ファイバーコア,あるいは導
波路の位置との間に多少のずれがあっても、収差が大き
くなることは無く,このような場合でもやはりレンズに
よって回折限界の高い精度を持って一点に絞り込むこと
ができるものである. 〔実施例〕 以下、本発明の第一の実施例を第1図により説明する。
Furthermore, by carving the diffraction grating on a spherical surface, even if there is some deviation between the center of the concentric diffraction grating and the position of the fiber core or waveguide, aberrations will not become large. Even in such cases, lenses can still be used to focus on a single point with high diffraction-limited precision. [Example] Hereinafter, a first example of the present invention will be described with reference to FIG.

半導体レーザ等の励起光源からの光ビーム1をレンズに
より集光し、非線型光学特性を持つ第2次高調波発生用
導波路3に入射せしめる.導波路3を伝播する励起光は
、チェレンコフ型第2次高調波4を,円錐状のビームと
して基板2に向けて放射する。ここで、基板2は、例え
ばニオブ酸リチウムのような非線型光学結晶とする。
A light beam 1 from an excitation light source such as a semiconductor laser is focused by a lens and made to enter a second harmonic generation waveguide 3 having nonlinear optical characteristics. The excitation light propagating through the waveguide 3 emits Cerenkov type second harmonic waves 4 as a conical beam toward the substrate 2. Here, the substrate 2 is made of, for example, a nonlinear optical crystal such as lithium niobate.

該放射ビーム4は基板の端面に刻んだ回折格子5によっ
てコリメートされ,平行平面波6となって、進行する。
The radiation beam 4 is collimated by a diffraction grating 5 cut into the edge of the substrate and travels as a parallel plane wave 6.

このようにしてコリメートされたビームは、波面が平ら
であるので、レンズ7によって一点に回折限界で一点に
絞り込まれたスポットとしてフォーカスされる。
Since the beam thus collimated has a flat wavefront, it is focused by the lens 7 as a spot narrowed down to a single point by the diffraction limit.

第3図は第2の実施例である。すなわち、半導体レーザ
からのビーム1をファイバー状の非線型光学導波路3に
入射せしめ,チェレンコフビーム4を発生せしめる。フ
ァイバ8の端面には、同心円状の回折格子5が刻まれて
おり、コーン状のチェレンコフビームは回折されて平行
光9となりレンズによってフォーカス可能となる。
FIG. 3 shows a second embodiment. That is, a beam 1 from a semiconductor laser is made incident on a fiber-shaped nonlinear optical waveguide 3 to generate a Cerenkov beam 4. A concentric diffraction grating 5 is carved on the end face of the fiber 8, and the cone-shaped Cerenkov beam is diffracted into parallel light 9, which can be focused by a lens.

第4図は本発明の第3の実施例である。すなわち、チェ
レンコフビームの射出端面工Oを、導波路の入射端面7
を中心とする球面に加工しておき、その上に回折格子5
を刻むものとする。このようにすれば、回折格子の中心
と、導波路とが、位置的に多少ずれたり、傾いたりして
も、コリメートされたビーム6は良い平面度を保った平
行光とすることができる. 第5図は本発明の第4の実施例である。すなわち,出射
端面10を、導波路の中心7を中心とする球面とするこ
とにより、正弦条件を満足させ、ファイバの中心と回折
格子の同心円の中心がずれたり、傾いたりしても、平面
度の高い平行ビーム6を得ることができる。
FIG. 4 shows a third embodiment of the invention. In other words, the exit end surface O of the Cerenkov beam is changed to the entrance end surface 7 of the waveguide.
is processed into a spherical surface centered on , and a diffraction grating 5 is placed on top of it.
shall be engraved. In this way, even if the center of the diffraction grating and the waveguide are slightly shifted or tilted, the collimated beam 6 can be made into parallel light that maintains good flatness. FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention. In other words, by making the output end face 10 a spherical surface centered on the center 7 of the waveguide, the sine condition is satisfied, and even if the center of the fiber and the center of the concentric circle of the diffraction grating are shifted or tilted, the flatness is maintained. A parallel beam 6 with a high angle can be obtained.

以上述べて来た同心円状の回折格子は,例えばルーリン
グエンジンによる機械刻線、あるいは、電子線ビームに
よるエッチングプロセスなどを経て、形戊することがで
きる。
The concentric diffraction gratings described above can be shaped by, for example, mechanical scoring using a ruling engine or an etching process using an electron beam.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、本発明によれば、第2次高調波発生時の
位相整合が容易なチェレンコフ放射がコーン状で発せら
れていても、平面度の高い、コリメートされた平面波が
得られるため、これをレンズで回折限界のスポットにフ
ォーカスすることが可能となり、共情報処理機器への応
用が可能となる.これにより例えば、光ディスクの記録
密度を4倍以上向上すること、あるいは,レーザビーム
プリンタの印字解像度を従来の2倍に高めることが可能
となる。
As described above, according to the present invention, a collimated plane wave with high flatness can be obtained even if Cerenkov radiation, which is easy to phase match when generating the second harmonic, is emitted in a cone shape. It becomes possible to focus this on a diffraction-limited spot using a lens, making it possible to apply it to common information processing equipment. This makes it possible, for example, to increase the recording density of an optical disk by four times or more, or to increase the printing resolution of a laser beam printer to twice that of the conventional technology.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第l図は本発明の一実施例の第2次高調波発生装置の概
略斜視図,第2図は従来例の装置の斜視図、第3図乃至
第5図は本発明の他の実施例の第2次高調波発生装置の
概略斜視図である。 1・・・半導体レーザビーム、2・・・非線型光学結晶
、3・・・導波路、4・・・チェレンコフビーム、5・
・・回折格子、6・・・平行ビーム、7・・・レンズ、
8・・・ファイバクラッド、9・・・平行ビーム、1o
・・・球面。 第 Z 口 l 猶 羊 回 3 5 回
FIG. 1 is a schematic perspective view of a second harmonic generator according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a conventional device, and FIGS. 3 to 5 are other embodiments of the present invention. FIG. 2 is a schematic perspective view of a second harmonic generator. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Semiconductor laser beam, 2... Nonlinear optical crystal, 3... Waveguide, 4... Cerenkov beam, 5...
...Diffraction grating, 6...Parallel beam, 7...Lens,
8...Fiber cladding, 9...Parallel beam, 1o
...Spherical surface. Part Z Part 1: 3rd and 5th time

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、非線形光学材料からなる単一または複数本のファイ
バあるいは導波路と、該ファイバあるいは導波路からの
第2次高調次チエレンコフビームを集光するコリメータ
とを有し、該コリメータを回折格子とすることを特徴と
する第2次高調波発生装置。 2、該回折格子をファイバクラッド端面あるいは導波路
基板端面に刻むことを特徴とする第2次高調波発生装置
。 3、該ファイバクラッド端面あるいは導波路基板端面を
球面とし、該球面上に該回折格子を刻むことを特徴とす
る第2次高調波発生装置。
[Claims] 1. Comprising a single or multiple fibers or waveguides made of a nonlinear optical material, and a collimator for condensing a second harmonic Thierenkov beam from the fibers or waveguides. , a second harmonic generation device characterized in that the collimator is a diffraction grating. 2. A second harmonic generation device characterized in that the diffraction grating is carved on the end face of a fiber cladding or the end face of a waveguide substrate. 3. A second harmonic generation device characterized in that the end face of the fiber cladding or the end face of the waveguide substrate is a spherical surface, and the diffraction grating is carved on the spherical surface.
JP1304605A 1989-11-27 1989-11-27 Second harmonic generator Pending JPH03166529A (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
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US07/618,406 US5117433A (en) 1989-11-27 1990-11-27 Second harmonic generator for obtaining an aberration free plane wave and information processing system using the same

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003098691A3 (en) * 2002-05-17 2004-09-16 Elam T Ltd Display

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