JPH03194522A - ２次高調波発生素子 - 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、たとえば光ディスクに対する情報の書込／読
出のための光源装置などで用いられる２次高調波発生素
子に関する。

〈従来の技術〉 たとえば、光ディスクへの情報の読出／書込のために用
いられる光源装置において、非線形光学材料を用いて入
射レーザ光の２次高調波を発生させ、この２次高調波を
続出／書込用の光として利用するようにしたものが従来
から用いられている。

入射レーザ光の２次高調波を発生させる２次高調波発生
素子においては、集光特性の向上のために光ファイバ型
に構成することが従来から提案されており、その基本的
な構成は第２図に示されている。

この２次高調波発生素子１０は、ガラスなどで構成した
円筒状のクラッド１２の内部に非線形光学材料で構成し
たコア１１を形成して、その一端から半導体レーザ光源
などからの基本波Ｌ１を入射するようにしたものである
。コア１１に用いられる非線形光学材料としては、たと
えばＫＨ２ＰＯ４Ｌ　ｉ　ＮｂＯ３などの無機材料や、
２−メチル−４−ニトロアニリン（ＭＮＡ）などの大き
な非線形光学定数を有する有機材料が適用可能である。

コア１１に基本波Ｌ１が入射すると、チェレンコフ放射
により、２次高調波Ｌ２がクラッド１２に向けて、光軸
Ａ１に対して角度θ！　（以下「放射角θ、」という。

）をなす方向に放射される。

放射された２次高調波Ｌ２は、クラッド１２中を円錐状
の波面を有して進み、２次高調波発生素子１０の端面１
０ａで空気とクラッド１２との屈折率差に対応した偏向
を受けた後に、光軸Ａ１に対して角度θ。（以下「出射
角θ。」という。）をなす方向に出射する。このように
して出射した２次高調波Ｌ２は、リング状のファーフィ
ールドパターン１３を形成する。

コア１１からクラッド１２への２次高調波Ｌ２の放射角
θゎは、基本波Ｌ１に対するコア１１の実効屈折率ｎｕ
１１（ω）と、２次高調波Ｌ２に対するクラッド１２の
屈折率Ｎ（２ω）とによって上記第（１）式で表される
ことが知られている。なお、ωは基本波Ｌ１の角振動数
である。

また、ファイバ端からの２次高調波Ｌ２の出射角θ。と
上記放射角θ１とは、 ｓｉｎθ、　−Ｎ　（２ω）　　　５ｉｎｏｔ−（２）
なる関係（スネルの法則）を満たすので、・・・　（３
） が得られる。

この出射角θ。を有して出射した円錐状の波面を有する
２次高調波Ｌ２は、第３図図示のように、円錐面１５ａ
を有するコリメータレンズ１５を用いて平行光線Ｌ２ａ
にコリメートすることができる。この平行光線Ｌ２ａは
、たとえば球面レンズ（図示せず。）を用いて回折限界
まで集光できることが知られており、この集光した光は
、光ディスクに対する書込／読出のための光などとして
用いることができる。なお、上記コリメータレンズ１５
は、頂角２αおよび屈折率ｎが、て放射されるためであ
る。

なる関係を満たすものであり、このようなコリメータレ
ンズ１５では、２次高調波Ｌ２のファイバ端からの出射
角θ。が１０″以内の場合、θ。の変動Δθ。が、 Δθｏ　１≦０．４°　　　　　　　・・・　（５）の
範囲であれば、２次高調波Ｌ２を良好にコリメートでき
ることが知られている。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、上記のような２次高調波発生素子１０におい
て、コア１１からクラッド１２に放射される２次高調波
Ｌ２は、上記の放射角θ９方向にのみ放射されるわけで
はなく、光軸Ａ１との間の角度θに対して上記第（６）
式で示される強度分布を有している。これは、ファイバ
長が有限であるため、放射角θ、の方向以外の方向に放
射される放射波の位相が充分に打ち消し合わず、ファイ
バ端からの２次高調波Ｌ２は一定の角度分布をもっｋ　
２　（Ｎ　（２ω）ｃｏｓＯ−ｎ　ｅｌ＋　　（ω）　
　ｌ　　２Ｌ２・・・　（６） ただし、ｋ−２π／λ（λは基本波Ｌ１の波長）であり
、Ｌは２次高調波発生素子の長さである（第２図参照）
。この強度分布は、第４図にｃｏｓＯの関数として示さ
れており、この第４図から判るように２次高調波Ｌ２は
、 を中心として、 λ Δ（ｃｏｓＯ）　■ Ｎ（２ω）　・　Ｌ なる拡がりを有している。

上記第（８）式から放射角θの拡がり ス ・・・　（８） Δ　θ は、 で与えられることになる。

一方、スネルの法則から、 Ｎ（２”　）ｓｉｎθ−５ｉｎθ０ であるので、 ・・・（１０） ・・・（１１） となる。また、 ・・・（１２） であるから、 ・・・（１３） さらに、上記第（９）式および第（１ｏ）式がら、λ であるので、結局、ファイバ端から出射した２次高調波
Ｌ２の出射角θ。の拡がり１Δθｏ　１は、・・・（１
４） で与えられる。このように、ファイバ端がう出射される
２次高調波Ｌ２の出射角θ。は上記の拡がり１Δθｏ　
１を有して（する。

たとえば、ファイバ長しが小さい場合には、２次高調波
の位相が素子内で充分に揃わないため、上記の拡がり１
Δθ。１が大きな２次高調波Ｌ２がファイバ端から出射
されることになる。このため、純粋な円錐状波面から球
面状波面に近付いてくる。そして拡がり１Δθｏ　１が
上記第（５）式の値を超える場合、すなわち、 １Δθｏ　Ｉ　＞０．４＠−（１５） である場合には、円錐状のコリメータレンズを用いても
２次高調波Ｌ２を良好にコリメートすることができない
という問題が生じる。

そこで、本発明は、上述の技術的課題を解決し、出射さ
れる２次高調波のコリメートを良好に行うことができる
２次高調波発生素子を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 第１図は本発明の２次高調波発生素子の基本構成を示す
図である。この２次高調波発生素子２１はガラスからな
る円筒状のクラッド２１ｂの内部に非線形光学材料から
なるコア２１ａを形成したものであり、その一端側から
は半導体レーザ光源など（図示せず。）からのレーザ光
Ｊ１がコア２１ａに入射される。コア２１ａの各点から
は、チェレンコフ放射によって、レーザ光Ｊ１の２次高
調波が発生する。コア２１ａの各点から発生した２次高
調波はクラッド２１ｂ内を円錐状の波面を有して進み、
２次高調波発生素子２１のファイバ端面から当該２次高
調波発生素子２１の光軸Ｂ１に対して角度θ。（以下「
出射角θ。」という。）をなす方向に２次高調波Ｊ２と
して出射する。

本発明では、２次高調波発生素子のファイバ長しは、入
射レーザ光４１（角振動数−ω）の波長をλとし、クラ
ッド２１ｂを構成するガラスの２次高調波（角振動数−
２ω）に対する屈折率をＮ（２ω）として、上記第（１
６）式を満たすように選ばれ、また出射角θ。が１０度
以内となるように、クラッド２１ｂの材料が選ばれる。

・・・（１６） く作用〉 ファイバ長りが上記第（１６）式を満たせば、２次高調
波Ｊ２の出射角θ０を中心とした拡がり１Δθ。１は、 ・・・（１７） を満たす。したがって、２次高調波Ｊ２の拡がり１Δθ
。１は、第３図図示の円錐形状のコリメータレンズ１５
によるコリメートが良好に行われる範囲（上記第（５）
式の範囲）内の値となる。出射角θ。を１０度以内とす
るのは、レーザ光Ｊ１がら２次高調波Ｊ２への変換効率
を高めるためである。

〈実施例〉 実施例ｌ ５Ｆ１５ガラスからなる内径１．１μｍの毛細管内に、
３．５−ジメチル−１−（４−ニトロフェニル）ピラゾ
ール単結晶を成長させ、これを長さ５ｍ１こ切り出して
光ファイバ型の２次高調波発生素子を作成した。３．５
−ジメチル−１−（４ニトロフエニル）ピラゾール単結
晶の成長は、上記ガラス毛細管内に毛細管現象を利用し
て融液を吸い上げ、次いでその一端側から徐冷して結晶
化するいわゆるブリッジマン法により行った。

このようにして作成した２次高調波発生素子の一端側か
ら、波長０．８３μｍの半導体レーザ光をそのコア（３
，５−ジメチル−１−（４−ニトロフェニル）ピラゾー
ル単結晶）に入射したところ、波長０．４１５μｍの２
次高調波がファイバ端から出射角４．５”で出射した。

なお、波長０．４１５μｍの光に対する５Ｆ１５ガラス
の屈折率は、１．７３７である。

この場合に、２次高調波の拡がり角を測定したところ、
０．２°　（≦０．４＠）であった。また、２次高調波
発生素子をファイバ長１１ＩＩとして構成した場合には
、２次高調波の拡がり角は１．１”であった。したがっ
てファイバ長を１ｓ＋ｎとした場合には、第３図図示の
ような円錐状のコリメータレンズ１５では２次高調波を
良好にコリメートすることができない。

実施例２ ４−　（Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノ）−３−アセトアミド
−ニトロベンゼン単結晶を、内径が１．５μｍの５Ｆ１
５ガラス毛細管内にブリッジマン法により成長させ、こ
れを長さ４■に切り出して、２次高調波発生素子を作成
した。

この素子のコア（４−（Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノ）−３
−アセトアミド−ニトロベンゼン単結晶）に、波長１．
０６４ｔｔｍのＮｄ　：　ＹＡＧレーザ光を入射したと
ころ、波長０．５３２μｍの２次高調波がファイバ端か
ら出射角７．０”で出射した。

なお、波長０．５３２μｍの光に対する５Ｆ１５ガラス
の屈折率は１．７０７である。

この場合に、２次高調波の拡がり角を測定したところ０
．２”　　（≦０．４”）であった。

〈発明の効果〉 本発明の２次高調波発生素子によれば、ファイバ端から
出射した２次高調波の拡がり角が充分に抑えられるので
、出射した２次高調波のコリメートが良好に行われるよ
うになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の２次高調波発生素子の基本構成を示す
図、 第２図は従来から用いられている２次高調波発生素子の
基本的な構成を示す簡略化した斜視図、第３図は２次高
調波をコリメートするための構成を簡略化して示す図、 第４図は２次高調波の強度分布を示す図である。 ２１・・・２次高調波発生素子、２１ａ・・・コア、２
１ｂ・・・クラッド、Ｊｌ・・・レーザ光、Ｊ２・・・
２次高調波、Ｂ１・・・光軸 ２次高調波発生素子 コア クラッド レーザ光 ２次高調波

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非線形光学材料をコアとする光ファイ バ型に構成され、前記コアにレーザ光を入射してチェレ
   ンコフ放射により前記レーザ光の２次高調波を発生させ
   、この２次高調波をファイバ端面から出射させるように
   した２次高調波発生素子において、 ファイバ長Ｌが、入射レーザ光の波長をλ とし、クラッドの２次高調波に対する屈折率をＮ（２ω
   ）とし、２次高調波の出射方向と光軸とのなす角度をθ
   ＿０として、 Ｌ≧√｛Ｎ（２ω）｝＾２−ｓｉｎ＾２θ＿０／ｓｉｎ
   θ＿０・ｃｏｓθ＿０・λ・１８０／０．４πを満たし
   、かつ前記角度θ＿０が１０度以内であることを特徴と
   する２次高調波発生素子。