JPH041615A - 光波長変換モジュール - Google Patents

光波長変換モジュール

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JPH041615A
JPH041615A JP10201390A JP10201390A JPH041615A JP H041615 A JPH041615 A JP H041615A JP 10201390 A JP10201390 A JP 10201390A JP 10201390 A JP10201390 A JP 10201390A JP H041615 A JPH041615 A JP H041615A
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JP
Japan
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wavelength conversion
axis
core
optical wavelength
hmn
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Application number
JP10201390A
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English (en)
Inventor
Akinori Harada
明憲 原田
Yoji Okazaki
洋二 岡崎
Takayuki Kato
隆之 加藤
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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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、光源から発生させた少なくとも1つの基本波
を、光波長変換素子によって172の波長の第2高調波
、あるいはその和周波等に変換する光波長変換モジュー
ルに関するものである。
(従来の技術) 従来より、非線形光学材料による第2高調波発生を利用
して、レーザー光を波長変換(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、クラッド内に非線形光学材料からなる
コアが充てんされた先ファイバーであり、特開昭64−
23232号公報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。
上述のようなファイバー型の光波長変換素子の波長変換
効率を高めるためには、非線形光学定数の高い光学材料
をコアとして用いることが望ましい。非線形光学定数の
高い光学材料としては従来より、例えば特開昭60−2
50334号公報等に示されるMNA (2−メチル−
4−ニトロアニリン)、J、Opt、Soc、Am、B
  Vol。
4  p977 (1987)に記載されているNPP
 (N−(4−ニトロフェニル)−L−プロリノール)
 、NPAN (N−(4−ニトロフェニル)−N−メ
チルアミノアセトニトリル)等が知られている。
(発明が解決しようとする課題) しかし上記のような非線形光学飼料を用いてファイバー
型の光波長変換素子を形成する場合、各材料の最大の非
線形光学定数を利用し得る方向に結晶が配向しないので
、結局その光波長変換素子の波長変換効率はさほど高く
ないものとなってしまう。
また光波長変換素子の波長変換効率は素子が長いほど高
くなるが、上述のような材料は均一な単結晶を得るのが
難しく、そのため長い光波長変換素子を作成するのには
不向きであるという問題もある。
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
、波長変換効率が高く、そして青色領域の波長変換波も
容品に得ることができる光波長変換モジュールを提供す
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モジュールは、先に述べたようなフ
ァイバー型の光波長変換素子と光M装置とから構成され
たものであり、上記光波長変換素子のコアとしては下記
の分子式 で示される非線形光学材料(4−ヒドロキシ−3−メト
キシベンゾニトリル二以下、HMNと称する)を単結晶
状態にして用い、またこのコアを構成するHMNの結晶
配向方向を、そのa軸が略コアの長軸方向に延びる向き
に設定し、一方光源装置は、上記a軸と直交する結晶の
略す軸あるいは略C軸の方向に直線偏光したW本渡を光
波長変換素子に入射させるように構成したことを特徴と
するものである。
(作  用) 上記HMNは、これまで、実際にファイバー型の光波長
変換素子を形成する上で、結晶配向をどのように設定し
、またそこに入射させる基本波の偏光方向をどのような
向きに設定すれば高い波長変換効率が得られるかは、不
明であった。
以下、上述のように非線形光学材料の結晶配向および基
本波の直線偏光方向を設定することにより、高い波長変
換効率が得られる点について説明する。
上記HMNのバルク結晶構造を、第2図に示す。
その結晶は斜方晶系をなし、魚群mm2空間群Fdd2
である。また、各格子定数はa−29,78人、b−4
9,20人、cm4.07人である。したがって非線形
光学定数のテンソルは、 となる。ここで631は、第2図に示すように結晶軸a
、bScに対して定まる光学軸x、y、zを考えたとき
、X方向に直線偏光した光(以下、X偏光という。Y、
Zについても同様。)を基本波として入射させてZ偏光
の波長変換波を取り出す場合の非線形光学定数であり、
同様にd32はY偏光の基本波を入射させてZ偏光の波
長変換波を取り出す場合の非線形光学定数、d33はZ
偏光の基本波を入射させてZ偏光の波長変換波を取り出
す場合の非線形光学定数、d24はYとZ偏光の基本波
を入射させてY偏光の波長変換波を取り出す場合の非線
形光学定数、d15はXと2偏光の基本波を入射させて
X偏光の波長変換波を取り出す場合の非線形光学定数で
ある。
各非線形光学定数の大きさを下表に示す。
なお上の表における値は、X線結晶構造解析による値で
あり、単位は[Pm/V]である。この表からd32、
d33、d24、d15が大きな値をとりうろことが分
かる。そこで第3図に示すように、HMNからなるコア
11をクラッド12内に充てんさせてファイバー型の光
波長変換素子10を形成するに当り、HMNの結晶をそ
のa軸(光学軸ではX軸)がコア軸方向に延びるように
配向させた上で(これは以下に記す方法で実現可能であ
る)、この光波長変換素子10に結晶のb軸(光学軸で
はY軸)あるいはC軸(光学軸ではZ軸)の方向に直線
偏光した基本波を入射させれば、上述した大きな非線形
光学定数d3□、d33を利用できることになる。
なお非線形光学定数624を利用するためには、752
両偏光の基本波を、そして非線形光学定数d15を利用
するためには、XlZ両偏光の基本波をファイバー型光
波長変換素子に入力する必要かあるので、HMNの屈折
率異方性のため、シングルモード化して高効率化を図る
ことが困難である。
それに対してY偏光あるいはZ偏光の基本波をファイバ
ー型光波長変換素子に入力させる場合は、十分にシング
ルモード化可能で高効率化を図ることができる。
また、HMNのバルク結晶(厚さ1mm)の透過スペク
トルを第4図に示すが、図示されるようにこのHMNは
、波長350nm近辺の光を多く吸収することがない。
したがって、このHMNをコアとして用いた光波長変換
素子によれば、青紫色領域の波長変換波を効率良く発生
させることができる。
(実 施 例) 〈第1実施例〉 第1図は本発明の第1実施例による光波長変換モジュー
ルを示している。この光波長変換モジュールは、ファイ
バー型の光波長変換素子10と、この光波長変換素子l
Oに基本波を入力させる光源装置20とから構成されて
いる。
ここで、上記光波長変換素子IOの作成方法について説
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5F15ガラスからなり、外径が100μ
m程度で、中空部の径が2μmのものである。そして第
5図に示すように、炉内等においてHMNを融液状態に
保ち、この融液11’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HMN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11
’ の温度は、HMNの分解を防止するため、その融点
(88℃)よりも作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HMNが多結晶化する。
次いでこの光ファイバー12°を、HMNの融点より高
い温度(例えば91℃)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HMNを炉外への引出し部分から単結晶化
させる。それにより、50mm以上もの長い範囲に亘っ
て61結晶状態となり、結晶方位も一定に揃ったコア1
1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(なる。
上述のようにしてHMNをガラスファイバー12゜内に
単結晶状態で充てんさせると、その結晶配向状態は第3
図図示のように、a軸(光学軸はX軸)がコア軸方向に
延びる状態となる。
なお上記のようにしてHMNを単結晶化させるためには
、例えば特開昭64−35424号公報に示されるよう
なブリッジマン炉を用いる方法が利用可能である。また
ガラスファイバー12’ の引出し速度は、例えば5 
m m / h程度とするとよい。
以上述べたようにしてコア11を充てんした後、ガラス
ファイバー12°の両端をファイバーカッターで切断し
て、長さ10mmの光波長変換素子10を形成した。第
1図図示のように、この光波長変換素子IOを光源装置
20と組み合わせて光波長変換モジュールが構成される
。本実施例においては、基本波を発生する光源として半
導体レーザー21が用いられており、そこから発せられ
た波長820nmのレーザー光(基本波)15はコリメ
ートレンズ22によって平行ビーム化され、次いでアナ
モルフィックプリズムベアー23およびλ/2板25に
通され、集光レンズ26で小さなビームスポットに絞ら
れた上で、光波長変換素子10の入射端面10aに照射
される。それにより、この基本波I5が光波長変換索子
10内に入射する。
前述した通り、コア11を構成するHMNは、X軸がコ
ア軸方向に延びる結晶配向状態となっており、一方本例
では、光源装置20のλ/2板25を回転させることに
より、Y偏光状態の基本波15を光波長変換素子lOに
入力させる。
光波長変換素子10内に入射した基本波I5は、コア1
1を構成するHMNにより、波長が1/2 (−410
nm)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と周囲媒質との界面で全反
射を繰り返して素子lO内を進行し、U水波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位相整合が取られる(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゛ と基本波15とが混合したビーム15”
が出射する。この出射ビーム15″は、集光レンズ27
に通されて集光された後、上記410nmの第2高調波
15″は良好に透過させる一方、8200mの基本波I
5は吸収するバンドパスフィルター28に通され、第2
高調波15″のみが取り出される。
偏光板等を使用して、上記第2高調波15′ はZ偏光
であることが確認された。つまり本例では、前述したH
MNの非線形光学定数632が利用されている。この第
2高調波15’ の光強度を光パワーメータ29で1i
jJ定して、波長変換効率を求めたところ、IW換算で
約1%であった。
く第2実施例〉 クラッドを構成するガラスファイバーとしてSF9ガラ
スからなるものを用い、他の条件は第1実施例と同様に
して、HMNをコアとする光波長変換素子を作成した。
なお本実施例でも、HMNの結晶はa軸がコア軸方向に
延びるように配向される。
この光波長変換素子に、波長11064nのZ偏光した
YAGレーザー光を基本波として入力させたところ、Z
偏光の第2高調波発生が確認された。つまりこの場合は
、HMNの非線形光学定数d33が利用される。このと
きの波長変換効率は、第1実施例におけるのと同様、I
W換算で約1%であった。
〈第3実施例〉 クラッドを構成するガラスファイバーとしてSF8ガラ
スからなるものを用い、他の条件は第1実施例と同様に
して、HMNをコアとする光波長変換素子を作成した。
なお本実施例でも、I(MNの結晶はa軸がコア軸方向
に延びるように配向される。
この光波長変換素子に、波長11064nのY偏光した
YAGレーザー光を基本波として入力させたところ、Z
偏光の第2高調波発生が確認された。つまりこの場合は
、HMNの非線形光学定数632が利用される。このと
きの波長変換効率は、第1実施例におけるのと同様に、
IW換算で約1%であった。
(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モジュール
によれば、HMNが有する高い非線形光学定数を実際に
ファイバー型の非線形光学材料において利用可能で、し
かも光波長変換素子を充分に長く形成可能であるので、
極めて高い波長変換効率を実現できる。またHMNは3
30nmよりも短波長側に吸収端を有するものであるか
ら、この光波長変換モジュールによれば、例えば波長が
800nm以下程度のレーザー光を基本波として用いて
、青紫色領域の波長変換波を効率良く取り出すことも可
能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例を示す概略図、第2図は、
本発明に用いられるHMNのバルク結晶構造図、 第3図は、本発明に係る光波長変換素子におけるコアの
結晶配向を示す概略図、 第4図は、上記HMNの透過スペクトルを示すグラフ、 第5図は、本発明に係る光波長変換素子を作成する方法
を説明する説明図である。 10・・・光波長変換素子   l】・・・コア11’
 ・・・HM N Fa液12−・・クラッド12°・
・・ガラスファイバー 15・・・基本波15’ ・・
・第2高調波    20・・・光源装置21・・・半
導体レーザー   22・・・コリメートレンズ23・
・・アナモルフィックプリズムペアー25・・・λ/2
板      26.27・・・集光レンズ第1図 第4図 第2図 第3図 汲4(nm)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 クラッド内に下記の分子式 ▲数式、化学式、表等があります▼ で示される単結晶の非線形光学材料がコアとして充てん
    され、該光学材料の結晶がそのa軸が略コア軸方向に延
    びるように配向されてなる光波長変換素子と、 この光波長変換素子に、前記a軸と直交する結晶の略b
    軸あるいは略c軸の方向に直線偏光した基本波を入射さ
    せる光源装置とからなる光波長変換モジュール。
JP10201390A 1990-04-18 1990-04-18 光波長変換モジュール Pending JPH041615A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017159696A1 (ja) * 2016-03-18 2017-09-21 株式会社小糸製作所 蛍光部材および発光モジュール

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