JPH0436732A - 波長変換装置 - 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】 技術分野 本発明は、このチェレンコフ放射型位相整合を用いた波
長変換装置に関する。

背景技術 非線形光学結晶のコアと該コアを囲繞するクラッドから
なる光ファイバー（以下ファイバーという）の形状で形
成してチェレンコフ放射型位相整合を用いる光波長変換
素子が知られている。この光波長変換素子は、光フアイ
バー型の第２高調波発生素子（Ｓｅｃｏｎｄ　Ｈａｒｍ
ｏｎｌｃｓ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）　　（以下ＳＨＧと
いう）としても知られている。チェレンコフ放射方式で
は、はとんど自動的に光の位相整合のとれた第２高調波
（以下、ＳＨ波という）の発生が可能であるので、ＳＨ
Ｇは光波長変換装置などに応用される。

第４図に示すように、光波長変換装置の一例においては
、半導体レーザ１と、半導体レーザから放射される光を
集光しＳＨＧの端面に光を注入するためのカップリング
レンズ２と、コアを非線形光学結晶で構成した５ＨＧ３
と、５ＨＧ３で変換され放射されたＳＨ波の波面を整形
しＳＨ波を平行光束にするためのアキシコン４とにより
構成されている。

第５図はかかるＳＨＧの動作の概念図であり、このＳＨ
Ｇは円柱状のコア１０と該コア１０を同心円的に囲繞す
る円筒状のクラッド層２０とからなる。

第５図において、基本波モードが実効屈折率Ｎ（ω）を
もったコア１０中を図中左から右へ伝播すると、ＳＨ波
を発生する非線形分極波も同一の位相速度Ｃ／Ｎ　（ω
）（Ｃ：光速）をもって伝播する。この非線形分極波が
図のＡ点で導波方向とθの角度をなす方向にＳＨ波を発
生し、単位時間後、Ｂ点で前と同様に、θ方向に再びＳ
Ｈ波を発生したとする。Ａ点で発生したＳＨ波が例えば
クラッド層２０中を伝播して単位時間後Ｃ点に達し、θ
がＡＣとＢＣの直交するような角度であれば、非線形分
極波がＡＢ間で発生したＳＨ波の波面はＢＣとなり、結
局、コヒーレントなＳＨ波が生成されたことになる。

このようにして発生したＳＨ波は、第６図に示すように
クラッド層２０と空気の境界で全反射を繰り返すクラッ
ド・モードとして伝播し、ファイバ一端面からθで決ま
る方向に円錐状に出射される。また、このようにして出
射されたＳＨ波の出射波面の等位相面はファイバーの中
心軸を軸としだ円錐状になっている。

上記ＳＨＧで用いられる非線形材料は、半導体レーザの
半分の波長の光を吸収しない事が望ましい。しかしこの
様な材料で、非線形定数が大きな材料は未だ見いだされ
ず、せいぜい非線形定数が１００ｐＩｌｌ／Ｖ程度であ
る。また−次光源に用いる半導体レーザの出力も、高々
５０〜６０＋ｎｖである、またカップリングレンズによ
りカップリングされる光のカップリング効率も、高々４
０〜５０％であり、これらの結果として、波長変換効率
（放射される第２高調波のパワー／半導体レーザの出力
）は高々０，５％程度にしか達成されていない。

また高出力を得るために細くて長いＳＨＧを作製した場
合、コア径あるいはクラツド径の製作誤差や、コアやク
ラッドの屈折率の誤差等で位相整合を達成させることは
困難である。そのためＳＨＧからなる波長変換装置の波
長変換効率は実際に作製するとそれほど効率の良いもの
ができないという欠点があった。

発明の概要 ［発明の目的コ 本発明はこれらの欠点を改善するために成されたもので
あり、本発明の目的は、変換効率の高い光波長変換装置
を提供するものである。

［発明の構成コ 本発明の波長変換装置は、非線形光学結晶からなるコア
及び該コアを囲繞するクラッドから２Ｊるファイバー型
波長変換素子と、レーザ光源から放射されるレーザ光を
集光し前記ファイバー型波長変換素子にレーザ光を注入
するカップリングレンズと、前記ファイバー型波長変換
素子で変換され放射された第２高調波光の波面を整形し
て、第２高調波を平行光束にするアキシコンとからなる
波長変換装置であって、前記ファイバー型波長変換素子
の出力端面に形成されてレーザ光を反射し第２高調波を
透過する出力反射膜と、前記カップリングレンズの前記
ファイバー型波長変換素子側のレンズ面に形成されかつ
レーザ光を反射する入力反射膜と、前記クラッドを挾む
少なくとも一対の電極に接続され、かつ前記ファイバー
型波長変換素子の入力端面から露出する第２高調波を受
光しその強度に応じた信号を出力する光電変換素子から
の信号に対応して前記電極へ電圧を印加し前記コアの屈
折率を変化させる電気光学効果制御手段を有しているこ
とを特徴とする。

［発明の作用］ 本発明によれば、一対の入出力反射膜からなる光共振器
によって光パワーを増大させ、さらに、変換されたＳＨ
波の出力変動を、一対の電極への印加電圧を制御してコ
ア材料の電気光学効果によりコア材料の屈折率を僅かに
変化させることによって、光共振器の共振条件を安定さ
せることができる。

実施例 以下、本発明の実施例を図に基づいて詳細に説明する。

第１図は本実施例の波長変換装置の概略を示し、第５図
と同一の部材は同一の符号により表されている。該装置
は、半導体レーザ１と、半導体レーザから放射される光
を集光しファイバー型波長変換素子に光を注入するため
のカップリングレンズ２と、コアを非線形結晶で構成し
たファイバー型波長変換素子３と、波長変換素子で変換
され放射されたＳＨ波の波面を整形しかつＳＨ波を平行
光束にするためのアキシコンとからなる短波長光源モジ
ュールを有している。

第２図は、５ＨＧ３の斜視図である。このＳＲＧは非線
形光学結晶で構成した円柱状のコア１０と該コア１０を
同心円的に囲繞する円筒状のクラッド層２０と、クラッ
ド層２０をその直径方向において挾む少なくとも一対の
電極３０とからなる。

第２図に示すように電極３０は所定の制御回路４０に接
続され、この一対の電極３０間には、所定の電圧が印加
され得る。このように、印加電圧を変化させてコア１０
に充填した非線形材料の電気光学効果を利用してコア材
料の屈折率を僅かに変化させる。

次に、本実施例においては、カップリングレンズを構成
するレンズ面Ａに半導体レーザからの一次光を反射する
反射率γ１の入力反射膜２ａをコーティングし、更にフ
ァイバー型波長変換素子３の出射側の端面にもこの一次
光を反射する反射率γ２の入力反射膜３ａをコーティン
グする。この入力反射面２ａはアプラナティック面すな
わち光線と面法線が一致するものであり、よって屈折光
と反射光は同一径路を通る。またこれら入出力反射膜２
ａ、３ａは、それぞれフッ化マグネシウム（Ｍｇ、Ｆ２
　）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ケイ素（Ｓｉ
Ｏ２）等の誘電体からなる薄膜である。

二つの反射面２ａ、３ａにより半導体レーザ波長の光に
関しては外部光共振器を構成し、その中にＳＨＧが置か
れる。この様な構成を取れば、光共振器に蓄えられる一
次光の光パワーを非常に大きくすることができる。従っ
て、ファイバー型波長変換素子のコアにより大きなパワ
ーのレーザー光を供給することができ、変換効率を向上
させることができる。しかしながら光共振器にエネルギ
ーを溜める条件は、半導体レーザの波長により定められ
る為、波長変動に対し安定性を欠くことになる。そこで
ＳＨＧに設けた一対の電極３０に電気光学効果制御回路
４０から電圧を加え、コアに充填した非線形材料の電気
光学効果を利用し、コア材料の屈折率を制御し、回路４
０に接続された光電変換素子５０によりＳＨＧの入力端
面から漏出するＳＨ波の出力をモニタしながら、その出
力に応じて光共振器の共振条件を満足させる。

一対の電極による電界印加によるＳＨＧの屈折率を変化
させ位相整合をなす技術は、本出願人による特願平２−
７８４８０号明細書に開示されている。かかる技術は、
次のように説明される。クラッドとコアの境界の存在を
考慮し、クラツド径を実際のファイバーのように有限に
し、電磁界を解析した結果、ＳＨ波はクラッドを伝播す
る離散的なモードの重ね合わせで表される。このような
モードの等価屈折率は僅かに量だけ異なって非常に多く
存在する。このようなモードのうち、非線形分極波の伝
搬速度に非常に近いモードにエネルギーが移り、ＳＨ波
が伝搬する。これはＳＨ波がコア中を伝搬し導波した一
次光と同じくコア中を伝搬し導波するＳＨ波光との間で
位相整合を行う、モード−モード位相整合の場合のＳＨ
Ｇと非常に良く似ている。しかしながら、モード−モー
ド位相整合の場合導波された一次光の等価屈折率と等し
い等価屈折率を持つコアを導波する二次光のモードを存
在させるためには、コア径や屈折率を非常に厳しく管理
しなければならない。

ところが、チェレンコフ放射型位相整合を用いているた
め、一対の電極による電界印加によるＳＨＧの屈折率を
変化させ位相整合をなすべきクラッドを導波するクラッ
ドモードは、極めて密に存在する。従って、光共振器の
共振条件を満足させるために一対の電極間の電界印加に
より、電気光学効果等で屈折率を僅かに変化させた場合
でも位相整合はほぼ達成され、光共振器による一次光の
エンバンス効果とともに高能率な波長変換装置が提供さ
れる。

発明の効果 以上の如く、本発明によれば、ＳＨＧの入力端面を挟む
一対の反射膜からなる光共振器を有し、さらにクラッド
を挾む少なくとも一対の電極が設けられたＳＨＧをも有
するので、入力レーザパワーを増加させかつ等偏屈折率
とを一致させるようにクラッド及びコアに電界を印加す
ることにより、ＳＨ波の出力を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による波長変換装置の概略図、第２図は
ＳＨＧの斜視図、第３図はＳＨＧの入力端面とアキシコ
ンの入力反射膜を有するアプラナティック面の拡大断面
図、第４図はＳＨＧを用いた短波長光源の概略図、第５
図及び第６図はＳＨＧの概略断面図である。 主要部分の符号の説明 ２・・・・・・カップリングレンズ ２ａ・・・・・・入力反射膜 ３・・・・・・ＳＨＧ　　　　　１０・・・・・・コア
２０・・・・・・クラッド ３０・・・・・・電極 ４０・・・・・・電機光学効果制御回路５０・・・・・
・光電変換素子 出願人　　　パイオニア株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）非線形光学結晶からなるコア及び該コアを囲繞す
   るクラッドからなるファイバー型波長変換素子と、レー
   ザ光源から放射されるレーザ光を集光し前記ファイバー
   型波長変換素子にレーザ光を注入するカップリングレン
   ズと、前記ファイバー型波長変換素子で変換され放射さ
   れた第２高調波光の波面を整形して、第２高調波を平行
   光束にするアキシコンとからなる波長変換装置であって
   、前記ファイバー型波長変換素子の出力端面に形成され
   てレーザ光を反射し第２高調波を透過する出力反射膜と
   、前記カップリングレンズの前記ファイバー型波長変換
   素子側のレンズ面に形成されかつレーザ光を反射する入
   力反射膜と、前記クラッドを挾む少なくとも一対の電極
   に接続されかつ前記ファイバー型波長変換素子の入力端
   面から漏出する第２高調波を受光しその強度に応じた信
   号を出力する光電変換素子からの信号に対応して前記電
   極へ電圧を印加し前記コア及びクラッドの屈折率を変化
   させる電気光学効果制御手段と、を有することを特徴と
   する波長変換装置。
2. （２）前記レンズ面はアプラナティック面であることを
   特徴とする請求項１記載の波長変換装置。