JPH05173212A - 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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JPH05173212A
JPH05173212A JP3338181A JP33818191A JPH05173212A JP H05173212 A JPH05173212 A JP H05173212A JP 3338181 A JP3338181 A JP 3338181A JP 33818191 A JP33818191 A JP 33818191A JP H05173212 A JPH05173212 A JP H05173212A
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JP
Japan
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semiconductor laser
core
optical wavelength
wavelength conversion
wavelength converting
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Pending
Application number
JP3338181A
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English (en)
Inventor
Takafumi Uemiya
崇文 上宮
Naota Uenishi
直太 上西
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.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to US07/994,353 priority patent/US5291568A/en
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Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • G02F1/377Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
    • G02F1/383Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure of the optical fibre type

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】戻り光のため生じるS/N比の増大効果を抑制
した、半導体レーザを光源とするファイバ型の小型光波
長変換素子を提供する。 【構成】コア41と、これよりも低屈折率のクラッド4
2を有し、コアまたはクラッドの少くとも一方が非線形
光学材料で形成されたファイバ型光波長変換素子4に、
半導体レーザ光源1からの光を球面レンズ2,3を用い
て波長変換素子4のコア41の入力側端面から入射させ
ると出力端から円錐面に沿って二次高調波5が得られ
る。ここで半導体レーザ1の発振縦モード数を3本以上
にすることが重要である。 【効果】半導体レーザの縦モード数を3本以上にする
と、レーザ光の可干渉性が大幅に減少して、モードジャ
ンプが起りにくく、起っても全モードに及ばない。また
和や差の周波数成分が発生してもモード数が多いために
利用目的の二次高調波や和周波の出力変動を小さく抑え
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ光である
基本波をコアに入射し、その二次高調波を変換光として
出射させるようにしたファイバ型光波長変換素子を備え
る光波長変換モジュールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】非線形光学効果は、媒質に光が入射した
とき、その光の電場の2乗以上の高次項に比例する分極
が生じる現象であり、この現象により二次高調波、和周
波、差周波等が発生する。前記現象が現れる材料は非線
形光学材料といわれKH2 PO4 、LiNbO3 、Li
TaO3 等の無機材料がよく知られているが、最近で
は、2−メチル−4−ニトリルアニリン(MNA)、4
−ジメチルアミノ−3−アセトアミドニトロベンゼン
(DAN)、3,5−ジメチル−1−(4−ニトロフェ
ニル)ピラゾール(DMNP)に代表される有機材料も
大きな非線形光学定数を有することから注目されてい
る。
【0003】最近では、前記のような非線形光学材料
を、半導体のバンド間遷移を利用した半導体レーザ光源
の波長を半分にするファイバ型光波長変換素子に応用す
るための研究が盛んに行われており、LiNbO3 やD
MNPを用いた素子が知られている。これらの素子で
は、高効率に二次高調波等を発生させるためには、基本
波を高いエネルギー密度で閉じ込め、かつ基本波と高調
波との相互作用長を確保するように設計されていること
が重要である。そこで、光ファイバのコア又はクラッド
を非線形光学材料の単結晶又は多結晶で形成し、クラッ
ド又はコアにガラスなどのアモルファス材料を用いて、
コア中を基本波が導波されるようにして、高い変換効率
を得ている。図3は、ファイバ型光波長変換素子4のコ
ア41を通った基本波6が二次高調波5に変換されて出
射される様子を図示したものである。
【0004】ファイバ型光波長変換素子では、さらに基
本波と発生した二次高調波との伝搬速度を一致させる、
すなわち位相整合をとる必要がある。位相整合は、図4
に示すように、A点においてコア41を伝搬している光
から二次高調波が発生し、角度αをもってクラッド42
に洩れ出したとすると、単位時間後B点において再びα
方向に出射した二次高調波の等位相面と、前記二次高調
波の等位相面とが合致する場合に、この角度α方向に二
次高調波が放射(チェレンコフ放射)されるというもの
である。基本波に対するクラッド42の屈折率をn
S (ω)、コア41の屈折率をnG (ω)、二次高調波
に対するクラッド42の屈折率をnS (2ω)としたと
き、 nS (2ω)>nG (ω)>nS (ω) の条件さえ満足すれば自動的に位相整合がとれチェレン
コフ放射が可能となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記のファイバ型光波
長変換素子を備える光波長変換モジュールを、例えば光
ディスクの読取に用いようとする検討が進められてい
る。そのためには、基本波を発生させる光ディスク用光
源は小型でなければないので、半導体レーザが採用され
る。
【0006】この場合、二次高調波強度は基本波の2乗
に比例するため半導体レーザ光の雑音は増幅されるの
で、半導体レーザ光には高いS/N比が要求される。と
ころで、半導体レーザ光の縦モード(スペクトル)が多
モードの場合、ファイバ型光波長変換素子では2つの縦
モード間の和周波が二次高調波と同時に発生し、和周波
の強度が時間的に揺らぐ。そこで、狭い波長幅の光を得
るため、半導体レーザ発振の縦モードを好ましくは1本
にして使用する必要があると考えられていた。
【0007】しかし、半導体レーザ光の縦モードを1本
にすると、前記半導体レーザ光をファイバ型光波長変換
素子に照射した場合、いわゆる光の「戻り」という、半
導体レーザ光源に反射光が戻ってくる現象によって悪影
響を受ける。反射光が強い場合に限らず、半導体レーザ
からの出射光の10-7程度の微弱な場合でも半導体レー
ザ開口に帰還すると影響が現れるといわれている。また
影響の及ぶ半導体レーザ光源と反射点との距離はμm〜
kmの広範なものである(「OplusE」1984年2月,p.
89-97 )。
【0008】この戻り現象のため、半導体レーザではモ
ードジャンプが誘起され、出力光の中に雑音成分が多く
発生する。したがって、ファイバ型光波長変換素子から
出力される二次高調波のS/Nが悪化する。そこで、本
発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、「戻り」の
影響を受けにくい、優れたS/N比を実現することがで
きる光波長変換モジュールを提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段及び作用】請求項1の光波
長変換モジュールは、半導体レーザ光源の発振縦モード
数が3本以上となっているものである。半導体レーザの
縦モードを3本以上とすることにより、半導体レーザ光
の可干渉性は大幅に減少し、モードジャンプが起こりに
くくなる。また、モードジャンプが生じたとしても、全
てのモードがジャンプしないため、単一モードの半導体
レーザと比べてモードジャンプによる雑音は相対的に小
さくなる。
【0010】また、縦モードが多モードになることによ
り、ファイバ型光波長変換素子からの出力は、各モード
の二次高調波だけでなく、任意の2個のモードによる和
周波も混ざるようになる。したがって、モードの強度が
変動すると、和周波の強度も変動するが、モードの数が
3本以上とすることにより、各モードの出力変動による
和周波及び二次高調波の出力変動を小さくすることがで
きる。
【0011】
【実施例】以下実施例を示す添付図面によって詳細に説
明する。図1は、本発明の一実施例である光波長変換モ
ジュールの基本的な構成を示す概念図である。この光波
長変換モジュールは、半導体レーザ光源1から発生され
た半導体レーザ光を球面レンズ2でコリメートし、この
コリメートされた光線を球面レンズ3で集光して、ファ
イバ型光波長変換素子4に入射させるようにしたもので
ある。レンズの径を最小にするため、集光レンズ3の開
口角とファイバ型光波長変換素子4の開口角とはほぼ等
しく設計されている。
【0012】ファイバ型光波長変換素子4は、コア41
及びクラッド42を有している。コア41、クラッド4
2は、いずれか一方又は双方にMNA,DAN等の公知
の非線形光学材料を適用したものである。ファイバ型光
波長変換素子4のコア41に半導体レーザ光が入射する
と、ファイバ型光波長変換素子4の出射端面から半導体
レーザ光を基本波としたチェレンコフ放射が生じ、発生
した二次高調波(変換光)5が出射されてリング状に拡
散しつつ放射される。出射された変換光は、基本波をし
ゃ断する波長フィルタ(図示せず)を通り、レンズ系
(図示せず)によりコリメートされ光ディスクの読取り
などのために用いられる。
【0013】次にファイバ型光波長変換素子の作製例に
ついて説明する。 実験例1 内径1.6μm、外径1.0mm、長さ50mmのSF
1ガラス(保谷ガラス製)の毛細管中にDANの融液を
満たし、冷却により単結晶をコアとして成長させ、ファ
イバ型光波長変換素子を作製した。コアの成長方法は、
DANの溶融液を毛細管現象を利用して吸い上げた後、
ブリッジマン法によって端から結晶を成長させる方法で
ある(詳細な製法は特開平3−111826号公報参照)。
【0014】このファイバ型光波長変換素子を10mmの
長さに、端面が光軸と垂直になるように切り出し、光軸
と平行に設置した。光波長変換素子のコアに波長980
nmの半導体レーザ光(縦モード数10本、出力100
mW)を入射させたところ、波長490nmの変換光が
ファイバ出射端から空気中に出射した。
【0015】得られた変換光の相対雑音強度RIN(Rel
ative Intensity Noise,「OplusE」1984年2月,p.95
参照) RIN=<ΔP2 >/P2 Δf (Δf:単位周波数帯幅、<ΔP2 >:単位周波数帯幅
での雑音強度の2乗平均値、P:全周波数帯の光強度)
を測定したところ、10-10 という値が得られた。
【0016】次にDMNPを用いて、同様にファイバ型
光波長変換素子を作製した。このファイバ型光波長変換
素子のコアに波長900nmの半導体レーザ光(縦モー
ド数10本、出力100mW)を入射させたところ、波
長450nmの変換光がファイバ出射端から空気中に出
射した。得られた二次高調波強度の相対雑音強度RIN
を測定したところ、10-11 という値が得られた。 実験例2 前記のDAN、及びDMNPを用いたファイバ型光波長
変換素子に、それぞれ単一モードの半導体レーザ光(出
力100mW)を入射させたところ、得られた変換光の
相対雑音強度RINの測定値は、それぞれ10-8,10
-9であった。
【0017】以上の実験例から分かるように、半導体レ
ーザ光のモード数を多くすることにより、単一モードの
場合と比較して、雑音を大幅に減少させることができ
る。以上の実施例において、従来の技術である、ファイ
バ型光波長変換素子の端面への反射防止膜のコーティン
グを組み合わせてもよい。その他、1/2波長板を挿入
したり、半導体レーザ光源1のビーム断面を楕円形から
円形にするためのプリズムビームエキスパンダーを挿入
したりしてもよい(図2参照)。その他、本発明の範囲
内において種々の設計変更を施すことが可能である。
【0018】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、半導体レ
ーザの縦モード数を3本以上とすることにより、雑音や
出力変動の影響を排除できる優れたS/N比を備えた光
波長変換モジュールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ファイバ型光波長変換素子を使用した光波長変
換モジュールの構成例を示す概念図である。
【図2】ファイバ型光波長変換素子を使用した光波長変
換モジュールの他の一構成例を示す概念図である。
【図3】ファイバ型光波長変換素子の動作原理を説明す
る図である。
【図4】チェレンコフ放射方式を説明する図である。
【符号の説明】
1 半導体レーザ光源 2,3 球面レンズ 4 ファイバ型光波長変換素子 41 コア 42 クラッド 5 二次高調波

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体レーザ光源と、 半導体レーザ光を集光するレンズと、 コアとコアよりも低屈折率のクラッドとを有し、コア又
    はクラッドの少なくとも一方が非線形光学材料で形成さ
    れており、コアに入射した半導体レーザ光から光波長変
    換された光を発生するファイバ型光波長変換素子とを備
    える光波長変換モジュールにおいて、 前記半導体レーザ光源の発振縦モード数が3本以上であ
    ることを特徴とする光波長変換モジュール。
JP3338181A 1991-12-20 1991-12-20 光波長変換モジュール Pending JPH05173212A (ja)

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