JPH05181091A - コリメートレンズおよびそれを用いた光源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】半導体レーザ光源１，２からの基本波Ｌ１，Ｌ
２は、半透鏡５で合波され、さらに集光レンズ６で集光
されて、光ファイバ型の波長変換素子７のコア７Ａに入
射される。波長変換素子７からは、基本波Ｌ１，Ｌ２の
それぞれの第２高調波Ｌ１１，Ｌ１２と、基本波Ｌ１，
Ｌ２の和周波Ｌ１３とが、変換光として出射される。こ
れらの変換光は、いずれも軸対称な円錐状の波面を有
し、波長変換素子７の出射端面７ｂから異なる出射角で
出射する。波長変換素子７からの各変換光は、コリメー
トレンズ１０で共通にコリメートされる。このコリメー
トレンズ１０は、各変換光の伝播方向および波長に対応
して、項角２αと、構成材料の屈折率の波長分散とを設
定したものである。 【効果】波長変換素子７から異なる出射角で出射される
複数種類の波長の光を共通にコリメートして取り出すこ
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、２次の非線形光学効果
を利用し、半導体レーザからのレーザ光の波長を変換す
る波長変換素子を用いた光源装置およびこの光源装置に
用いられるコリメートレンズ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
ときに、その電場の２乗以上の高次項に比例する分極が
生じることによって現れる現象であり、これによって入
射光の第２高調波や、複数種類の波長の入射光の和周波
や差周波などの波長変換された光を発生させることがで
きる。

【０００３】このような非線形光学効果を生じさせるこ
とができる媒質を含む材料は、非線形光学材料と呼ば
れ、ＫＨ₂ ＰＯ₄ 、ＬｉＮｂＯ₃ などの無機材料が良く
知られている。また、最近では、２−メチル−４−ニト
ロアニリン（ＭＮＡ）、４−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミ
ノ）−３−アセトアミドニトロベンゼン（ＤＡＮ）など
に代表される有機材料も大きな非線形光学効果を示すこ
とから注目されている。

【０００４】最近では、非線形光学材料による上述の第
２高調波の発生を利用して、半導体レーザからのレーザ
光の波長を１／２に変換する波長変換素子の開発が進め
られており、ＬｉＮｂＯ₃ や３，５−ジメチル−１−
（４−ニトロフェニル）ピラゾール（ＰＲＡ）を用いた
素子が知られている。このような波長変換素子におい
て、高効率で第２高調波を発生させるためには、基本波
（半導体レーザ光）の強度を高め、かつ、この高強度の
まま基本波を伝播させ、さらに、伝播する基本波と発生
した第２高調波との各々の伝播速度を一致させることが
必要である。すなわち、基本波と第２高調波との位相整
合がとられていなければならない。この位相整合をとる
ためには種々の方法が考えられるが、最も簡単な方法と
してチェレンコフ放射方式がある。

【０００５】このチェレンコフ放射方式を実現できる波
長変換素子には、図１１に示すような光ファイバ型のも
のがある。この光ファイバ型の波長変換素子は、円形の
軸直角断面を持つコア１０１がそれよりも小さな屈折率
でドーナツ状の断面を持つクラッド１０２に取り囲まれ
たものであり、コア１０１が非線形光学材料からなり、
クラッド１０２がガラスなどのアモルファス材料から構
成されている。この構成により、基本波１００をコア１
０１の入射端に入射すると、基本波１００は高強度を維
持したままコア１０１中を伝播し、出射端からはチェレ
ンコフ放射により生じたリング状の第２高調波１０３が
出射される。

【０００６】さらに詳細に説明すれば、図１２に示すよ
うに、Ａ点においてコア１０１を伝播している光から第
２高調波が発生し、角度φをもってクラッド１０２に洩
れ出したとする。さらに、単位時間後にＢ点において再
び角度φ方向に第２高調波が発生したとする。このと
き、Ａ点およびＢ点から発生した各第２高調波のそれぞ
れの等位相面が一致する場合に、角度φ方向に第２高調
波が出射されることになり、これが位相整合とよばれ
る。Ａ点やＢ点などからの第２高調波の放射角度は任意
の値をとりうるので、基本波に対するクラッド１０２の
屈折率をｎ_clad（ω）とし、基本波に対するコア１０１
の屈折率をｎ_core（ω）とし、第２高調波に対するクラ
ッド１０２の屈折率をｎ_clad（２ω）としたとき、 ｎ_clad（２ω）＞ｎ_core（ω）＞ｎ_clad（ω） ・・・・ (1) の条件さえ満足され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。

【０００７】この光ファイバ型の素子では、端面から出
射される第２高調波１０３は回転対称なリング状に広が
るので集光特性に優れている。すなわち、このリング状
の第２高調波１０３は、たとえば特開平１−２８７５３
１号公報に開示されているような円錐状のプリズムやフ
レネルレンズをコリメートレンズとして用いれば、容易
に平行光にコリメートすることができる。そして、この
平行光をレンズで集光することにより、回折限界まで集
光した集光スポットを得ることができる。したがって、
この回折限界まで集光した光を、レーザビームプリンタ
などにおける画像書込用の光として用いることにより、
感光体の表面に微細なスポットを形成して、高解像度の
画像を形成することができる。

【０００８】しかし、上記の素子では、基本波である半
導体レーザ光の第２高調波しか発生させることができ
ず、複数種類の波長の光が必要となる場合には適用する
ことができない。そこで、特開平１−２４４４３３号公
報には、２種類以上の波長の光を変換光として発生させ
ることができる波長変換素子が開示されている。この波
長変換素子では、相異なる波長をもつ第１の基本波およ
び第２の基本波から、それぞれの第２高調波ならびに各
基本波の和周波および差周波の４つの異なる波長を持つ
変換光のうち、少なくとも２種類の波長の変換光を発生
させることができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この波長変
換素子からは、相異なる複数種類の波長の変換光が異な
る出射角で出射するため、たとえば上記の特開平１−２
８７５３１号公報に開示されているような、回転軸に対
して一定角度だけ傾斜した一様な傾斜面を有する回転対
称なコリメートレンズでは、いずれか１種類の波長の変
換光のみのコリメートが可能であるに過ぎず、残余の変
換光は良好にコリメートすることができない。

【００１０】したがって、２種類以上の波長の変換光を
同時にコリメートすることができないから、たとえば２
種類以上の波長の変換光を同時に集光して用いようとし
ても、微細なスポットに集光することができないという
問題がある。また、いずれか１種類の波長の変換光を選
択的に用いる場合には、その都度当該波長の変換光の出
射角に対応した傾斜面を有するコリメートレンズに交換
する必要がある。

【００１１】そこで、本発明の目的は、上述の技術的課
題を解決し、光ファイバ型の波長変換素子から異なる出
射角で出射される光のように、伝播方向などが相互に異
なる複数種類の光を共通にコリメートして取り出すこと
ができるコリメートレンズおよびそれを用いた光源装置
を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段および作用】上記の目的を
達成するための請求項１記載の光源装置は、所定の軸線
に対称な円錐状の波面を有し、伝播方向および波長が相
互に異なる複数種類の入射光を共通に平行光に変換する
ためのコリメートレンズであって、 上記所定の軸線に
対して所定の傾斜角をなす回転対称な傾斜面を有し、上
記複数種類の入射光を共通に平行光に変換して出射させ
ることができるように屈折率の波長分散を設定した材料
で構成されていることを特徴とする。

【００１３】この構成によれば、入射光の対称軸に対し
て所定の傾斜角をなす回転対称な傾斜面において入射光
を屈折させ、この入射光を平行光に変換することができ
る。しかも、コリメートレンズの構成材料の屈折率の波
長分散が、上記所定の傾斜角ならびに複数種類の入射光
の伝播方向および波長に対応して、この複数種類の入射
光を共通に平行光にコリメートすることができるように
設定されているので、上記複数種類の入射光を共通にコ
リメートできる。

【００１４】請求項２記載のコリメートレンズは、所定
の軸線に対称な円錐状の波面を有し、伝播方向が相互に
異なる複数種類の入射光を共通に平行光に変換するため
のコリメートレンズであって、上記所定の軸線に対して
上記複数種類の入射光の各伝播方向にそれぞれ対応した
相互に異なる傾斜角をなす回転対称な複数の傾斜面を有
していることを特徴とする。

【００１５】この構成によれば、伝播方向が異なる複数
の入射光に対応してそれぞれ異なる傾斜角の回転対称な
傾斜面が複数形成されているから、上記伝播方向の異な
る複数の入射光を共通にコリメートすることができる。
また、本発明の光源装置は、相異なる複数種類の波長の
基本波を発生する基本波生成手段と、非線形光学材料か
らなるコアがそれよりも低屈折率のクラッドに取り囲ま
れた光ファイバ型で、上記基本波生成手段からの上記複
数種類の波長の基本波が上記コアに入射され、この入射
された基本波を各基本波の第２高調波ならびに各基本波
の和周波および差周波のうちの少なくとも２種類以上の
変換光に波長変換して、上記クラッド中に放射モードで
放射し、その出射端面から所定の軸線に対称な円錐状の
波面を有する上記変換光を出射する波長変換素子と、上
記波長変換素子から出射された２種類以上の波長の変換
光を共通に平行光に変換することができる上述のいずれ
かのコリメートレンズとを含むものである。

【００１６】この構成によって、光ファイバ型の波長変
換素子から出射される２種類以上の波長の変換光を、共
通にコリメートして取り出すことができる。

【００１７】

【実施例】以下では、本発明の実施例を、添付図面を参
照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施例の光源
装置の構成を簡略化して示す概念図である。第１の半導
体レーザ光源１から発生した波長λ₁ の第１の基本波Ｌ
１は、レンズ３で平行光に変換された後に半透鏡５に導
かれる。また、第２の半導体レーザ光源２から発生した
波長λ₂ の第２の基本波Ｌ２は、レンズ４で平行光に変
換された後に半透鏡５に導かれて、上記の第１の基本波
Ｌ１と合波される。上記第１および第２の半導体レーザ
光源１，２などにより基本波生成手段が構成されてい
る。

【００１８】合波された第１および第２の基本波Ｌ１，
Ｌ２は、集光レンズ６により微細なスポットに集光さ
れ、光ファイバ型の波長変換素子７のコア７Ａに入射さ
れる。波長変換素子７は、たとえば２−メチル−４−ニ
トロアニリン（ＭＮＡ）、４−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミ
ノ）−３−アセトアミドニトロベンゼン（ＤＡＮ）など
の非線形光学材料からなる円形の軸直角断面を有するコ
ア７Ａを、コア７Ａよりも低屈折率であってガラスなど
のアモルファスからなるドーナツ形状の軸直角断面を有
するクラッド７Ｂで取り囲んだものである。集光レンズ
６からの光は、波長変換素子７の入射端面７ａから上記
のコア７Ａに入射することになる。

【００１９】波長変換素子７は、第１および第２の基本
波Ｌ１，Ｌ２を、この第１および第２の基本波Ｌ１，Ｌ
２の各第２高調波Ｌ１１，Ｌ１２と、第１の基本波Ｌ１
と第２の基本波の和周波Ｌ１３と（総称するときには
「変換光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３」という。）に波長変
換して、その出射端面７ｂから出射させるものである。
この出射端面７ｂから出射される変換光Ｌ１１，Ｌ１
２，Ｌ１３は、それぞれの波長に対応した異なる出射角
でリング状に拡散しながら出射する。すなわち、各変換
光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３は、波長変換素子７の軸線に
対称な円錐状の波面を有している。

【００２０】この変換光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３は、図
２に拡大して示す略円錐形状のコリメートレンズ１０に
入射し、このコリメートレンズ１０によって共通に平行
光に変換される。このコリメートされた光は、たとえば
図外の集光レンズにより集光されて、レーザビームプリ
ンタの画像書込用の光などとして用いられる。波長変換
素子７では、波長λ₁ ，λ₂ の基本波Ｌ１，Ｌ２から、
波長λ₁/２，λ₂/２の第２高調波Ｌ１１，Ｌ１２と、波
長λ₃ ＝λ₁ λ₂ ／（λ₁ ＋λ₂ ）の和周波Ｌ１３とが
発生され、クラッド７Ｂに放射モードで放射される。波
長λの光に対するクラッド７Ｂの屈折率をｎ_clad（λ）
と表すものとし、波長λの光に対するコア７Ａの実効屈
折率をｎ_eff （λ）と表すものとし、波長λの光のクラ
ッド７Ｂ中への位相整合がとれる放射角をθ（λ）と表
すものとすると、第２高調波Ｌ１１，Ｌ１２および和周
波Ｌ１３の各放射角θ（λ₁/２），θ（λ₂/２），θ
（λ₃ ）について、下記第(2) 式〜第(4) 式が成立す
る。

【００２１】

【数１】

【００２２】放射モードの放射では、放射角度θは任意
の値をとることができるから、 cosθ＜１であることを
考慮すると、

【００２３】

【数２】

【００２４】が満足されれば位相整合がとれ、上記の放
射角θ（λ₁/２），θ（λ₂/２），θ（λ₃ ）での各変
換光の放射が可能となる。３つの変換光の放射角は、基
本波Ｌ１，Ｌ２の波長λ₁ ，λ₂ および各変換光の波長
に対するクラッド７Ｂの屈折率ｎ_clad（λ₁/２），ｎ
_clad（λ₂/２）、ｎ_clad（λ₃ ）を適宜設定することに
より任意に定めることができるが、図１および図２に
は、 λ₁ ＜λ₂ ・・・・ (8) θ（λ₂/２）＜θ（λ₃ ）＜θ（λ₁/２） ・・・・ (9) の場合の例が示されている。現存する光学材料では、波
長が短くなるほど屈折率が大きくなるから、上記第(8)
式が成立するときには、各変換光の放射θは上記第(9)
式を満たす。

【００２５】この場合、クラッド７Ｂの出射端面７ｂか
ら出射する波長λ₁/２，λ₂/２，λ₃ の各変換光Ｌ１
１，Ｌ１２，Ｌ１３の出射角θ₁ ，θ₂ ，θ₃ は、スネ
ルの法則によって、それぞれ、 sinθ₁ ＝ｎ_clad（λ₁/２） sinθ（λ₁/２） ・・・・ (10) sinθ₂ ＝ｎ_clad（λ₂/２） sinθ（λ₂/２） ・・・・ (11) sinθ₃ ＝ｎ_clad（λ₃ ） sinθ（λ₃ ） ・・・・ (12) となる。

【００２６】このように異なる出射角θ₁ ，θ₂ ，θ₃
で出射される波長λ₁/２，λ₂/２，λ₃ の各変換光Ｌ１
１，Ｌ１２，Ｌ１３を、円錐形状のコリメートレンズ１
０で共通にコリメートするためには、コリメートレンズ
１０の傾斜面１０ａの項角を２αとし、コリメートレン
ズ１０の構成材料の波長λの光に対する屈折率をｎ
（λ）と表すものとすると、傾斜面１０ａに関してスネ
ルの法則を適用することによって得られる下記第(13)式
〜第(15)式が成立すればよい。

【００２７】

【数３】

【００２８】換言すれば、コリメートレンズ１０は、

【００２９】

【数４】

【００３０】のような屈折率の波長分散を有する材料で
構成されており、これにより、波長λ₁/２，λ₂/２，λ
₃ の各変換光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３を共通にコリメー
トすることができる。以上のように本実施例の光源装置
によれば、光ファイバ型の波長変換素子７から異なる出
射角で出射する軸対称で円錐状波面を有する波長の異な
る複数の変換光を１個のコリメートレンズ１０で共通に
平行光にコリメートできる。このため、すべての波長の
変換光を適当な集光レンズにより微小なスポットに集光
することができる。これにより、たとえばレーザビーム
プリンタにおいては、強光度の微小スポットを形成させ
て、高解像度での良好な印刷動作を行わせることができ
る。また、たとえば、複数の波長の光（異なる色の光）
を切換えて用いる場合にも、波長の切換えの度ごとに、
コリメートレンズを交換する必要がなく、共通のコリメ
ートレンズ１０を各波長の光のコリメートのために共通
に用いることができるという利点がある。

【００３１】なお、円錐形状のコリメートレンズ１０
は、図３に示すように、波長変換素子７からの光を底面
１０ｂから入射させて、傾斜面１０ａから平行光を取り
出すようにして用いてもよい。この場合には、底面１０
ｂおよび傾斜面１０ａにおいてそれぞれスネルの法則を
適用して得られる下記第(19)式〜第(21)式が満たされる
ことによって、波長変換素子７からの変換光Ｌ１１，Ｌ
１２，Ｌ１３を共通に平行光に変換することができる。
すなわち、下記第(19)式〜第(21)式が満たされるように
コリメートレンズ１０の項角２αおよび構成材料の屈折
率の波長分散を設定すればよい。

【００３２】

【数５】

【００３３】なお、コリメートレンズの形状は、図４に
例示するように、円錐形状１０Ａの他に、たとえば先端
が平らに切り取られた円錐台形状１０Ｂ、底面部を円柱
状に切り取った形状１０Ｃ、先端を平らに切り取り、か
つ、底面部を円柱状とした形状１０Ｄなどを適用でき
る。これらは、いずれも回転対称な傾斜面を有している
ので、上記第(13)式〜第(15)式または上記第(19)式〜第
(21)式を満たすように、傾斜面の項角および構成材料の
屈折率の波長分散を設定することによって、波長変換素
子７からの異なる波長の変換光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３
を共通に平行光に変換することができる。

【００３４】また、コリメートレンズは、図４に示され
た略円錐状のものなどに限定されるものではなく、さら
に、図５に例示するように、円錐の底面同士を合わせた
両面円錐形状１０Ｅ、両面円錐形状の両先端部を平らに
切り取った形状１０Ｆ、両面円錐形状の片方の先端のみ
を平らに切り取った形状１０Ｇなどの形状を採用するこ
ともできる。

【００３５】たとえば、図５(a) に示す両面円錐形状１
０Ｅの場合には、図６に示すように、入射側の傾斜面１
０ｃの項角α、出射側の傾斜面１０ｄの項角β、構成材
料の屈折率の波長分散が、傾斜面１０ｃ，１０ｄでスネ
ルの法則を適用して得られる下記第(22)式〜第(24)式が
満たされることにより、各変換光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１
３を共通にコリメートできる。

【００３６】 cos(α＋β) cos(α−θ₁ ） ＋sin(α＋β) ［｛n(λ₁/2)｝² − cos²(α−θ₁)］^1/2 ＝ cosβ ・・・・ (22) cos(α＋β) cos(α−θ₂ ） ＋sin(α＋β) ［｛n(λ₂/2)｝² − cos²(α−θ₂)］^1/2 ＝ cosβ ・・・・ (23) cos(α＋β) cos(α−θ₃ ） ＋sin(α＋β) ［｛n(λ₃)｝² − cos²(α−θ₃)］^1/2 ＝ cosβ ・・・・ (24) 図５に示された他の形状のコリメートレンズに関しても
同様である。

【００３７】図７(a) 〜(f) 、図８(g) 〜(l) および図
９(m) 〜(p) は、上述の種々の形状のコリメートレンズ
１０と、光ファイバ型波長変換素子７との位置関係を図
示したものである。図７(a) 〜(d) はコリメートレンズ
１０の出射側の端面が平面となる配置を示している。ま
た、図７(e) および(f) ならびに図８(g) および(h)は
コリメートレンズ１０の光入射側の端面が平面となる配
置を示している。また、図８(i) 〜(l) は光入射側の端
面が平面であり、かつ、この平面を波長変換素子７の出
射端面７ｂに密接させた配置を示している。密接させる
ことにより、光源装置の小型化が可能となる。さらに、
図９(m) 〜(p) は両面が傾斜面となったコリメートレン
ズ１０の配置を示している。光入射側および出射側の両
方を傾斜面とすることにより、いずれか一方が傾斜面と
なったコリメートレンズに比較して、コリメートレンズ
への変換光の入射角を大きくとることができるので、コ
リメートレンズの入射面における反射を減少させること
ができる。

【００３８】図１０は、波長変換素子７からの変換光Ｌ
１１，Ｌ１２，Ｌ１３を共通にコリメートすることがで
きるコリメートレンズの他の構成例を示す図である。こ
のコリメートレンズ１１は、波長変換素子７の軸線と一
致させられる光軸１１Ａに対して異なる傾斜角を有する
回転対称な複数の傾斜面２１，２２，２３を有してい
る。そして、たとえば変換光Ｌ１１を第１の傾斜面２１
に入射させ、変換光Ｌ１２を第２の傾斜面Ｌ２２に入射
させ、変換光Ｌ１３を第３の傾斜面Ｌ２３に入射させる
ことによって、変換光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３を共通に
コリメートするようにしている。

【００３９】この場合、各傾斜面２１，２２，２３を拡
張してできる円錐面の各項角を２α₁ ，２α₂ ，２α₃
とし、コリメートレンズ１１の構成材料の屈折率をｎと
したとき、

【００４０】

【数６】

【００４１】が満足されれば、各変換光Ｌ１１，Ｌ１
２，Ｌ１３を同時にコリメートできる。すなわち、各傾
斜面２１，２２，２３の光軸１１Ａに対する傾斜角を上
記の第(19)式〜第(21)式を満足する角度α₁ ，α₂ ，α
₃ にそれぞれ設定することによって、波長変換素子７か
らの異なる波長の変換光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３を共通
にコリメートすることができる。

【００４２】この図１０の構成のコリメートレンズ１１
では、上述の図２に示された円錐形状のコリメートレン
ズ１０のように、屈折率の波長分散を考慮する必要がな
いという利点がある。また、この図１０のコリメートレ
ンズ１１では、上記第(9) 式の条件を満足しない場合、
すなわち、波長が短いほど放射角が大きいという条件が
満たされてない場合でも適応可能である。すなわち、現
存する光学材料はいずれも、短波長になるほど屈折率が
大きくなるという屈折率の波長分散を有しているので、
図２の構成のコリメートレンズ１０では短波長の光ほど
入射面１０ａの縁部寄りの位置に入射される必要があ
る。これに対して、図１０の構成では、短波長の変換光
の出射角がそれよりも長波長の変換光の出射角よりも小
さい場合であっても、これに対応した項角２α₁ ，２α
₂ ，２α₃ の傾斜面を形成することで、屈折率の波長分
散によらずに良好に対応できるという利点がある。

【００４３】なお、このコリメートレンズ１１は、底面
１１ｂから波長変換素子７からの変換光を入射させるよ
うにして用いられてもよく、この場合には、各傾斜面２
１，２２，２３を拡張して形成される各項角α₁ ，
α₂ ，α₃ が下記第(28)式〜第(30)式を満たすようにす
ればよい。

【００４４】

【数７】

【００４５】また、このコリメートレンズ１１の他に
も、図４に示された略円錐形状に類似した形状のレンズ
を用いることができ、それぞれの円錐状の傾斜面に、異
なる伝播方向の変換光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３に対応し
て上記第(25)式〜第(27)式または第(28)式〜第(30)式を
満たすように傾斜角を異ならせて設定した第１の傾斜
面、第２の傾斜面および第３の傾斜面を設けることによ
り、各変換光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３を共通にコリメー
トすることができる。

【００４６】さらに、波長変換素子７からの変換光の入
射側および出射側の両方に傾斜面を設けた図５の形状に
類似した形状のコリメータレンズを適用することもでき
る。この場合には、入射側の各変換光が入射する部分に
対応する傾斜角α₁ ，α₂ ，α₃ および出射する部分に
対応する傾斜角β₁ ，β₂ ，β₃ が、下記第(31)式〜第
(33)式が満たされるように、傾斜面を形成すればよい。

【００４７】 cos(α₁ ＋β₁) cos(α₁ −θ₁) ＋sin(α₁ ＋β₁)｛ｎ² − cos²(α₁ −θ₁)｝^1/2 ＝ cosβ₁ ・・・・ (31) cos(α₂ ＋β₂) cos( α₂ −θ₂) ＋sin(α₂ ＋β₂)｛ｎ² − cos²(α₂ −θ₂)｝^1/2 ＝ cosβ₂ ・・・・ (32) cos(α₃ ＋β₃) cos( α₃ −θ₃ ） ＋sin(α₃ ＋β₃)｛ｎ² − cos²(α₃ −θ₃)｝^1/2 ＝ cosβ₃ ・・・・ (33) なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではな
い。たとえば、上記の実施例では、基本波Ｌ１，Ｌ２の
各第２高調波Ｌ１１，Ｌ１２および和周波Ｌ１３が波長
変換素子７から出射される場合を例に採っているが、こ
の実施例を応用して、基本波Ｌ１，Ｌ２の各第２高調波
ならびに和周波および差周波のうち少なくともいずれか
２種類の変換光を共通にコリメートして取り出すことが
できる構成とすることができる。この場合において、た
とえば図１の波長変換素子７により基本波Ｌ１，Ｌ２の
差周波（波長λ₄ ＝λ₁ λ₂ ／（λ₂ −λ₁ ））への波
長変換が可能であるためには、

【００４８】

【数８】

【００４９】が満たされる必要があり、この場合に、位
相整合がとれる放射角θ（λ₄ ）は、

【００５０】

【数９】

【００５１】で与えられることになる。したがって、こ
の差周波のコリメートが可能であるためには、図２の構
成のコリメートレンズ１０を光入射側に傾斜面を位置さ
せて用いるときには、その構成材料の屈折率の波長分散
が、下記第(36)式を満たす必要がある。また、傾斜面を
光出射側に位置させて用いるときには、下記第(37)式を
満たす屈折率の波長分散を有する材料を用いる必要があ
る。さらに、図６の形状のものを用いるときには、下記
第(38)式が満たされている必要がある。なお、下記第(3
6)式〜第(38)式において、θ₄ は、波長変換素子からの
差周波の出射角である。

【００５２】

【数１０】

【００５３】また、図１０の構成のコリメートレンズで
あれば、傾斜面側から光を入射させる場合には、下記第
(39)式を満たす回転対称な傾斜面が形成されている必要
があり、傾斜面を出射側に位置させるときには、下記第
(40)式を満たす回転対称な傾斜面が形成されている必要
がある。さらに、光の入射側および出射側の両方に、傾
斜面を形成するときに、下記第(41)式を満たす傾斜面が
入射側および出射側に形成されている必要がある。な
お、下記第(39)式および第(40)式において、α₄ は、差
周波に対応した傾斜面とコリメートレンズの光軸とのな
す角である。また、下記第(41)式において、α₄ は差周
波の変換光が入射される傾斜面の傾斜角であり、β₄ は
差周波の変換光が出射される傾斜面の傾斜角である。

【００５４】

【数１１】

【００５５】さらにまた、上記の実施例では、波長変換
素子７に２種類の基本波Ｌ１，Ｌ２を入射させている
が、相異なる波長を有する３種以上の基本波を入射させ
てもよい。たとえば、３種類の基本波を入射させたとき
には、各基本波の第２高調波として３種類の変換光と、
各基本波の和周波および差周波として６種類の変換光と
を発生させることができる。すなわち、たとえば入射基
本波の波長をそれぞれλ₁₁，λ₁₂，λ₁₃とし、変換光の
波長をλ₂₁，λ₂₂，λ₂₃，・・・・，λ₂₉とすると、

【００５６】

【数１２】

【００５７】を満たす９種類の変換光を得ることができ
る。このうち、少なくとも２種類の変換光が出射される
条件で波長変換素子７を作成すると、この波長変換素子
７からの各変換光は、異なる出射角で出射されるが、上
述の図４、図５、図７などに示されたコリメートレンズ
と類似のコリメートレンズを用いることにより、全ての
変換光を良好にコリメートすることができる。

【００５８】また、上記の実施例では、第１および第２
の半導体レーザ光源１，２からの基本波Ｌ１，Ｌ２の合
波のために半透鏡５を用いているが、ダイクロイックミ
ラーなどの他の構成による合波が行われてもよい。その
他、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の設計変更を
施すことが可能である。

【００５９】

【発明の効果】以上のように本発明のコリメートレンズ
によれば、波長および／または伝播方向が異なる軸対称
な円錐状波面を有する複数の入射光を共通にコリメート
して取り出すことができる。また、上記のコリメートレ
ンズを用いた本発明の光源装置では、複数の基本波を光
ファイバ型の波長変換素子で波長変換して生成された複
数種類の変換光を共通にコリメートできる。すなわち、
波長の異なる光を共通のコリメートレンズを用いて良好
にコリメートして取り出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の光源装置の基本的な構成を
示す概念図である。

【図２】コリメートレンズの働きを説明するための図で
ある。

【図３】コリメートレンズの他の用い方を説明するため
の図である。

【図４】コリメートレンズの他の形状を例示する斜視図
である。

【図５】コリメートレンズの他の形状を例示する斜視図
である。

【図６】光入射側および光出射側の両方に傾斜面を形成
したコリメートレンズの働きを説明するための図であ
る。

【図７】コリメートレンズと波長変換素子との位置関係
を示す図である。

【図８】コリメートレンズと波長変換素子との位置関係
を示す図である。

【図９】コリメートレンズと波長変換素子との位置関係
を示す図である。

【図１０】コリメートレンズの他の構成例を示す図であ
る。

【図１１】光ファイバ型の波長変換素子を示す簡略化し
た斜視図である。

【図１２】チェレンコフ放射方式を説明するための図で
ある。

【符号の説明】 １ 第１の半導体レーザ光源 ２ 第２の半導体レーザ光源 ７ 光ファイバ型波長変換素子 ７Ａ コア ７Ｂ クラッド １０ コリメートレンズ １０ａ 傾斜面 １１ コリメートレンズ ２１ 第１の傾斜面 ２２ 第２の傾斜面 ２３ 第３の傾斜面 Ｌ１ 第１の基本波 Ｌ２ 第２の基本波 Ｌ１１ 第１の基本波の第２高調波 Ｌ１２ 第２の基本波の第２高調波 Ｌ１３ 第１の基本波と第２の基本波との和周波

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の軸線に対称な円錐状の波面を有し、
   伝播方向および波長が相互に異なる複数種類の入射光を
   共通に平行光に変換するためのコリメートレンズであっ
   て、上記所定の軸線に対して所定の傾斜角をなす回転対
   称な傾斜面を有し、上記複数種類の入射光を共通に平行
   光に変換して出射させることができるように屈折率の波
   長分散を設定した材料で構成されていることを特徴とす
   るコリメートレンズ。
2. 【請求項２】所定の軸線に対称な円錐状の波面を有し、
   伝播方向が相互に異なる複数種類の入射光を共通に平行
   光に変換するためのコリメートレンズであって、上記所
   定の軸線に対して上記複数種類の入射光の各伝播方向に
   それぞれ対応した相互に異なる傾斜角をなす回転対称な
   複数の傾斜面を有していることを特徴とするコリメート
   レンズ。
3. 【請求項３】相異なる複数種類の波長の基本波を発生す
   る基本波生成手段と、非線形光学材料からなるコアがそ
   れよりも低屈折率のクラッドに取り囲まれた光ファイバ
   型で、上記基本波生成手段からの上記複数種類の波長の
   基本波が上記コアに入射され、この入射された基本波を
   各基本波の第２高調波ならびに各基本波の和周波および
   差周波のうちの少なくとも２種類以上の変換光に波長変
   換して、上記クラッド中に放射モードで放射し、その出
   射端面から所定の軸線に対称な円錐状の波面を有する上
   記変換光を出射する波長変換素子と、上記波長変換素子
   から出射された２種類以上の波長の変換光を共通に平行
   光に変換することができる上記請求項１または２記載の
   コリメートレンズとを含むことを特徴とする光源装置。