JPH07175096A

JPH07175096A - 光波長変換装置

Info

Publication number: JPH07175096A
Application number: JP15539691A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kato; 孝行加藤; Hiroko Nagasawa; 裕子長澤; Kiyoshi Takagi; 潔高木; Kazuo Asano; 和夫浅野; Yoshio Takeuchi; 良夫竹内
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1991-05-31
Filing date: 1991-05-31
Publication date: 1995-07-14

Abstract

(57)【要約】【構成】基本波を発する光源２と；この光源からの前
記基本波をほぼ平行光となし、かつ集光するための光学
素子３、４と；この光学素子３、４からの光を入射させ
るコア９を有し、かつその入射光を波長変換して出射さ
せる光波長変換素子６と；から構成される光波長変換装
置１において、光波長変換素子６の光入射側と光学素子
３、４との間に、集光レンズ５が更に設置されていて、
かつ集光レンズ５が波長変換素子６と一体化されている
ことを特徴とする光波長変換装置。【効果】光波長変換素子への入射結合効率が高く、か
つ経時変化による性能劣化を防止した光波長変換装置を
提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光波長変換装置に関
し、例えば、半導体レーザからレーザ光を光波長変換素
子に通して、このレーザ光の波長の1/2 の波長の第２高
調波に変換する光波長変換モジュールに関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術】光記録・画像処理などの光情報処理、印刷
・製版機用の記録光源などの広い分野において、小型の
短波調光源が嘱望されている。このような光源を実現す
るための手段として、最近２次の非線形光学効果の１つ
である光の波長を半分にする光第２高調波発生（Second
Harmonic Generation、以下ＳＨＧと略す）を利用した
波長変換素子の研究・開発が盛んに行われている。

【０００３】この非線形光学材料としては、従来知られ
ていたニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、燐酸２水素
カリウム（ＫＤＰ）等の無機材料に比べ、有機化合物が
桁違いに高い性能を有する可能性が指摘されている（例
えば、「有機非線形光学材料」，加藤政雄、中西八郎監
修，シー・エム・シー社，1985年刊）。

【０００４】ＳＨＧ効果をもつ化合物の例としては、２
−メチル−４−ニトロアニリン（ＭＮＡ）、２−アセト
アミド−４−ニトロ−Ｎ、Ｎ−ジメチルアニリン（ＤＡ
Ｎ）、２−アセトアミド−４−ニトロ−１−ピロリジノ
ベンゼン（ＰＡＮ）、２−（α−メチルベンゼン）アミ
ノ−５−ニトロピリジン（ＭＢＡ−ＮＰ）などが知られ
ている。

【０００５】波長変換素子の具体例としては、たとえば
Appl.Phys.Lett.,34(1979)60．で示されているように、
S.Umegaki らはチャネルの両側にバッファー層を介して
電極を設け、１次の電気光学効果によって常光線基本波
モード、異常光線第２高調波モードの実効屈折率をとも
に電場で変化させる復屈折性を利用した波長変換素子を
発表している。

【０００６】また、佐々木らは、ガラス基板上に非線形
光学材料をテーパ状に形成し、プリズムカプラーからテ
ーパ方向へ基本波入射位置を変え、位相整合ＳＨＧを達
成する導波層の膜圧制御方法による素子を提案している
（第４回オプティックスとエレクトロニクス有機材料に
関するシンポジウム講演要旨集ｐ20〜ｐ25）。

【０００７】更に、谷内らはＬｉＮｂＯ₃基板にプロト
ン照射をしてチャネル型導波路を形成し、この導波路に
基本波を伝搬させ、チェレンコフ放射方式によりＬｉＮ
ｂＯ₃基板にＳＨＧ光を伝搬させて変換光を得ている
（ECOC'86,Tech.Digest(1986)171．）。また同様な方法
により、中空の光ファイバー中に非線形光学材料を充填
した素子を梅垣らが提案している（Proc.SPIE,682(198
6)187）。

【０００８】ところで近年、上記のチェレンコフ放射方
式のＳＨＧ素子の開発が盛んに行われている。その理由
は、チェレンコフ放射方式は基本波の導波モードと第２
次高調波の放射モードとの間で容易に位相整合をとるこ
とができるため、素子の作製が簡便であるからである。
特にファイバー型光波長変換素子は、その変換光が軸対
象な放射であるためにビーム特性が良い。

【０００９】このファイバー型光波長変換素子は従来の
光ファイバーと外観は似ているが、光ファイバーでは光
がコアのみを伝搬するのに対し、ファイバー型波長変換
素子では、基本波はコアを導波し、基本波から派生する
変換光はクラッドを伝搬するという根本的な違いがあ
る。

【００１０】上記ファイバー型あるいはチャネル型のチ
ェレンコフ放射方式の波長変換素子は、小型軽量である
という特徴を活かすべく、同じく小型軽量の基本波発生
用半導体レーザと組み合わせて用いることが多い。この
半導体レーザ光を実際に波長変換素子に入射させるに
は、このレーザ光をコリメートレンズと集光レンズ等か
らなる集光光学系等に通して小さなビーム径に集束さ
せ、基本波伝搬導波路に照射させればよい。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の半導
体レーザと集光光学系と波長変換素子とからなる光波長
変換装置は、極微小であるために作製が非常に困難であ
ること、及び経時変化により性能が大幅に低下すること
等の問題点があった。

【００１２】作製上の困難さは主に次の理由による。即
ち、波長変換素子の特性上、基本波伝搬導波路（コア）
に伝搬される集光ビーム径が数μｍ（例えば１〜２μ
ｍ）と微小なため、光波長変換素子と集光レンズ系の僅
かな位置ずれが入射結合効率を著しく低下させる。その
ためサブミクロンレベルの位置合わせが必要となり、例
えば機械精度による位置合わせ方法は非常な困難を伴
う。レーザ光測長などを利用してフィードバックさせた
高精度の位置合わせ装置を利用すれば可能と思えるが装
置が高価であり、かつ位置合わせに時間がかかる。

【００１３】上記の位置合わせの困難さに加え、更に、
合わせた位置に正確に集光レンズ等を固定することに関
してもまた困難な問題がある。例えば熱を利用する場合
（熱硬化性接着剤、半田付けなど）は、固定材料と装置
材料の熱膨張率を正確に合わせる必要が生じ、その材料
の選択に困難さが生じる。ＹＡＧ等のレーザを利用した
融解による方法は、その方法独特の位置ずれの問題が生
じる。この位置ずれは一般的に数ミクロンと言われ、こ
のずれをサブミクロンオーダーにすることは可能性なし
とはしないが、歩留りを考えると実際的でない。

【００１４】この位置ずれの問題点を避けるために、チ
ャネル型の波長変換素子の場合は、複数の導波路を形成
し、位置ずれが生じても隣接した導波路に光結合を行な
えるようにする方法が考えられる。しかし、この方法で
も隣接した導波路間に照射されたレーザ光は損失を生じ
る。また、ファイバー型の光波長変換素子ではＳＨＧ光
の導波条件よりこの手段が使用できない。

【００１５】また、経時変化による波長変換性能の低下
については、高い非線型光学効果を有する有機材料を使
用する場合、このようなチェレンコフ放射方式の光波長
変換素子を長時間放置すると波長変換ができなくなるこ
とも見いだされた。これは入、出射端の有機非線形光学
材料が昇華し、損傷を受けるために起きるものである。

【００１６】昇華による損失を避ける方法として、特開
平２−167531号公報では図17に示すように全体を気密容
器に封じる手段が述べられている。この図17図を説明す
ると、基本波としてのレーザ光７ａを出射する半導体レ
ーザ２、平行光を得るためのコリメートレンズ３、集光
レンズ４、及びコア９を有し、変調された光７ｂを出射
する光波長変換素子６が図に示す順序で密閉容器内に納
められており、この密閉容器内にはフッ素オイル30が充
填されている。しかし、この手段では有機非線形光学材
料の分圧は飽和されていないのでやはり昇華してしま
う。

【００１７】また、上記従来技術には、更に、光波長変
換素子２の両端部にアクリル樹脂による遮断層を設ける
技術も開示されている。同じく特開平２−250043号公報
にも、このような遮断層を設ける技術が開示されてい
る。しかし、いずれの場合も、時間経過による昇華対策
はできるが、集光レンズが１つしか存在しないため、位
置ずれによる作製方法の改善は期待できない。即ち、そ
うしたレンズ系では、効率良くレーザ光７を素子６（特
にコア９）に集光させることができず、そのスポットが
レンズ系の配置上の精度のばらつきによって大きくずれ
たり、或はレーザ光自体をコア９にうまく集めることが
できなくなる。

【００１８】

【発明の目的】本発明の目的は、光波長変換素子への入
射結合効率が高く、かつ経時変化による性能劣化を防止
した光波長変換装置を提供することにある。

【００１９】

【発明の構成】本発明は、基本波を発する光源と；この
光源からの前記基本波をほぼ平行光となし、かつ集光す
るための光学素子と；この光学素子からの光を入射させ
るコアを有し、かつその入射光を波長変換して出射させ
る光波長変換素子と；から構成される光波長変換装置に
おいて、前記光波長変換素子の光入射側と前記光学素子
との間に、集光素子（特に集光レンズ）が更に設置され
ていて、かつ該集光素子が前記光波長変換素子と一体化
されていることを特徴とする光波長変換装置に関するも
のである。なお、上記の「ほぼ平行光」とは、完全な平
行光だけでなく、多少斜めになっていても平行光と同等
の作用をなすことのできる方向をも包含するものであ
る。また、ここで上記の「一体化」とは、主として、両
素子が充填物若しくは介在物を介して間接的に一体化さ
れている場合を意味する。

【００２０】また、本発明は、前記の集光素子（特に集
光レンズ）と該光波長変換素子との間が、屈折率ｎ（但
し、ｎは1.4 〜1.8 である。）の媒体で充填されている
ことを特徴とする光波長変換装置に関するものである。

【００２１】更に、本発明は、前記集光レンズが、前記
コアの構成材料の昇華防止のための密閉構造の一部とし
て設けられていることを特徴とする光波長変換装置に関
するものである。

【００２２】本発明においては、前記光波長変換素子と
一体化された集光レンズの片面が平面であることが好ま
しく、また、この集光レンズが、非球面レンズ、集束形
ロッドレンズ、又は半球面レンズのいずれかであること
も好ましい。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００２４】図１〜図６は本発明の第１実施例を説明す
るものである。

【００２５】図１は、本発明の光波長変換装置の例の断
面図である。光波長変換装置１は、半導体レーザ２、コ
リメートレンズ３、集光レンズ４、接着剤14によって光
波長変換素子（以後、ＳＨＧ素子と略す。）６と一体化
された集光レンズ（以後第２集光レンズと称する。）
５、及びＳＨＧ素子６がこの順に配置されている。ま
た、ＳＨＧ素子６の出射側には不要の基本波をカットす
るためのフィルター７及びここを通過した変換済みの光
を平行光にするためのコリメートレンズ８が設けられて
いる。

【００２６】図２は、半導体レーザ２から発せられた光
７ａの進行の様子を示している。コリメートレンズ３で
平行光となった光は集光レンズ４で集光されるが、完全
に集束する前に第２集光レンズ５に到達する。即ち、集
光レンズ４の焦点は、第２集光レンズ５の後方にある。
この第２集光レンズで集められた光はＳＨＧ素子６のコ
ア９に更に集束されて高い結合効率で入射され、ここで
波長変換されて出射した光７ｂは、フィルター７及びコ
リメートレンズ８を通過して、印刷用等の記録光源等の
用途に供される。

【００２７】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、ＳＨＧ素子
６を示すものである。このＳＨＧ素子はコア９及びクラ
ッド10から成っている。コア９は、クラッド10の中心の
中空部内に有機非線形光学材料の単結晶を形成すること
で構成されている。

【００２８】コア９に使用される有機非線形光学材料と
しては、例えば２−メチル−４−ニトロアニリン（ＭＮ
Ａ）、２−アセトアミド−４−ニトロ−Ｎ，Ｎ−ジメチ
ルアニリン（ＤＡＮ）、２−アセトアミド−４−ニトロ
−１−ピロリジノベンゼン（ＰＡＮ）、２−（α−メチ
ルベンジル）アミノ−５−ニトロピリジン（ＭＢＡ−Ｎ
Ｐ）等が知られている。これらの有機非線形光学材料
は、非線形効果が無機系の非線形光学材料に比べて非常
に大きく、効率よく光高調波を発生することができる。

【００２９】コア９の直径は、４μｍ以下であることが
好ましく、更に基本波のコア９中への閉じ込め効果を高
め、また単一モードのＳＨＧ素子６を形成するために
は、２μｍ以下にすることが好ましい。コア９の直径が
４μｍを超えると、コア９中の基本光波密度が低くな
り、波長変換効率が低下する恐れがある。

【００３０】上記のコア９の端部に入射された基本波
（図３のλ₁）は、前記の有機非線形光学材料によって
波長が基本波の1/2 である光高調波λ₂を派生する。基
本波λ₁はコア９内を伝搬し、出射された後に、図１に
示すフィルター７に吸収される。一方、光高調波λ₂は
コア９からクラッド10へ移行し、ここを伝搬して、クラ
ッド材の端面からリング状に出射される（チェレンコフ
放射方式）。

【００３１】高調波λ₂の光導波路を構成するクラッド
10の材料としては、ガラス類、プラスチック類等、いか
なる材質のものを用いてもよいが、鉛成分の含有量が10
％以下であるガラス材料が好ましい。

【００３２】図３において、クラッド10の外径をａ、Ｓ
ＨＧ素子６の長さをｌ、チェレンコフ放射角をθとした
とき、ａ≧２ｌ tanθの関係を満足する条件を設定する
ことが好ましい。この条件では、図３（ａ）に示す如
く、入射光７ａは波長変換後クラッド10の外側面10ａで
反射することなく変換光７ｂとして出射されるため、光
に乱れが生じず見かけの変換効率も高くなるためであ
る。

【００３３】一方、入射光７ａが外側面10ａで反射する
（即ち、外部の媒体、例えば空気との屈折率の差で反射
する）図３（ｂ）のような場合、ａとｌ及びθとの関係
はａ＜２ｌ tanθとなるが、この場合は変換光７ｂに乱
れが生じて見かけの変換効率が低下する場合がある。但
し、外側面10ａでの反射回数が（例えば５回以内の）少
ない範囲では、ｌを大きくとることにより素子の見かけ
の変換効率を上げることができる。

【００３４】上記のａ≧２ｌ tanθを満足させるために
は、ＳＨＧ素子６の長さｌを短くし、クラッド10の外径
ａを大きくすることがよい。或はチェレンコフ放射角θ
が小さくなるように、コア９とクラッド10の屈折率を設
定してもよい。

【００３５】しかし、実質的には例えばθは５°、ｌは
６mm程度であるのでａは1.05mm以上の値が好ましいこと
になる。

【００３６】クラッド10の中空部内にコア９を形成する
方法としては、ブリッジマン炉による方法等がある。ま
た、具体的な製造方法については例えば特開平２−2500
43号公報等に開示されている。

【００３７】本実施例のクラッド10の外径は1.0 ±0.01
mmの精度で形成されており、またコア９の径は1.5 μｍ
としてある。更に、上記クラッド10の材質は光学ガラス
であり、またコア９は、２−メトキシ−５−ニトロフェ
ノールの単結晶で形成されている。

【００３８】次に、ＳＨＧ装置１の組み立て手順（１）
〜（５）を図１に基づいて説明する。

【００３９】（１）ＳＨＧ素子６と第２集光レンズ５
を、中心のずれが50μｍ以内となるように、ホルダー11
を介して固定（一体化）する。この場合の位置合わせ
は、機械精度で十分に行うことができる。

【００４０】上記の一体化手順としては、まずホルダー
11内に、第２集光レンズ５の側面部が接着剤12で気密が
保たれるように固定する。この接着剤12としては、公知
のものを使用することができるが、熱膨張による誤差の
発生を避けるためには、紫外線硬化樹脂、電子線硬化樹
脂等の常温硬化可能な無溶剤型接着剤が好ましい。また
ＹＡＧ等のレーザを利用して融解接着することも可能で
ある。本例では紫外線硬化樹脂を用いた。

【００４１】次に、このホルダー11内にＳＨＧ素子６を
入れて接着剤13で気密が保たれるように固定する。この
接着剤13は前記接着剤12と同様のものを使用することが
できる。

【００４２】上記手順によって第２集光レンズ５とＳＨ
Ｇ素子６の一体化が終了するが、この両者は密着されて
いてもよく、又は、双方の間に距離があってもよい。但
し、該距離としては、位置ずれによる結合効率の低下を
抑えるために、100 μｍ以下が好ましい。密着させる場
合には、両者の接触面を光学研磨するとよい。また距離
を設ける場合には、この密閉空間部にコア材と同一の有
機非線形光学材料の小片を入れて分圧を飽和させるか、
又は、上記のＳＨＧ素子取付け作業を該有機非線形材料
の飽和蒸気圧下で行うことが良い。更に、このＳＨＧ素
子６と第２集光レンズ５の間に屈折率ｎが1.4 〜1.8 の
充填物14を入れる方法もある。なお、充填物14は、図16
に仮想線で示すようにＳＨＧ素子６の先端部を埋設する
ようなレベルまで充填されていてもよい。

【００４３】この充填物14は、上記屈折率の条件を満た
す透明な物質であればよく、例えばポリメチルメタクリ
レート、ポリカーボネート、酢酸セルロース、ポリプロ
ピレン、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共
重合体、メチルメタクリレート−スチレン共重合体、ポ
リエチレンテレフタレート、ポリサルファイド、ポリス
ルホン、ポリイミド、α−シアノアクリル酸メチル、エ
ポキシ樹脂、シリコン樹脂、電子線硬化樹脂、紫外線硬
化樹脂が挙げられるが、α−シアノアクリル酸メチル、
紫外線硬化樹脂が好ましく、紫外線硬化樹脂が特に好ま
しい。また、この充填物14は液状であってもよい。本例
では充填物14として屈折率1.57の紫外線硬化樹脂を用い
た。

【００４４】上記の充填物14を用いる場合には、ＳＨＧ
素子６の取付け前に、この充填物の充填作業の工程が挿
入される。

【００４５】ところで前記のように第２集光レンズ５は
集光レンズ本来の性質の他に、ＳＨＧ素子６の端部を密
閉する手段として用いることができ、従って第２集光レ
ンズ５を使ってコア９の材料の入射側端部からの昇華を
防止することができる。こうすれば、第２集光レンズ５
による集光効率の向上と結晶の昇華防止とを同時に実現
でき、しかもこの効果を簡易な構造で容易に実現するこ
とができる。なかでも充填物14を用いる方法は、図４に
示すように光軸方向の位置ずれが生じて第２集光レンズ
５とＳＨＧ素子６の間の距離が変動しても、屈折率ｎが
1.4 〜1.8 の充填物14が介在しているため、結合効率
（ここでは、コア９へ入射しようとする光のうち、実際
にコア９へ入射された光の割合）が大きく低下すること
がないため、最も好ましい方法である。

【００４６】なお、上記の屈折率ｎは1.4 〜1.8 である
が1.5 〜1.7 が好ましい。屈折率が1.4 未満では、図４
に示すｎ＝1.00の空気の例のように、位置ずれによる結
合効率の低下が著しく、また1.8 を超えると、第２集光
レンズ５と充填物14及び充填物14とコア９の間の反射率
が高くなり、結合効率の低下を招く。ＳＨＧ素子６は、
光波長の変換率が入射光量の２乗に比例するため、光フ
ァイバーに比べて、この変換率の低下による損失は多大
なものとなる。

【００４７】（２）半導体レーザ２とコリメートレンズ
３の間隔を調整する。即ち、コリメート光（平行光）が
コリメートレンズ３から出射されるように調整し、両者
をホルダー15内に固定する。この固定は、はんだ、前記
の接着剤12等の公知の方法を用いることができる。

【００４８】本例では光源として半導体レーザを用いて
いるが、本発明における光源はこれに限定されない。即
ち、例えばレーザ光に関しては前記の半導体レーザに代
えて固体レーザ、ガス・レーザ、エキシマー・レーザ、
化学レーザ、液体レーザ、自由電子レーザ、Ｘ線レーザ
等を使用することができる。

【００４９】（３）次に集光レンズ４を挿入して同じく
固定する。集光レンズ４は図１に仮想線で示したように
２枚、或はそれ以上あっても良い。この場合には光コン
トロールがより容易になる。

【００５０】（４）（１）で作成した一体化部品と
（２）（３）で作成した半導体レーザ付き集光光学系部
品を図１のように組み合わせ、ＳＨＧ光をフォトダイオ
ード（光検出器）に受け、その光量が最大となったとこ
ろで固定する。この場合、コア材が有機化合物であるた
め、高温（特に150 ℃以上）の接着は避け、上記の紫外
線硬化樹脂等の常温硬化型接着剤、或はＹＡＧによる融
解接着を行うことが好ましい。

【００５１】なお、各部品間の微調整は治具16及び17に
よって行うことができる。これらの治具は、光軸方向の
調整は元より面方向の調整もできるように遊びが設けて
ある（即ち、３次元方向の微調整が可能である）。調整
終了後は、この遊び（即ち、間隙）に接着剤等を入れ固
定することができる。従って、図17に示した特開平２−
167531号公報の装置が２次元方向の調整しか行えないの
に比較して有利である。

【００５２】（５）最後に、ＳＨＧ素子６の出射側にフ
ィルター７及び必要に応じてコリメートレンズ８を図１
に示す順序で取り付ける（コリメートレンズは場合によ
ってはなくてもよい）。なお、この場合コリメートレン
ズ８はアクシコンレンズであると更に良い。

【００５３】ＳＨＧ素子６の出射側端部は、コア材料の
昇華を防ぐために、フィルター７と密着させるか、又
は、後述の図８に示すように、接着剤32でコア９の端部
を被覆することが好ましい。また、これら接着材被覆と
フィルター７の密着の両方法を併用してもよい。

【００５４】上記接着剤32による被覆の場合は、この接
着剤が基本波を吸収するものであれば、フィルター７を
使用しなくても済む。また、この接着剤が基本波を吸収
し、変換光を透過させる（フィルターと同様の）性質の
ものであれば、コア９のみでなくクラッド10も被覆する
ことができるため、接着作業が容易である。

【００５５】このフィルター７及びコリメートレンズ８
の取り付けは、（１）の操作に続いて行ってもよい。こ
の場合は、第２集光レンズ５、ＳＨＧ素子６、フィルタ
ー７、コリメートレンズ８が一体化されるため、後の操
作が容易となる。

【００５６】上記手順によって、光波長変換装置１を完
成することができる。

【００５７】前記各レンズは、本例で示した複合レンズ
の他、単レンズ、非球面レンズ、集束形ロッドレンズ
（ＧＲＩＮ−ＲＯＤレンズ）等を使用することができ
る。また、コリメートレンズ３及び集光レンズ４は焦点
位置を調整することにより、両者の性質を兼ね備えさせ
て１枚のレンズで済ますこともできる。ただしこの場
合、収差が大きくなるので非球面レンズが良い。

【００５８】第１実施例による光波長変換装置１におい
ては、図２に示す第２集光レンズ５の仮想スポット18
（レンズを一体化したＳＨＧ素子の受光ビームスポット
径を仮想スポットと定義する。）内を通って入射する光
は全てＳＨＧ素子６のコア９に入射されるように両者を
調整してある（しかも、この調整は50μｍ迄のずれは許
されるため、容易に行うことができる）。上記の仮想ス
ポット18は、例えば7.5〜20.0μｍの大きさであり、コ
ア９の直径（１〜２μｍ）よりもかなり大きいため、前
記（４）の調整もまた容易である。

【００５９】図５は面方向（即ち光軸に対して横方向）
のずれと結合効率の関係を示したものであり、また、図
６は光軸方向と結合効率の関係を示したものである。両
図から明らかなように本例によるものは、従来のもの
（例えば特開平２−250043号公報或は特開平２−167531
号公報に開示される光波長変換装置）と比較して、ずれ
による結合効率の低下が緩やかである。この理由は、上
記のように本実施例では第２集光レンズ５が設けられて
いるため、径の大きな仮想スポット18内に納まるように
光束を調整すれはよいのに対して、従来例では集光機能
を有するレンズが１つしかないため、径の小さいコア９
内に納まるように光束を調整しなければならないからで
ある。

【００６０】上記のように本発明に基くＳＨＧ装置の位
置調整が容易であるという特長は、他面から見れば誤差
の許容度が大きいという特長でもある。即ち、本発明に
基くＳＨＧ装置は、仮に製造後に接着剤等のずれによる
レンズ等の位置ずれがあっても、図５及び図６に示すよ
うに許容誤差が大きいため、結合効率が急減することが
なく、安定して使用することができる。換言すれば、図
１、図２において、第２集光レンズ５によって、第１集
光レンズ４による集光をそれ程高精度にしなくても（即
ち、緩やかであっても）、光７ａをコア９に対して十二
分に集光させることができるのである。

【００６１】更に、前記のように第２集光レンズ５は、
コア９を形成する有機非線形光学材料の昇華を防止する
手段としても使用されており、ＳＨＧ素子６の劣化を防
ぐ効果も有している。

【００６２】次に、本発明の他の実施例を説明する。

【００６３】第２実施例はファイバー型のＳＨＧ素子６
に代えて平面型（チャネル型）ＳＨＧ素子19を用いた例
であり、他の構成は実施例１と同様である。

【００６４】即ち、図７に示すように、平面型ＳＨＧ素
子19は、クラッド10としてのガラス基板に深さ0.5 μ
ｍ、幅1.5 μｍの溝をリソグラフィー法により形成し、
この溝に２−メトキシ−５−ニトロフェノールの単結晶
９をブリッジマン法によって晶出させてある。また、更
にこの上にガラス基板の蓋10ａを置き、接着剤によって
固定してあるが、この蓋は上記結晶の昇華を防ぐための
ものであり、変換光を導波するためのクラッグ材として
は必須ではない。

【００６５】本例の平面型ＳＨＧ素子19は、チェレンコ
フ放射が一方向である（即ち、蓋10ａ側には変換光がで
ない）ので、ＳＨＧ素子19の長さをｌ、蓋10ａを含まな
い厚さをａとすると、チェレンコフ放射角θ（即ち、コ
ア９からクラッド10側へ出射する変換光の出射角。図示
せず。）との間にはａ≧ｌ tanθ の関係がある。

【００６６】即ち、前記ファイバー型素子の場合（ａ≧
２ｌ tanθ）に比較して、クラッド10の厚さを1/2 にす
ることができるため、ＳＨＧ素子19の小型化が可能であ
る。

【００６７】更に、ファイバー型素子はコア９のための
微小径の中空部を形成することが困難であるが、本例の
平面型素子の場合はリソグラフィー法を利用できるた
め、比較的容易に形成でき、精度も出すことができる。

【００６８】図８は、第２集光レンズ５とＳＨＧ素子６
の間に密閉空間20がある例である。この密閉空間20には
コア９を形成する有機非線形光学材料と同じ有機化合物
（本例では、２−メトキシ−５−ニトロフェノール）の
小片を入れその蒸気圧を飽和させている。このため、コ
ア９の入射側端面からの昇華はない。

【００６９】また、本例ではＳＨＧ素子６の出射側のコ
ア端部を接着剤32で被覆してある。即ち、コア９の両端
部からのコア材の昇華がないため、ＳＨＧ装置の性能は
低下しない。その他の構成は第１実施例と同じである。

【００７０】図９は、コリメートレンズ３及び集光レン
ズ４に代えて、この両方の性質を併せ持つ様に、焦点位
置を調整しかつ収差の低減をはかるため、非球面レンズ
21を用いた例である（なお、、ＳＨＧ素子６に密着する
集光レンズは、他の例とのバランス上、他の例と同じく
第２集光レンズ５と呼ぶ）。この例では、レンズの数を
減らすことによって操作が一段と簡便となる。また、第
２集光レンズ５は複合レンズであり、片面が平坦なた
め、ＳＨＧ素子６とともに光学研磨して互いに密着させ
ることができる（以後この操作を突き当てと呼ぶ）。こ
の場合、密着部の周囲に接着剤（図示せず。）を流し込
んで固定することが好ましい。

【００７１】第２集光レンズ５とＳＨＧ素子６の間隔
が、固定後に変動すると、第１集光レンズ（本例ではコ
リメート兼用の非球面レンズ21）の適正位置も大幅に変
動する。従って強固な固定が重要であるが、本例のよう
な突き当ては固定は強固であり、経時安定性が良好とな
る。

【００７２】また、ＳＨＧ素子６の出射側はフィルター
７との間が密閉空間20となっており、ここには図８の例
と同じくコア材の小片が入っている。従ってコア９は完
全に保護されており、昇華することがないので、性能の
低下も生じない。

【００７３】図10においては、第２集光レンズ５を図９
じ述べたと同様の非球面レンズとしている。ＳＨＧ装置
１では、ビーム径を数μｍ（１〜２μｍ）絞る必要があ
るが、このときに収差の影響を受けやすくなる。この場
合は、本例のように収差の小さい非球面レンズを使用す
ることが有効である。

【００７４】上記非球面レンズを用いれば、複合レンズ
では適用できないガラス融着剤による固定が可能となる
（複合レンズは、ガラスを接着剤で貼り合わせてあるた
め、ガラス融着法による固定はできない）。このガラス
融着法は、位置ずれを生じにくい有効な固定法である。

【００７５】ＳＨＧ素子６の端部には入射側に平面ガラ
ス22を、また、出射側にフィルター７を夫々突き当てと
し、接着剤で貼り合わせてある。また、第２集光レンズ
５が非球面レンズであり、片面が平面でないために平面
ガラス22を採用しているが、このガラスの厚みは0.2 mm
以下であることが好ましい。このようにＳＨＧ素子６の
両端部を突き当てとすることで昇華を防止することがで
きる。

【００７６】図11は、コリメートレンズ３及び集光レン
ズ４に変えて両方の性質を併せ持つ単レンズ23を用い、
この収差の影響を低減するために第２集光レンズ５とし
てＧＲＩＮ−ＲＯＤレンズを用いた例である。ＧＲＩＮ
−ＲＯＤレンズは収差が前記の非球面レンズ並みに良好
である。たま複合レンズではないためガラス融着によっ
て位置ズレを最小限にすることができ、更に端面が平面
なためＳＨＧ素子６と突き当てを行うことができる。本
例ではＳＨＧ素子６はＧＲＩＮ−ＲＯＤレンズ及びフィ
ルター７によって両端部を突き当てとすることで昇華を
防止している。

【００７７】図12は、第２集光レンズ５として、半球面
の一端が平面の単レンズを用いた例である。コリメート
レンズ３及び集光レンズ４は夫々収差の少ない非球面レ
ンズを用いている。本例の半球面レンズは曲率ＲがＲ≦
3.00であれば位置ずれが生じた場合の結合効率がそれ程
低下しないため、好ましい。

【００７８】図13は、図10の例の第２集光レンズ５（非
球面レンズ）と平面ガラス22の間に屈折率1.4 〜1.8 の
充填剤14を入れた例である。（以後の図14〜16の例も全
て充填物14を使用している）この充填物14によって、第
１実施例で述べた如く、結合剤効率を安定化し、許容誤
差を大きくすることが可能である。

【００７９】図14は、図13の例において使用した複合レ
ンズ（コリメートレンズ３及び集光レンズ４）を、非球
面レンズに代えたものである。第２集光レンズ５を含め
たこれら非球面レンズはガラス融着によって固定するこ
とができ、位置ずれを生じ難い強固な接着が可能であ
る。また、第２集光レンズの片面は平面ではないのでＳ
ＨＧ素子６との突き当てはできないが、この空間内には
充填物14が入っているためコア材の昇華を防止すること
ができる。

【００８０】図15は、図11の例と同じく、第２集光レン
ズ５としてＧＲＩＮ−ＲＯＤレンズを用いたものであ
る。但し、図11の例と異なって、コリメートレンズ３及
び集光レンズ４は夫々独立した単レンズである。これら
単レンズの収差の影響は、第２集光レンズ５としてのＧ
ＲＩＮ−ＲＯＤレンズによって修正することができる。
また、本例ではフィルター７の後のコリメートレンズが
ないが、用途によってはこのような場合もある。

【００８１】図16は、図12の例と同じく、第２集光レン
ズ５として片面が平面の半球面レンズを用い、コリメー
トレンズ３及び集光レンズ４として夫々非球面レンズを
用いている。この例では，半球面レンズの曲率ＲをＲ≦
3.00の範囲に調整することによって、充填物14の効果も
加わり、位置ずれによる結合効率の低下を最小限に抑え
ることが可能である。

【００８２】以上、本発明を各種実施例について説明し
たが、これらの実施例は本発明の技術的思想に基いて更
に変形が可能である。

【００８３】例えば、図１に仮想線４で示したように、
第１集光レンズを２枚又はこれ以上配置すると、各レン
ズでの集光の精度を一層緩和することができる。また、
第２集光レンズ５も２枚、又はそれ以上設けることもで
きるが、この場合もコア９への入射効率が一層向上する
ものと考えられる。この意味では、上記仮想線の集光レ
ンズ４は第２集光レンズ５と同等の（或は同じ）役割を
なしている。

【００８４】

【発明の効果】本発明の光波長変換装置は、光波長変換
素子の入射側に新規に第２の集光素子を設けてあるた
め、光源、各レンズ及び変換素子間の調整を容易かつ正
確に行え、調整後も接着剤のずれ等による結合効率の低
下を大幅に抑えることができる。

【００８５】また、第２の集光素子と変換素子の間に屈
折率ｎが1.4 〜1.8 の媒体を充填することによって、上
記結合効率をなお一層安定させることが可能である。

【００８６】更に、上記第２の集光レンズは変換素子の
コア材の昇華を防止するための遮蔽手段としての効果も
併せ持つことができるため、少なくとも入射側でのコア
材の昇華を防止若しくは減少させることができ、従っ
て、経時変化による性能の劣化が発生しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光波長変換の一例の断面図であ
る。

【図２】同装置における光路を説明するための断面図で
ある。

【図３】光波長変換素子を説明する図である。

【図４】第２集光レンズ−ＳＨＧ素子間距離と結合効率
の関係を示す図である。

【図５】面方向のずれと結合効率との関係を示す図であ
る。

【図６】光軸方向のずれと結合効率との関係を示す図で
ある。

【図７】平面型ＳＨＧ素子を説明する図である。

【図８】本発明による光波長変換装置の他の例の断面図
である。

【図９】同装置の他の例の断面図である。

【図10】同装置の他の例の断面図である。

【図11】同装置の他の例の断面図である。

【図12】同装置の他の例の断面図である。

【図13】同装置の他の例の断面図である。

【図14】同装置の他の例の断面図である。

【図15】同装置の他の例の断面図である。

【図16】同装置の更に他の例の断面図である。

【図17】従来の光波長変換装置の一例を示す図である。

【符号の説明】

１光波長変換装置２半導体レーザ３、８コリメートレンズ４集光レンズ５第２集光レンズ６ＳＨＧ素子７フィルター９コア 10 クラッド 11、15、31 ホルダー 12、13 接着剤 14 充填物 16、17 治具 18 仮想スポット 19 平面型ＳＨＧ素子 20 密閉空間 21 非球面レンズ 22 平面ガラス 23 単レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浅野和夫東京都日野市さくら町１番地コニカ株式会社内 (72)発明者竹内良夫東京都日野市さくら町１番地コニカ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基本波を発する光源と；この光源からの
前記基本波をほぼ平行光となし、かつ集光するための光
学素子と；この光学素子からの光を入射させるコアを有
し、かつその入射光を波長変換して出射させる光波長変
換素子と；から構成される光波長変換装置において、前
記光波長変換素子の光入射側と前記光学素子との間に、
集光素子が更に設置されていて、かつ該集光素子が前記
光波長変換素子と一体化されていることを特徴とする光
波長変換装置。
【請求項２】基本波を発する光源と；この光源からの
前記基本波をほぼ平行光となし、かつ集光するための光
学素子と；この光学素子からの光を入射させるコアを有
し、かつその入射光を波長変換して出射させる光波長変
換素子と；から構成される光波長変換装置において、前
記光波長変換素子の光入射側と前記光学素子との間に、
集光素子が更に設置されており、かつこの集光素子と該
光波長変換素子との間が、屈折率ｎ（但し、ｎは1.4 〜
1.8 である。）の媒体で充填されていることを特徴とす
る光波長変換装置。
【請求項３】基本波を発する光源と；この光源からの
前記基本波をほぼ平行光となし、かつ集光するための光
学素子と；この光学素子からの光を入射させるコアを有
し、かつその入射光を波長変換して出射させる光波長変
換素子と；から構成される光波長変換装置において、前
記光波長変換素子の光入射側と前記光学素子との間に、
集光レンズが更に設置され、この集光レンズが、前記コ
アの構成材料の昇華防止のための密閉構造の一部として
設けられていることを特徴とする光波長変換装置。
【請求項４】前記の光波長変換素子と一体化された集
光レンズの片面が平面である請求項１〜３のいずれか１
項に記載の光波長変換装置。
【請求項５】前記光波長変換素子と一体化された集光
レンズが非球面レンズ、集束形ロッドレンズ及び半球面
レンズのいずれかである請求項１〜３のいずれか１項に
記載の光波長変換装置。