JPH075507A

JPH075507A - 光波長変換装置

Info

Publication number: JPH075507A
Application number: JP14717193A
Authority: JP
Inventors: Kozaburo Yano; 光三郎矢野
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-06-18
Filing date: 1993-06-18
Publication date: 1995-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】小型、軽量、かつ低価格の光波長変換装置を
提供することを目的とする。【構成】３，５−ジメチル−１−（４−ニトロフェニ
ル）ピラゾール等の非線形光学材料からなるコア３が、
コア３より屈折率の低い重フリントガラスであるＳＦ１
５ガラス等の物質からなるクラッド２に被服されてなる
ファイバー型の光波長変換素子１と、基本波発生手段で
ある半導体レーザー６とから構成され、半導体レーザー
６から発せられるレーザー光である基本波４を光波長変
換素子１のコア３部分に入射させ、波長変換し発生した
第２高調波４’を光波長変換素子１の基本波４入射側と
反対側のファイバー端面から出射させる光波長変換装置
において、基本波４の入射側の端面に、直接半導体レー
ザー６を取り付けられてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光コンピュータや光通
信あるいは光情報記録など広範な分野で用いられる光波
長変換装置に関するものであり、特に小型、軽量、かつ
低価格化を図った光波長変換装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザー光により得られるような強い光
電場によって、物質中に誘起される電気分極が、光電場
に比例することを物質の線形光学応答といい、比例関係
から外れて、光電場の２乗、３乗、・・・に比例するこ
とを非線形光学応答というが、このような非線形光学応
答から生じる様々な効果を総称して、非線形光学効果と
呼ばれている。

【０００３】光波長変換装置とは、このいわゆる非線形
光学効果を利用したレーザー光源のことを指すものであ
る。この装置によれば、基本波レーザー光の２倍の周波
数を有し、基本波光源のレーザー光と同等の性質を有す
るコヒーレント光を容易に取り出すことができるので、
情報記録や画像処理、あるいはレーザー計測などの広い
分野でその応用が期待されている。また、このような光
波長変換装置を構成する光波長変換素子において、非線
形光学効果を示す物質の非線形性が小さくても、相互作
用長を長く取ることができれば、あるいは高出力の基本
波光源となるレーザーを用いれば、原理的には、１００
％に近い変換効率を得ることも可能である。例えば、数
ｍＷから数百ｍＷの出力レベルの半導体レーザーを基本
波光源として、波長変換により、小型かつ簡便な低価格
の可視コヒーレント光源を実現することが可能となる。

【０００４】従来の光波長変換装置を構成する光波長変
換素子としては、ＬｉＮｂＯ₃ （ＬＮ）、ＫＴｉＯＰＯ
₄ （ＫＴＰ）、ＫＨ₂ＰＯ₄（ＫＤＰ）、ＮＨ₄Ｈ₂ＰＯ₄
（ＡＤＰ）などの無機結晶と、基本的に数枚のミラーと
から構成される共振器型光波長変換素子、同様の無機結
晶の基板上にプロトン交換やチタン拡散法により、スラ
ブ型やリッジ型と呼ばれる導波路を形成した導波路型光
波長変換素子、あるいは更に導波路型光波長変換素子の
導波路上に電子ビーム描画法により、ドメイン反転層を
設けて疑似的に位相整合条件を満足しうる構造を有した
疑似位相整合型光波長変換素子などがある。

【０００５】しかしながら、無機結晶を用いた光波長変
換素子は、光学的純度の高い単結晶が非常に高価である
こと、潮解性を示すものがあり取り扱いに不便であるこ
と、光損傷強度に乏しいこと、また２次非線形感受率が
高くないことなど非線形光学結晶そのものの問題点と、
さらに例えば、導波路型の素子を構成した場合、第２高
調波を発生させるための温度許容性、波長許容性等の使
用条件が非常に厳しくなるといった問題点がある。特
に、共振器型光波長変換素子においては、非線形光学結
晶の他にＹＡＧやＹＶＯ₄ 等のレーザー媒質としての結
晶がさらに必要となり非常に高価になる、あるいは直接
的に変調をかけることができないため記録用途には不向
きであるといった問題点がある。

【０００６】一方、無機結晶に代わる非線形光学結晶と
して、例えば、２−メチル−４−ニトロアニリン（ＭＮ
Ａ）、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）、カルコンなどの有機結
晶においても、素子化の試みがなされている。これらの
有機結晶を用いた光波長変換素子の中でも、有機非線形
光学材料の有する大きな非線形光学特性を有効に利用で
き、かつ温度や波長に対する許用度も比較的大きく、民
生機器等への応用の観点からも現在非常に有望視されて
いるものとして、ファイバー型光波長変換素子がある。
このファイバー型光波長変換素子は、ファイバーのキャ
ピラリ中に非線形光学特性を有する有機結晶を充填し結
晶化させた構成のものであり、現在、素子実現化のため
に研究開発が盛んになされている。

【０００７】従来のファイバー型光波長変換素子を用い
た光波長変換装置として、例えば、特開平２−２４６３
７号に示されるようなものがある。図３のように、この
ファイバー型光波長変換素子１１は、クラッド１２の中
心の中空部に内に、非線形光学材料からなるコア１３が
充填されたファイバーから構成される。この光波長変換
素子の動作原理を説明すると、まず、半導体レーザー１
６から射出された発散ビームである基本波１４が、コリ
メーターレンズ２０によって平行ビームとなり、対物レ
ンズ２１により集光され、集光レンズ２２によりコア１
３の端面に小さなスポット状に収束されて、光波長変換
素子１１内に入射される。そして、この後基本波１４
は、コア１３内を導波し、非線形光学材料により波長が
半分の第２高調波１４’に変換され、ファイバー出射端
面から波長変換光１５として出射される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の光波長変換装置において、基本波光源のレーザー
からファイバーへの結合のための入射光学系が複雑であ
ることなどから、半導体レーザーと一体化した光波長変
換装置を作製することが非常に困難であって、現状で
は、半導体レーザーと一体化した装置化は実現されてい
ない。従って、半導体レーザーとファイバー型光波長変
換素子とを一体化した光波長変換装置を実現するために
は、基本波のファイバーへの結合に関する入射光学系を
できるだけ簡便にしなければならないという技術的課題
がある。

【０００９】すなわち、上記従来技術では、図３に示し
たように、基本波をコア内に入射させるためには、通常
数μｍ程度と極めて細いコアの端面に基本波を小さなス
ポット状に集光させる必要があるため、基本波光源とフ
ァイバーとの間に、これらとは別に、コリメーターレン
ズ２０、対物レンズ２１、集光レンズ２２等の集光光学
系を配置し、集光するようにしている。従って、部品点
数が多くなり光軸調整が複雑となり、結合効率が低下し
てしまうだけでなく、装置の大型化、重量化、高コスト
化の原因になっている。

【００１０】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたものであって、小型、軽量、かつ低価格の
光波長変換装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、非線形光学材料からなるコアが、コア
より屈折率の低い物質からなるクラッドに被服されてな
るファイバー型の光波長変換素子と、半導体レーザーと
から構成され、半導体レーザから発せられたレーザー光
を光波長変換素子のコア部分に入射させ、波長変換し発
生した第２高調波を光波長変換素子の基本波入射側と反
対側のファイバー端面から出射させる光波長変換装置に
おいて、レーザー光の入射側の端面に、直接半導体レー
ザーが取り付けられてなるようにしている。

【００１２】また、本発明では、上記の光波長変換装置
において、好ましくは、光波長変換素子のファイバーの
コアの径が、前記半導体レーザーから発せられるレーザ
ー光の径よりも大きいか同等にしている。

【００１３】また、本発明では、上記の光波長変換装置
において、好ましくは、光波長変換素子のファイバーの
コアの径が、半導体レーザーから発せられ、光波長変換
素子のコア部分に入射される時のレーザー光の径よりも
大きいか同等になるように、光波長変換素子と半導体レ
ーザーとを配置している。

【００１４】さらに、本発明では、上記の光波長変換装
置において、好ましくは、光波長変換素子と半導体レー
ザーとを、同一のヒートシンク上に配置している。

【００１５】

【作用】本発明によれば、光波長変換装置において、上
記のように、基本波を集光することなく、直接基本波光
源である半導体レーザーと光結合させるので、少なくと
も数個のレンズ系で構成される入射光学系を介さずと
も、基本波をファイバーの入射コア端面に効率的に入射
することができる。また、入射光学系を不要とするため
その軽量化、小型化を実現することが可能となる。さら
に、本発明によれば、光軸調整は、従来のように各々レ
ンズ系の光軸調整をする必要がなく、半導体レーザーと
ファイバーとの１回の光軸調整だけでよいことになり、
光波長変換装置を製造する際の時間を節約することがで
きると共に、コストの低減も可能となる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は、本発明に基づくファイバー型光波長変
換素子を用いた光波長変換装置の概略断面図であり、図
２は、図１の光波長変換装置におけるＡ部の拡大図であ
る。この光波長変換装置を構成する光波長変換素子１
は、クラッド２の中空部分内に非線形光学材料からなる
コア３が充填された非線形光学材料コアファイバーから
なる。また、半導体レーザー６は、発するレーザー光で
ある基本波４が、光学系を介さず直接入射するように、
ヒートシンク７上に配置されている。

【００１７】本実施例では、光波長変換素子１として、
コア３を３，５−ジメチル−１−（４−ニトロフェニ
ル）ピラゾールによって形成し、また、クラッド２の材
料としては、重フリントガラスであるＳＦ１５ガラスを
使用した。この光波長変換素子１である有機非線形光学
材料コアファイバーの作製方法としては、ごく一般的に
用いられるブリッジマン法を用いて作製した。この作製
法は、あらかじめ用意しておいたＳＦ１５の中空ガラス
キャピラリにキャピラリアクションによりコア材を充填
し、ブリッジマン炉を通過させることにより充填された
コア材の結晶成長を行うものである。

【００１８】なお、上記実施例では、ブリッジマン法に
より作製した光波長変換素子である有機非線形光学材料
コアファイバーの寸法は、後述するように、基本波発生
手段である半導体レーザーのレーザー光がレーザー光出
射端面において、１〜３μｍ程度の径であったので、外
径をｌｍｍ、内径を３μｍ、長さを５ｍｍとした。

【００１９】次に、上記のように作製したファイバー型
の光波長変換素子１を、半導体レーザー６がマウントさ
れたヒートシンク７上に、光軸調整を施し接着して、図
１に示すような光波長変換装置を作製した。ここで、フ
ァイバー型の光波長変換素子１と半導体レーザー６の基
本波出射端面８の位置合わせだけを正確に行っておけば
良く、従って、その他の入射光学系を有する素子に比較
して位置合わせ工程を大幅に削減し得る。更に、光波長
変換素子１全体を半導体レーザー６と同一のヒートシン
ク上に配置することにより、光波長変換装置全体の小型
化と温度特性の向上を達成できる。

【００２０】本実施例では、半導体レーザー６として、
発振波長が８８０ｎｍ、レーザー光出射端面の径が１〜
３μｍのものを用いた。また、半導体レーザー６から発
せられるレーザー光である基本波４が拡がって、光波長
変換素子１のコア３に入射されるとき、図２に示したよ
うに、拡がった基本波４の径がコア３の径とほぼ同等に
なるように、光波長変換素子１と半導体レーザー６との
位置を調整して配置した。

【００２１】続いて、上記のような光波長変換装置にお
ける動作について述べる。まず、半導体レーザー６の基
本波光出射端面８から出射された基本波４は、出射後直
接光波長変換素子１のコア３に入射される。入射された
基本波４は、コア３内を導波し、コア３内の非線形光学
材料により波長が半分の第２高調波４’に変換される。
すると、この第２高調波４’は、クラッド２中を伝播し
て、ファイバー出射端面より波長変換光５として出射さ
れる。このとき、ファイバー出射端面からは、波長変換
光５と共に、コア３内を導波した基本波４も混在して出
射されるが、偏向ビームスプリッター、あるいはＩＲ吸
収フィルター等によって、分離あるいは吸収され、波長
変換光５のみを取り出して利用することができる。

【００２２】本実施例では、半導体レーザー６として、
発振波長が８８０ｎｍのものを用いたので、波長変換光
５として、波長が４４０ｎｍのものが得られた。また、
位相整合に関しては、いわゆるチェレンコフ型位相整合
と呼ばれているもので、基本波４のコア３部での導波モ
ードと、第２高調波４’のクラッド２部への放射モード
との間で、位相整合が取られることになる。

【００２３】なお、上記実施例はコア材料として、３，
５−ジメチル−１−（４−ニトロフェニル）ピラゾール
を用いたが、これに限られるものではなく、非線形光学
材料であれば良く、波長変換効率の高い有機非線形光学
材料が望ましい。また、クラッド材として、重フリント
ガラスであるＳＦ１５ガラスを用いたが、これも上記実
施例に限定されるものではなく、コア材として用いる非
線形光学材料より、屈折率の小さい材料であれば良い。
また、光波長変換素子の寸法や、光波長変換素子と半導
体レーザーとの配置も、上記実施例に限定されるもので
はなく、用いる半導体レーザー等によって、適宜設定さ
れるものである。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、本発明の光波長変換装置
によれば、基本波を集光することなく、直接基本波光源
である半導体レーザーと光結合させているので、少なく
とも数個のレンズ系で構成される入射光学系を必要とし
ない。従って、軽量化、小型化を実現することが可能と
なり、更に、光軸調整は、従来のように各々レンズ系の
光軸調整をする必要がなく、半導体レーザーとファイバ
ーとの１回の光軸調整だけでよいことになり、光波長変
換装置を製造する際の時間を節約することができると共
に、コストの低減も可能となる。また、光波長変換素子
のコアの径や、光波長変換素子と半導体レーザーとの配
置を、用いる半導体レーザー等に応じて設定することに
より、より高効率な特性を得ることができる。また、光
波長変換素子と半導体レーザーとを同一のヒートシンク
上に配置すれば、光波長変換装置全体の小型化と温度特
性の向上も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の光波長変換装置の概略断面
図である。

【図２】図１におけるＡ部の拡大図である。

【図３】従来の光波長変換装置の概略断面図である。

【符号の説明】

１光波長変換素子２クラッド３コア４基本波４’第２高調波５波長変換光６半導体レーザー７ヒートシンク８基本波出射端面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非線形光学材料からなるコアが、該コア
より屈折率の低い物質からなるクラッドに被服されてな
るファイバー型の光波長変換素子と、半導体レーザーと
から構成され、該半導体レーザーから発せられたレーザ
ー光を前記光波長変換素子のコア部分に入射させ、波長
変換し発生した第２高調波を前記光波長変換素子のレー
ザー光入射側と反対側のファイバー端面から出射させる
光波長変換装置において、レーザー光の入射側の端面に、直接半導体レーザーが取
り付けられてなることを特徴とする光波長変換装置。
【請求項２】前記光波長変換素子のファイバーのコア
の径が、前記半導体レーザーから発せられるレーザー光
の径よりも大きいか同等であることを特徴とする請求項
１記載の光波長変換装置。
【請求項３】前記光波長変換素子のファイバーのコア
の径が、前記半導体レーザーから発せられ、前記光波長
変換素子のコア部分に入射される時のレーザー光の径よ
りも大きいか同等になるように、前記光波長変換素子と
前記半導体レーザーとが配置されたことを特徴とする請
求項１又は２記載の光波長変換装置。
【請求項４】前記光波長変換素子と前記半導体レーザ
ーとが、同一のヒートシンク上に配置されたことを特徴
とする請求項１〜３記載の光波長変換装置。