JPS6276793A - 色素レ−ザ−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】 ［産業上の利用分升コ 本発明は色素レーザー装置に関し、特にスラブ型導彼路
を用いた極超短光パルス発生が可能な分布帰還型色素レ
ーザー装置に関する。

［従来技術の説明コ 薄膜色素レーザーは、先導波路に組み込んで種々の光デ
バイスとして用い得る可能性が論じられており、今後大
きく応用の開ける分野である。

特に薄膜という形態が高集積化に適していることから光
集積回路への応用の可能性が高い。

従来知られていた薄膜色素レーザーには色素を含んだ高
分子薄膜先導波路の内外に共振器を設けたものや先導波
路に物理的な凹凸によるグレーティングを形成して分布
帰還型としたものなどがある。

［発明が解決しようとする問題点コ 上記従来の薄膜レーザー装置においてはピコ秒以下の極
超短光パルスの発振の発振はまだ実現していない。強度
変調の多重通信を行なう場合にはパルス幅の圧縮は不可
欠であるので、光集積回路用の薄膜レーザー素子として
はこれらは実用的ではなかった。

［問題点を解決するための手段］ 上記の問題点を解決する本発明の色素レーザー装置は、
基体上に色素を含む副導波路と色素を含まない透明な主
導波路とを積層形成し、前記色素を含む副導波路に、三
光束干渉法により光の明暗縞から成るグレーティングを
生成させ、これにより同調発振したレーザー光を前記主
導波路より取り出すようにした。

本発明で用いられる主導波路は、光を導波することがで
き、更に出力光をとり出すための端面やレンズカップラ
ー、プリズムカップラーなどを有したものである。

この導波路の材質は、ガラス、石英、ＰＬＺＴ１Ｔｉ拡
散、ＬｉＮｂＯ３などの無機物あるいは、ＰＭＭＡ、ポ
リカーボネートＺ１ポリウレタン、ポリエステル、シリ
コーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリジアセチレンなどの有
機物が使用できる。

また形状としてスラブ型やチャンネル型の薄膜状、ファ
イバー状など種々の形態をとり得る。

上記の主導波路は、真空蒸着、ＣＶＤ、結晶成長、液相
コーティング、プラズマ重合、ＬＢ膜の固相重合などで
形成することができる。

上記の主導波路に積層して設ける訓導波路は色素を含有
している事が必要であり、色素としては通常の色素レー
ザー装置において活性媒質として用いられているキサン
チン系やクマリン系の色素を用いることができ、この種
色素を導波路層内に分散又は溶解させる。

導波路層中に色素を含有させる方法としては、導波路形
成用ポリマー材料中に色素を予め混練しておく方法、ジ
アセチレンの側鎖に色素分子を結合させたものを用いて
ＬＢ膜を調整してから固相重合を一行なったり、〜また
金属アルコレートに色素を添加しておいてからゾル−ゲ
ル法で含色素ガラスとする方法など種々実施でき、マト
リックスとして用いる導波路材質もそれに応じて広範囲
に選択できる。色素を含んだ部分は導波路の全体にわた
っていても、一部に設けられていてもよいが、ポンピン
グ光が照射される部分だけに色素含有導波路が位置する
様にしておくことが望ましいので、その部分と同じ大き
さの色素含有薄膜を設けることが好ましい。出力光は色
素を含有しない主導波路より取り出される。従ってこの
主導波路上には出力装置をつける事が必要であり、この
出力装置にはプリズムカップラー、グレーティング、端
面集光レンズなど周知の光学的出力装置を用いることが
できる。

本発明装置をディスクリートデバイスとして使用する場
合にはプリズムカップラーが使い易く、光集積回路や０
ＥＩＣの一素子として使用する場合には端面集光レンズ
を用いるか、又は次の素子へと直接に連続した導波路で
結合する方が集積度を島める上で有利である。励起光は
二つの光束に分。

割されて色素含有導波路に照射され、干渉を起こして光
の明暗縞から成るダイナミックグレーティングを生じる
。

ここで分布帰還型の発振が起こるわけであるが、従来色
素レーザーの励起光には紫外光レーザーか使用されてい
た。これは色素の退色を引き起こすので、従来のもので
は色素溶液を共振器と冷却槽の間で循環させ、励起光の
照射時間を短くする必要があった。従来薄膜色素レーザ
ーデバイスの実用化が不可能であったのもこのためであ
り、本発明の実施に当っては励起光に可視光レーザー、
すなわち波長が約４００ｎｍの光を使用することが望ま
しい。干渉光によって生じたグレーティングの明部の幅
は、これによって発振するレーザーパルスの幅、波長に
関係しており、この明部の幅か小さいほどレーザーパル
スのパルス幅、波長は小さくなる。

従って二つの光束の一方の経路に遅延回路を設けること
によってこれら三光束のパルスの重なりをずらし、グレ
ーティング明部の幅を狭（すれば色素レーザーパルスの
幅を小さくできる。これによって原理的に極超短光パル
ス発振が可能になる。

励起パルス光は、色素を含んだ訓導波路の側から照射し
ても、あるいは色素を含まない主導波路の側から照射し
てもいずれでもよい。これら主・訓導波路層の屈折率は
いずれが高くてもかまわない。

色素を含む訓導波路の屈折率が高い場合には、この導波
路内で発振した色素レーザー光はそのエバネセント波が
他方の導波路から取り出される。

て一致させるために、含色素導波路の厚味を調節する必
要がある。含色素導波路の屈折率が主導波路よりも低い
場合には含色素導波路内で発振したレーザー光はそのま
ま導波結合して主導波路内を伝搬し取り出される。この
場合にも主導波路内の伝搬定数を一致させなくてはなら
ないが、この場合は主導波路の、含色素導波路に接した
部分と接しない部分とで膜厚を異なったものにして、す
なわち段差をつけて伝搬定数を合せる必要がある。

本発明において励起光の入射角度は自由に変えることが
できる。この入射角度によって干渉縞の幅、つまり明部
の一側縁から次の明部の同一方向での側縁までの距離も
変えることができる（これは共振器長を変化させること
と同じ意味をもつ）ので発振波長を変化させることがで
きる。

従来の薄膜レーザー素子に於いては外部の共振器の共振
器長を変えるしかチューナプルにする手だてはなかった
。分布帰還型ではグレーティングはトポグラフィカルな
ものなので、チューナプルにはできなかったが本発明に
よればこれがたやす（実現できる。

［作　　用コ 本発明によれば、薄膜色素レーザーの発振機構が励起光
の干渉によってもたらされたダイナミックグレーティン
グ形成による分布帰還であるため、グレーティングの明
線幅及び明線間距離を変化させることによって、チュー
ナプルで且つ極超短光パルス発振が可能となる。

［実　−施　例コ 以下本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図において１は色素レーザー素子であり、誘電体基
板２の上面に色素を含まない透明な主導波路層３が形成
してあり、この主導波路層３の上面の一部に色素を含む
訓導波路層４が積層形成しである。そして主導波路層３
の厚みは上記訓導波路層４の積層された範囲内で厚く、
その前後の訓導波路層４が設けられていない部分では薄
くし、厚み段差を付けることによって導波路内の伝搬定
数を一定にしている。

主導波路層３の一端側上面には出力装置としてブリスム
カップラ−５が設けである。

６はＨｇ−ＣＩエキシマ−グリーンレーザー等の可視光
パルスレーザ−から成る励起光源であり、この励起光源
６から出射した光束７はミラー８Ａで反射された後グレ
ーティング９に垂直入射し、ここで異なる方向に二つの
回折光１０Ａ、ＩＯＢを生じる。一方の回折光１０Ａは
レンズ１１で拡大された後シリンドリカルレンズ１２で
平行円形ビームに変換され、ミラー８Ｂで反射された後
訓導波路層４に一定の入射角度θで下面側から入射する
。またグレーティング９から出た他方の回折光１０Ｂは
遅延回路１３を通過する。

遅延回路１３は間隔をおいて対向配置した一対のコーナ
ーリフレクタ−１３Ａ、１３Ｂで構成され、一方の回折
光１０Ｂはこれら両コーナーリフレクタ−１３Ａ、１３
Ｂで図示のような反射を繰り返して遅延された後、レン
ズ１１で拡大されシリンドリカルレンズ１２で平行光束
に変換された後ミラー８Ｃで反射し励起光束１４Ｂとし
て、一方の励起光束１４Ａと対象の入射角で訓導波路層
４の同一箇所を照射する。そしてこれら二つの励起光束
１４Ａ、１４Ｂの干渉によって光の明暗縞から成るグレ
ーティングが色素を含む訓導波路４内に生成される。ま
た副導波路４内の色素がグレーティングの明部に於いて
励起されて分布帰還型の発振が起こり、副導波路４内を
伝搬する。

ここで、副導波路４下にある主導波路３の屈折率が訓導
波路４の屈折率よりも大きい場合には発振した色素レー
ザー光はそのまま主導波路３に移り、屈折率の大小関係
か上記と反対の場合にはそのエバネセント波が主導波路
３を伝搬する。図示例では色素を含有する訓導波路４の
屈折率が主導波路３の屈折率よりも低い場合を示してお
り、従って主導波路３の膜厚は副導波路４が載った部分
とそうでない部分で変化させるために段差をつけてある
。段差を適当に付けることによって主導波路３を伝搬す
る光の伝搬定数を、副導波路４の載った部分とそうでな
い部分とで等しくすることができるので、副導波路４内
で発振した出力光は主導波路３内へ移った後その全体を
伝搬してプリズムカップラー５を通してとり出される。

また励起光の入射角θを変化させれば副導波路４内に生
成されるグレーティングの間隔が変化するのでこれによ
って発振周波数を変化させることができる。

［発明の効果コ 本発明によれば、導波路に凹凸を設けてグレーティング
を固定形成するのではなく、三光束の干渉を用いて光の
明暗縞によるダイナミックグレーティングを導波路中に
生成させるため、そのグレーティングの格子間隔を物理
的凹凸による場合に比べてはるかに小さくすることがで
き、従来不可能であった含色素薄膜先導波路における極
超短光パルス発振が実現でき、しかも発振波長のチュー
ニングも簡単に行なうことができる。

従って本発明の色素レーザー装置は光源デバイスの小型
化に寄与するばかりでなく光集積回路の実現への可能性
を飛躍的に高めるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す側面図である。 １・・・色素レーザー素子　２・・・基板３・・・主導
波路　４・・・色素を含む副導波路　５・・・出力用プ
リズム力、プラー６・・・励起光源　８Ａ、８Ｂ、８Ｃ
・・・反射ミラー　９・拳・グレーティング １０Ａ、ＩＯＢ・・・回折光 １１・・・レンズ　１２・番・シリンドリカルリレン久
　１３・・・−遅延回路 １４Ａ、１４Ｂ・・・励起光束 １．７・ＩＲ♂１．ξ、１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）基体上に色素を含む導波路と透明な導波路とを積層
   形成し、前記色素を含む導波路に、二光束干渉法により
   光の明暗縞から成るグレーティングを生成させ、これに
   より同調発振したレーザー光を前記透明導波路より取り
   出すことを特徴とする色素レーザー装置。 ２）特許請求の範囲第１項において、二光束干渉に用い
   る光束の一方に遅延回路を設けた色素レーザー装置。 ３）特許請求の範囲第１項において、前記グレーティン
   グを生成させるポンピング光の波長が４００ｎｍ以上で
   ある色素レーザー装置。