WO2021215432A1 - 発光システム - Google Patents

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WO2021215432A1
WO2021215432A1 PCT/JP2021/016013 JP2021016013W WO2021215432A1 WO 2021215432 A1 WO2021215432 A1 WO 2021215432A1 JP 2021016013 W JP2021016013 W JP 2021016013W WO 2021215432 A1 WO2021215432 A1 WO 2021215432A1
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WO
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light
emitting system
optical fiber
light emitting
light source
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PCT/JP2021/016013
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利彦 佐藤
陽介 溝上
七井　識成
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP
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    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4087—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar emitting more than one wavelength

Definitions

  • the present disclosure generally relates to a light emitting system, and more particularly to a light emitting system including an optical fiber.
  • Patent Document 1 a lighting fixture including a case, a projection lens, and a light source device has been proposed (Patent Document 1).
  • the light source device described in Patent Document 1 includes a solid-state light source and an optical transmission fiber.
  • the optical transmission fiber has a first end face and a second end face, and excitation light emitted from a solid-state light source is introduced from the first end face.
  • the optical transmission fiber has a wavelength conversion core, a light guide core, and a cladding.
  • the wavelength conversion core includes a wavelength conversion material that absorbs excitation light to generate an inverted distribution state of electrons and emits wavelength conversion light in the visible light region.
  • the light guide core covers the periphery of the wavelength conversion core and transmits the wavelength conversion light from the first end face side to the second end face side.
  • the clad covers the periphery of the light guide core.
  • the optical transmission fiber is configured such that stimulated emission is generated by wavelength-converted light propagating in the light guide core, and excitation light emitted from a solid-state light source and wavelength-converted light amplified by stimulated emission are emitted from the second end face. There is.
  • An object of the present disclosure is to provide a light emitting system capable of increasing the intensity of light having a wavelength different from that of excitation light.
  • the light emitting system includes an optical fiber, a first light source unit, a second light source unit, and a light guide body.
  • the optical fiber has a wavelength conversion unit including a wavelength conversion element.
  • the wavelength conversion element is excited by the excitation light and can generate naturally emitted light having a wavelength longer than that of the excitation light, and can be excited by the naturally emitted amplified light.
  • the first light source unit causes the excitation light to enter the optical fiber.
  • the second light source unit causes the optical fiber to receive seed light for generating stimulated emission light from the wavelength conversion element excited by the excitation light or the natural emission amplified light.
  • the light guide body guides and emits light from the optical fiber.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a light emitting system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an optical fiber in the same light emitting system.
  • 3A to 3C are explanatory views of the operating principle of the light emitting system of the same.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of a light emitting system according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of a light emitting system according to the third embodiment.
  • FIG. 6A is a plan view of the light emitting system according to the fourth embodiment.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view of a main part of the light emitting system of the same.
  • the light emitting system 1 uses an excitation light P1 for exciting a wavelength conversion element and an excitation light P1 on an optical fiber 2 to which a wavelength conversion element (element) is added. Seed light P2 for generating stimulated emission light P3 (see FIG. 3C) from the excited wavelength conversion element is incident. Light including excitation light P1 and stimulated emission light P3 is emitted from the optical fiber 2.
  • 3A to 3C are explanatory views of the operating principle of the light emitting system 1.
  • the vertical axis of FIGS. 3A, 3B and 3C is electron energy.
  • the upward arrow in FIG. 3A indicates the absorption of the excitation light P1.
  • the excitation light P1 incident on the optical fiber 2 excites the electron e ⁇ at the base level E0 (including a plurality of energy levels) of the wavelength conversion element to the excitation level E2. Then, the electron e ⁇ of the excitation level E2 transitions to the metastable level E1 having a lower energy than the excitation level E2. After that, for example, the seed light P2 having a wavelength corresponding to the energy difference between the upper energy level (hereinafter, also referred to as the second energy level) among the plurality of energy levels of the quasi-stable level E1 and the basal level E0 (hereinafter, also referred to as the second energy level).
  • Stimulated emission light P3 (P32) is generated when the electron e ⁇ of the quasi-stable level E1 transitions to the second energy level by P22). Further, the seed light P2 (P21) having a wavelength corresponding to the energy difference between the plurality of energy levels of the quasi-stable level E1 and the basal level E0 and the first energy level lower than the second energy level is quasi-level. Stimulated emission light P3 (P31) is generated when the electron e ⁇ of the stable level E1 transitions to the first energy level.
  • the light emitting system 1 is used for, for example, lighting, but is not limited to this, and may be, for example, for display or illumination.
  • the light emitting system 1 may be applied to a facility or a moving body.
  • Facilities include, for example, warehouses, airports, detached houses, apartment buildings, office buildings, stores, museums, hotels, factories, and the like.
  • the moving body is, for example, a car, a bicycle, a train, an airplane, a ship, a drone, or the like.
  • the light emitting system 1 includes an optical fiber 2, a first light source unit 11, a second light source unit 12, and a light guide body 6.
  • the first light source unit 11 causes the excitation light P1 to enter the light incident unit 21 of the optical fiber 2.
  • the second light source unit 12 causes the light incident portion 21 to receive the seed light P2 (hereinafter, also referred to as the external seed light P2) for generating the stimulated emission light P3 from the wavelength conversion element excited by the excitation light P1. ..
  • the optical fiber 2 has a core 3, a clad 4, and a covering portion 5.
  • the clad 4 covers the outer peripheral surface of the core 3.
  • the covering portion 5 covers the outer peripheral surface of the clad 4.
  • the cross-sectional shape orthogonal to the optical axis direction is a circular shape.
  • the clad 4 is arranged coaxially with the core 3.
  • the core 3 has a first end surface and a second end surface opposite to the first end surface in the length direction of the core 3.
  • the core 3 includes a translucent material and a wavelength conversion element.
  • the concentration of the wavelength conversion element in the core 3 may or may not be substantially uniform over the entire length of the core 3.
  • the refractive index of the core 3 is substantially the same as the refractive index of the above-mentioned translucent material which is the main component of the core 3.
  • the translucent material is, for example, either fluoride, oxide, or nitride.
  • the fluoride is, for example, fluoride glass.
  • the oxide is, for example, silicon oxide, quartz or the like.
  • the wavelength conversion element is a rare earth element.
  • the wavelength conversion element includes, for example, an element selected from the group of Pr, Tb, Ho, Dy, Er, Eu, Nd and Mn.
  • the wavelength conversion element is contained in the core 3 as an ion of a rare earth element, and is contained, for example, as an ion of Pr (Pr 3+ ) and an ion of Tb (Tb 3+ ).
  • the wavelength conversion element is excited by light P1 or amplified by spontaneous emission light emitted from a wavelength conversion element other than itself as internal seed light, that is, natural emission amplified light (ASE). May be done.
  • the wavelength conversion element emits ASE peculiar to the element of the wavelength conversion element, and also generates stimulated emission light having the same wavelength as the wavelength of the external seed light P2, and these are combined to generate stimulated emission. It is emitted as light P3.
  • the wavelengths of the ASE and the external seed light P2 are longer than the wavelength of the excitation light P1 (for example, 440 to 450 nm).
  • the wavelength of the seed light P2 will be described in the column of "(2.3) Second light source unit".
  • Pr 3+ is a wavelength conversion element capable of emitting amplified light of ASE or seed light in the range of cyan to red.
  • the intensity of stimulated emission depends on the intensity of the internal seed light (spontaneous emission light) and the external seed light.
  • Tb 3+ can be excited by absorbing ASE from Pr 3+ to generate ASE having a wavelength peculiar to Tb 3+.
  • the refractive index of the clad 4 is smaller than the refractive index of the core 3.
  • the clad 4 does not include the wavelength conversion element contained in the core 3.
  • the material of the covering portion 5 is, for example, a resin.
  • the optical fiber 2 has a light incident unit 21, a light emitting unit 22, and a wavelength conversion unit 23.
  • the light incident portion 21 is a portion where the excitation light P1 is incident, and includes, for example, the first end surface of the core 3.
  • the light emitting unit 22 includes a second end surface of the core 3 from which light including excitation light P1 and stimulated emission light P3 including ASE is emitted.
  • the light incident portion 21 may include a reflection reducing portion that reduces the reflection of the excitation light P1 incident on the light incident portion 21 from the outside of the optical fiber 2.
  • the reflection reducing portion may be, for example, an anti-reflection coat that covers the first end surface of the core 3.
  • the wavelength conversion unit 23 is provided between the light incident unit 21 and the light emitting unit 22.
  • the wavelength conversion unit 23 includes a wavelength conversion element that is excited by the excitation light P1 and emits light having a wavelength longer than that of the excitation light P1.
  • the wavelength conversion element is an element capable of absorbing the excitation light P1 and amplifying naturally emitted light or seed light having a wavelength longer than that of the excitation light P1 by stimulated emission.
  • the diameter of the core 3 is, for example, 25 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • the length of the optical fiber 2 is, for example, 3 m to 10 m. Regarding the length of the wavelength conversion unit 23, it is preferable that the lower the concentration of the wavelength conversion element in the wavelength conversion unit 23, the longer the length.
  • the numerical aperture of the optical fiber 2 is, for example, 0.22.
  • the density of the wavelength conversion element in the wavelength conversion unit 23 is the concentration of the wavelength conversion element in the core 3.
  • the first light source unit 11 emits excitation light P1 for exciting a wavelength conversion element included in the wavelength conversion unit 23 of the optical fiber 2.
  • the excitation light P1 emitted from the first light source unit 11 is incident on the light incident unit 21 of the optical fiber 2.
  • the wavelength of the excitation light P1 is preferably 350 nm or more and 500 nm or less.
  • the first light source unit 11 includes, for example, a laser light source.
  • the laser light source emits laser light.
  • the excitation light P1 laser light emitted from the laser light source
  • the laser light source is, for example, a semiconductor laser that emits a blue laser beam.
  • the wavelength of the excitation light P1 is, for example, 440 nm to 450 nm.
  • Second light source unit The second light source unit 12 emits the seed light P2.
  • the seed light P2 emitted from the second light source unit 12 is incident on the light incident unit 21 of the optical fiber 2.
  • the light emitting system 1 includes a plurality of (for example, two) second light source units 12.
  • the two second light source units 12 emit, for example, seed light P2 having one wavelength different from each other.
  • one of the two second light source units 12 will be referred to as a second light source unit 121, and the remaining one second light source unit 12 will be referred to as a second light source unit 122.
  • the second light source unit 121 is, for example, a semiconductor laser that emits green light.
  • the second light source unit 122 is, for example, a semiconductor laser that emits red light.
  • the wavelength of the green seed light P21 is preferably, for example, about 520 nm
  • the wavelength of the red seed light P22 is preferably, for example, about 640 nm.
  • Each second light source unit 12 is a light source that emits quasi-monochromatic light.
  • the quasi-monochromatic light is light included in a narrow wavelength range (for example, 10 nm).
  • the number of the second light source units 12 in the light emitting system 1 is not limited to two, and may be three or more, or one.
  • the three second light source units 12 include a semiconductor laser that emits green light, a semiconductor laser that emits red light, and orange light. A semiconductor laser that emits light may be provided.
  • the wavelength of the orange seed light is preferably, for example, about 600 nm.
  • the light emitted from the second light source unit 121 is incident on the light incident unit 21 of the optical fiber 2 as the seed light P2 (P21). Further, the light emitted from the second light source unit 122 is incident on the light incident unit 21 of the optical fiber 2 as the seed light P2 (P22).
  • the light guide body 6 guides and emits light from the optical fiber 2.
  • the light guide body 6 has a side surface 61 and an end surface 62 on the side opposite to the optical fiber 2 side.
  • the light guide body 6 emits light from the optical fiber 2 (the light emitting portion 22 of the optical fiber 2) from at least the side surface 61.
  • the light guide body 6 may emit light from the optical fiber 2 from the side surface 61 and also from the end surface 62.
  • the light guide body 6 is linear. With respect to the light guide body 6, the cross-sectional shape orthogonal to the length direction (optical axis direction) is a circular shape.
  • the diameter of the light guide body 6 is preferably equal to or larger than the diameter of the core 3, for example, and is substantially the same as the diameter of the optical fiber 2.
  • the light guide body 6 is colorless and transparent, but is not limited to this.
  • the material of the light guide body 6 is, for example, an acrylic resin. In the light emitting system 1, it is preferable that the difference between the refractive index of the light guide body 6 and the refractive index of the core 3 is small.
  • the light guide body 6 may have a concave-convex structure that controls the light distribution of light emitted from the light guide body 6 on at least a part of the side surface 61.
  • the light guide body 6 is coupled to the optical fiber 2 so that the light from the optical fiber 2 is incident.
  • the light guide body 6 is fused to the optical fiber 2, but the light guide body 6 is not limited to this, and may be bonded by, for example, an adhesive that is transparent to visible light.
  • the adhesive is, for example, an epoxy resin or an acrylic resin.
  • the light guide body 6 has flexibility, but is not limited to this, and may not have flexibility.
  • the light emitting system 1 includes a housing 10 for accommodating the first light source unit 11 and the second light source unit 12.
  • the light emitting system 1 further includes an adjusting unit 7.
  • the adjusting unit 7 adjusts the intensity of the seed light P2 having at least one wavelength.
  • the adjusting unit 7 adjusts the intensity of the excitation light P1 and the intensity of each of the plurality of seed lights P21 and P22.
  • the adjusting unit 7 includes a first drive circuit for driving the first light source unit 11, and a plurality of second drive circuits for driving the second light source unit 12 having a one-to-one correspondence with the plurality of second light source units 12. It includes a first drive circuit and a control circuit that individually controls a plurality of second drive circuits.
  • the control circuit individually controls the first drive circuit and the plurality of second drive circuits, so that the chromaticity of the light emitted from the optical fiber 2 (the light emitting unit 22 of the optical fiber 2) can be adjusted. ..
  • the light emitting system 1 can be adjusted in color by including the adjusting unit 7.
  • the light emitting system 1 can adjust the color of the light emitted from the light guide body 6.
  • the adjusting unit 7 is housed in the housing 10, but the present invention is not limited to this, and the adjusting unit 7 may not be housed in the housing 10.
  • a power supply voltage is supplied to the first drive circuit and the plurality of second drive circuits, for example, from the first power supply circuit.
  • the control circuit is supplied with a power supply voltage from, for example, a second power supply circuit.
  • the first power supply circuit and the second power supply circuit are not included in the components of the light emitting system 1, but are not limited to this, and may be included.
  • the light emitting system 1 may further include an optical coupling portion for incidenting the excitation light P1 and each seed light P2 on the light incident portion 21 of the optical fiber 2.
  • the optical coupling portion is arranged at the opening of the housing 10.
  • the optical coupling portion is a grating, but is not limited to this.
  • the grating is a transmission type diffraction grating.
  • the material of the grating is, for example, quartz, but is not limited to this.
  • the excitation light P1 is emitted from the first light source unit 11 and the seed light P2 is emitted from the second light source unit 12.
  • the excitation light P1 and the seed light P2 are incident on the light incident portion 21 of the optical fiber 2.
  • a part of the excitation light P1 incident on the light incident portion 21 is emitted from the light emitting portion 22.
  • the light emitted from the light emitting unit 22 of the optical fiber 2 is the excitation light P1, the ASE having a wavelength of about 480 nm generated from the wavelength conversion element, and the induced emission light having the same wavelength as the seed light P2. (P3) and mixed color light.
  • the two types of stimulated emission lights P31 and P32 which correspond one-to-one with the plurality of seed lights P21 and P22 and have different wavelengths from each other, are, for example, green light and red light, respectively.
  • the mixed color light is, for example, white light.
  • the lower stimulated emission light P3 (P31) is green light
  • the upper stimulated emission light P3 (P32) is red light.
  • stimulated emission is generated by the naturally emitted light and the seed light P2, so that the excitation light P1 incident on the light incident portion 21 and the stimulated emission light P3 amplified by the stimulated emission are emitted from the light emitting portion 22. ..
  • the intensity of the induced emission light P3 having the same wavelength as the seed light P21 is the intensity of the seed light P21 incident on the light incident section 21 from the second light source section 121.
  • the intensity of the induced emission light P3 having the same wavelength as the seed light P22 is determined by the seed light P22 incident on the light incident unit 21 from the second light source unit 122. Greater than the strength of.
  • the mixed color light emitted from the light emitting unit 22 of the optical fiber 2 is incoherent light.
  • the stimulated emission light P3 increases or decreases as the light incident portion 21 of the optical fiber 2 approaches the light emitting portion 22.
  • the chromaticity, color temperature, color rendering property, etc. of the light emitted from the light guide body 6 are determined according to the wavelength of the ASE and the wavelength of the seed light P2.
  • the operation of the light emitting system 1 is different from the operation of the fiber laser that oscillates the laser.
  • the wavelength conversion element serving as a heat generating source is dispersed in the core 3 of the optical fiber 2, it is possible to suppress the temperature rise during use.
  • the adjusting unit 7 adjusts the intensity of the excitation light P1 and the intensity of each of the plurality of seed lights P2, but the adjustment unit 7 is not limited to this, and the adjusting unit 7 is a seed having at least one wavelength. It may be configured to adjust the intensity of the light P2.
  • the light emitting system 1 includes an optical fiber 2, a first light source unit 11, a second light source unit 12, and a light guide body 6.
  • the optical fiber 2 has a wavelength conversion unit 23 including a wavelength conversion element.
  • the wavelength conversion element can be excited by the excitation light P1 to generate spontaneous emission light having a wavelength longer than that of the excitation light P1, and can be excited by the natural emission amplified light.
  • the first light source unit 11 causes the excitation light P1 to enter the optical fiber 2.
  • the second light source unit 12 causes the optical fiber 2 to receive the seed light P2 for generating the stimulated emission light P3 from the wavelength conversion element excited by the excitation light P1 and the natural emission amplified light.
  • the light guide body 6 guides and emits light from the optical fiber 2.
  • the light emitting system 1 it is possible to increase the intensity of light having a wavelength different from that of the excitation light P1 (stimulated emission light P3).
  • the light emitting system 1 since the light emitting system 1 according to the first embodiment emits light from the light guide body 6 to the external space without providing a lamp and a lens, it is possible to reduce the size and weight.
  • the light guide body 6 is linear. As a result, in the light emitting system 1, it is possible to reduce the size and weight of the light guide body 6 while expanding the irradiation range of the light emitted from the light guide body 6.
  • the light emitting system 1 further includes an adjusting unit 7 for adjusting the intensity of each of the seed lights P2 having a plurality of wavelengths, the chromaticity of the light emitted from the light guide body 6 can be adjusted. ..
  • the wavelength conversion unit 23 contains Pr 3+ as a wavelength conversion element, and not only emits cyan ASE, but also emits seed light P2 having a plurality of wavelengths as a light incident unit. Since the light is incident on the 21, the intensity of each of the green stimulated emission light and the red stimulated emission light can be increased. As a result, the light emitting system 1 according to the first embodiment can improve the color rendering property of the light emitted from the light guide body 6. Further, in the light emitting system 1 according to the first embodiment, since the wavelength conversion unit 23 contains Pr 3+ and Tb 3+ as two types of wavelength conversion elements, the color rendering property of the light emitted from the light guide body 6 can be improved. It is possible to further improve.
  • the light emitting system 1a according to the second embodiment is different from the light emitting system 1 according to the first embodiment in that the light emitting body 6a is provided instead of the light guide body 6 in the light emitting system 1 according to the first embodiment.
  • the light guide body 6a includes a first light guide unit 65 that is directly connected to the optical fiber 2 and a plurality of (for example, two) second light guide units 66 that are branched from the first light guide unit 65. Has.
  • the light guide body 6a guides and emits light from the optical fiber 2.
  • the light guide body 6a has a side surface (side surface 651 of the first light guide unit 65 and each side surface 661 of the plurality of second light guide portions 66) and an end surface (a plurality of second guides) on the side opposite to the optical fiber 2 side. Each end face 662) of the light portion 66 has.
  • the light guide body 6a emits light from the optical fiber 2 (light emitting portion 22) from at least the side surface of the light guide body 6a.
  • the light guide body 6a may emit light from the optical fiber 2 from the side surface of the light guide body 6a and also emit light from the end surface of the light guide body 6a.
  • the first light guide unit 65 is linear.
  • the cross-sectional shape orthogonal to the length direction (optical axis direction) is a circular shape.
  • the diameter of the first light guide portion 65 is preferably, for example, equal to or larger than the diameter of the core 3 (see FIG. 2) of the optical fiber 2, and is substantially the same as the diameter of the optical fiber 2 as an example.
  • the cross-sectional shape orthogonal to the length direction (optical axis direction) is a circular shape.
  • the light guide body 6a is colorless and transparent, but the light guide body 6a is not limited to this.
  • the material of the light guide body 6a is, for example, an acrylic resin.
  • the light guide body 6a may have a concavo-convex structure that controls the light distribution of the light emitted from the light guide body 6a on at least a part of the side surface.
  • the first light guide unit 65 is directly connected to the optical fiber 2 so that the light from the optical fiber 2 is incident.
  • the first light guide portion 65 is coupled to the optical fiber 2.
  • the light guide body 6a is fused to the optical fiber 2, but is not limited to this, and may be bonded by, for example, an adhesive that is transparent to visible light.
  • the adhesive is, for example, an epoxy resin or an acrylic resin.
  • the light guide body 6a has flexibility, but is not limited to this, and may not have flexibility.
  • the light emitting system 1a according to the second embodiment includes a wavelength conversion unit 23 (see FIG. 2) including a wavelength conversion element, a first light source unit 11, and a second light source unit 12. , The light guide body 6a, and the like.
  • the light emitting system 1a according to the second embodiment can increase the intensity of light (stimulated emission light P3) having a wavelength different from that of the excitation light P1 as in the light emitting system 1 according to the first embodiment.
  • the irradiation range of the light emitted from the light guide body 6a can be set. It can be expanded.
  • the light emitting system 1b includes a plurality of optical fibers 2 (two in the illustrated example).
  • the light guide body 6 guides and emits light from a plurality of optical fibers 2.
  • the light incident portions 21 of the plurality of optical fibers 2 are arranged apart from each other.
  • a plurality of optical fibers 2 are bundled (in other words, coupled) on the side opposite to the light incident portion 21 side, and the light emitting portion 22 of the plurality of optical fibers 2 is common.
  • the light emitting system 1b includes a first light source unit 11 and a plurality of (two) second light source units 12 for each of the plurality (two) optical fibers 2.
  • the light emitting system 1b includes two sets of a first light source unit 11 and two second light source units 12. These two sets are housed in one housing 10.
  • the adjusting unit 7 controls the first light source unit 11 and the plurality of second light source units 12 of each set.
  • the wavelength conversion unit 23 (see FIG. 2) including the wavelength conversion element, the first light source unit 11, and the second light source unit 12 , The light guide body 6.
  • the wavelength conversion unit 23 including the wavelength conversion element, the first light source unit 11, and the second light source unit 12 , The light guide body 6.
  • the light emitting system 1b since the light emitting system 1b according to the third embodiment guides and emits light from a plurality of optical fibers 2 in the light guide body 6, the amount of light emitted from the light guide body 6 can be increased. ..
  • the light emitting system 1c according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 6A and 6B.
  • the same components as those of the light emitting system 1 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the light emitting system 1c includes a housing and an adjusting unit similar to the housing 10 and the adjusting unit 7 of the light emitting system 1 according to the first embodiment.
  • the light emitting system 1c according to the fourth embodiment is different from the light emitting system 1 according to the first embodiment in that the light emitting body 6c is provided instead of the light guide body 6 in the light emitting system 1 according to the first embodiment. Further, the light emitting system 1c according to the fourth embodiment includes a plurality of optical fibers 2 (three in the illustrated example).
  • the light guide body 6c is a light guide plate. More specifically, the light guide body 6c includes a rectangular plate-shaped light guide plate main body 600 and a plurality of reflecting portions 603.
  • the light guide plate main body 600 has a plurality of light incident surfaces 604 having a one-to-one correspondence with the plurality of optical fibers 2. Each of the plurality of light incident surfaces 604 is concave.
  • the light guide plate main body 600 has a first main surface 601 and a second main surface 602 that intersect with each other in the thickness direction of the light guide plate main body 600.
  • the plurality of reflecting portions 603 are provided on the second main surface 602 of the light guide plate main body 600.
  • the first main surface 601 of the light guide plate main body 600 has a concavo-convex structure for emitting light that guides the light guide body 6c to an external space.
  • At least a part of the light from each optical fiber 2 is emitted from the first main surface 601 of the light guide plate main body 600 in the light guide body 6c.
  • the light emitting system 1c according to the fourth embodiment includes a wavelength conversion unit 23 (see FIG. 2) including a wavelength conversion element, a first light source unit 11, a second light source unit 12, and a light guide body 6c.
  • the light emitting system 1c according to the fourth embodiment can increase the intensity of light (stimulated emission light P3) having a wavelength different from that of the excitation light P1 as in the light emitting system 1 according to the first embodiment.
  • the light emitting system 1c according to the fourth embodiment can be applied to, for example, an guide light system or a display system.
  • an appropriate notation may be formed by printing on the first main surface 601 of the light guide plate main body 600, or a translucent property having an appropriate notation on the first main surface 601 side of the light guide plate main body 600. Panels may be arranged.
  • the above embodiments 1 to 4 are only one of the various embodiments of the present disclosure.
  • the above-described embodiments 1 to 4 can be changed in various ways depending on the design and the like as long as the object of the present disclosure can be achieved.
  • the number of wavelength conversion units 23 between the light incident unit 21 and the light emitting unit 22 is not limited to one, and may be, for example, a plurality.
  • the plurality of wavelength conversion units 23 are arranged in the optical axis direction of the core 3.
  • the length of the wavelength conversion unit 23 may be shorter than the length of the core 3 not only when the length of the wavelength conversion unit 23 is substantially the same as the length of the core 3.
  • the laser light source included in the first light source unit 11 is not limited to a semiconductor laser that emits a blue laser beam, and may be, for example, a semiconductor laser that emits a purple laser beam. Further, the first light source unit 11 is not limited to the semiconductor laser, and may have a configuration including, for example, an LED (Light Emitting Diode) light source and an optical system.
  • a semiconductor laser that emits a blue laser beam may be, for example, a semiconductor laser that emits a purple laser beam.
  • the first light source unit 11 is not limited to the semiconductor laser, and may have a configuration including, for example, an LED (Light Emitting Diode) light source and an optical system.
  • the second light source unit 121 is not limited to the semiconductor laser that emits green light, and may be, for example, an LED that emits green light. Further, the second light source unit 122 is not limited to the semiconductor laser that emits red light, and may be, for example, an LED that emits red light.
  • the relative positional relationship between the first light source unit 11 and the plurality of second light source units 12 and the light incident unit 21 of the optical fiber 2 is not limited to the positional relationship in the first to fourth embodiments.
  • the first light source unit 11 and the plurality of second light source units 12 and the light incident unit 21 of the optical fiber 2 are arranged.
  • the relative positional relationship between the second light source unit 12 and the light incident unit 21 of the optical fiber 2 may be changed.
  • the light emitting systems 1, 1a, 1b, 1c include a plurality of second light source units 12 for one optical fiber 2, but the present invention is not limited to this, and at least one for one optical fiber 2.
  • the second light source unit 12 may be provided.
  • the adjusting unit 7 only needs to be able to adjust the intensity of the seed light P2 having at least one wavelength of the plurality of seed light P2.
  • the number of optical fibers 2 is not limited to two, and may be three or more. In this case, for example, five optical fibers 2 and two light guides 6 are provided, and three of the five optical fibers 2 are connected to one light guide 6, and the remaining two. One optical fiber 2 may be connected to the other light guide body 6.
  • a plurality of optical fibers 2 are bundled and directly connected to the light guide body 6, but the light guide body 6 is not limited to this and is connected to the plurality of optical fibers 2 on a one-to-one basis. It may have a plurality of first light guide units and one second light guide unit connected to the plurality of first light guide units.
  • the light emitting systems 1b and 1c are provided with a first light source unit 11 and a plurality of second light source units 12 for each of the plurality of optical fibers 2, but the present invention is not limited to this.
  • the excitation light P1 emitted from the first light source unit 11 is incident on the plurality of optical fibers 2 with respect to the set of the first light source unit 11 and the plurality of second light source units 12.
  • a 1-beam splitter and a plurality of second beam splitters for incident the seed light P2 emitted from each of the plurality of second light source units 12 onto the plurality of optical fibers 2 may be provided.
  • the light emitting system (1; 1a; 1b; 1c) includes an optical fiber (2), a first light source unit (11), a second light source unit (12), and a light guide body (6; 6a; 6c) and.
  • the optical fiber (2) has a wavelength conversion unit (23) including a wavelength conversion element.
  • the wavelength conversion element is excited by the excitation light (P1) and can generate naturally emitted light having a wavelength longer than that of the excitation light (P1), and can be excited by the naturally emitted amplified light.
  • the first light source unit (11) causes the excitation light (P1) to enter the optical fiber (2).
  • the second light source unit (12) uses the optical fiber (2) to provide seed light (P2) for generating stimulated emission light (P3) from a wavelength conversion element excited by excitation light (P1) or natural emission amplified light. To be incident on.
  • the light guide body (6; 6a; 6c) guides and emits light from the optical fiber (2).
  • the light emitting system (1; 1a; 1b; 1c) it is possible to increase the intensity of light having a wavelength different from that of the excitation light (P1) (stimulated emission light P3).
  • the wavelength of the excitation light (P1) is 350 nm or more and 500 nm or less.
  • the wavelength conversion element can be excited more efficiently.
  • the light emitting system (1; 1a; 1b; 1c) according to the third aspect further includes an adjusting unit (7) in the first or second aspect.
  • the adjusting unit (7) adjusts the intensity of the seed light (P2).
  • the chromaticity of the light emitted from the light guide body (6; 6a; 6c) can be adjusted.
  • the light emitting system (1; 1a; 1b; 1c) according to the fourth aspect includes a plurality of second light source units (12) in any one of the first to third aspects.
  • the plurality of second light source units (12) output a plurality of seed lights (P2).
  • the plurality of seed lights (P2) output from the plurality of second light source units (12) have different wavelengths from each other.
  • light including a plurality of stimulated emission lights (P3) corresponding to a plurality of seed lights (P2) in a one-to-one manner is emitted by a light guide body (6; It is possible to emit light from 6a; 6c), and it is possible to improve the color rendering property.
  • the light guide body (6; 6a) has a side surface (61; 651,661). It has an end face (62; 662) opposite to the optical fiber (2) side.
  • the light guide (6; 6a) emits at least a part of the light from the optical fiber (2) from the side surface (61; 651,661) of the light guide (6; 6a).
  • the light guide body (6) is linear in any one of the first to fifth aspects.
  • the light emitting system (1; 1b) it is possible to reduce the size and weight of the light guide body (6) while expanding the irradiation range of the light emitted from the light guide body (6). It will be possible.
  • the light guide body (6a) is the first light guide directly connected to the optical fiber (2). It has a section (65) and a plurality of second light guide sections (66) branched from the first light guide section (65).
  • the light emitting system (1a) according to the seventh aspect it is possible to widen the irradiation range of the light emitted from the light guide body (6a).
  • the light emitting system (1b; 1c) includes a plurality of optical fibers (2) in any one of the first to seventh aspects.
  • the light guide body (6; 6c) guides and emits light from at least two or more optical fibers (2) among the plurality of optical fibers (2).
  • the amount of light emitted from the light guide body (6; 6c) can be increased.
  • the first light source unit (11) includes a laser light source.
  • the intensity of the excitation light (P1) can be increased.
  • the second light source unit (12) includes a laser light source.
  • the intensity of the seed light (P2) can be increased.
  • the wavelength conversion element is Pr, Tb, Ho, Dy, Er, Eu, Nd. And one or more elements selected from the group of Mn.
  • the light emitting system (1; 1a; 1b; 1c) for example, when two or more elements are included as wavelength conversion elements, another element is excited by excitation by natural emission amplified light from at least one element. Amplified spontaneous emission at different wavelengths from the element can also be generated.

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Abstract

励起光とは異なる波長の光の強度を高める。発光システム（１）は、光ファイバ（２）と、第１光源部（１１）と、第２光源部（１２）と、導光体（６）と、を備える。光ファイバ（２）は、波長変換要素を含む波長変換部を有する。波長変換要素は、励起光（Ｐ１）によって励起され励起光（Ｐ１）よりも長波長の自然放出光を発生可能であり、かつ、自然放射増幅光によって励起可能である。第１光源部（１１）は、励起光（Ｐ１）を光ファイバ（２）に入射させる。第２光源部（１２）は、励起光（Ｐ１）あるいは自然放射増幅光によって励起された波長変換要素から誘導放出光を発生させるためのシード光（Ｐ２）を、光ファイバ（２）に入射させる。導光体（６）は、光ファイバ（２）からの光を導光し出射させる。

Description

発光システム
　本開示は、一般に、発光システムに関し、より詳細には、光ファイバを備える発光システムに関するものである。
　従来、ケースと、投影レンズと、光源装置と、を備える照明器具が提案されている（特許文献１）。特許文献１に記載された光源装置は、固体光源と、光伝送ファイバと、を備える。光伝送ファイバは、第１端面及び第２端面を有し、固体光源から出射された励起光が第１端面から導入される。光伝送ファイバは、波長変換コアと、導光コアと、クラッドと、を有する。波長変換コアは、励起光を吸収して電子の反転分布状態を生成すると共に可視光領域の波長変換光を放出する波長変換材料を含む。導光コアは、波長変換コアの周囲を被覆し、波長変換光を第１端面側から第２端面側に伝送する。クラッドは、導光コアの周囲を被覆する。
　光伝送ファイバは、導光コアを伝搬する波長変換光により誘導放出が生じ、固体光源から出射された励起光及び誘導放出により増幅された波長変換光が第２端面から出射するように構成されている。
　特許文献１に記載された照明器具では、波長変換光の強度を高めることが難しかった。
特開２０１８－１９５６２７号公報
　本開示の目的は、励起光とは異なる波長の光の強度を高めることが可能な発光システムを提供することにある。
　本開示に係る一態様の発光システムは、光ファイバと、第１光源部と、第２光源部と、導光体と、を備える。前記光ファイバは、波長変換要素を含む波長変換部を有する。前記波長変換要素は、励起光によって励起され前記励起光よりも長波長の自然放出光を発生可能であり、かつ、自然放射増幅光によって励起可能である。前記第１光源部は、前記励起光を前記光ファイバに入射させる。前記第２光源部は、前記励起光あるいは前記自然放射増幅光によって励起された前記波長変換要素から誘導放出光を発生させるためのシード光を、前記光ファイバに入射させる。前記導光体は、前記光ファイバからの光を導光し出射させる。
図１は、実施形態１に係る発光システムの構成図である。 図２は、同上の発光システムにおける光ファイバの断面図である。 図３Ａ～３Ｃは、同上の発光システムの動作原理の説明図である。 図４は、実施形態２に係る発光システムの構成図である。 図５は、実施形態３に係る発光システムの構成図である。 図６Ａは、実施形態４に係る発光システムの平面図である。図６Ｂは、同上の発光システムの要部断面図である。
　下記の実施形態１～４等において説明する各図は、模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。
　（実施形態１）
　以下では、実施形態１に係る発光システム１について図１～３Ｃに基づいて説明する。
　（１）概要
　発光システム１は、図１及び２に示すように、波長変換要素（元素）を添加された光ファイバ２に、波長変換要素を励起するための励起光Ｐ１と、励起光Ｐ１によって励起された波長変換要素から誘導放出光Ｐ３（図３Ｃ参照）を発生させるためのシード光Ｐ２と、を入射させる。光ファイバ２からは、励起光Ｐ１と誘導放出光Ｐ３とを含む光が出射される。図３Ａ～３Ｃは、発光システム１の動作原理の説明図である。図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃの縦軸は、電子エネルギである。また、図３Ａの上向きの矢印は、励起光Ｐ１の吸収を示している。また、図３Ｃの下向きの矢印は、自然放出光あるいは誘導放出光Ｐ３に関する遷移を示している。発光システム１では、光ファイバ２に入射した励起光Ｐ１によって、波長変換要素の基底準位Ｅ０（複数のエネルギ準位を含む）にあった電子ｅ－が励起準位Ｅ２に励起される。そして、励起準位Ｅ２の電子ｅ－が励起準位Ｅ２よりもエネルギの低い準安定準位Ｅ１に遷移する。その後、例えば準安定準位Ｅ１と基底準位Ｅ０の複数のエネルギ準位のうち上位のエネルギ準位（以下、第２エネルギ準位ともいう）とのエネルギ差に相当する波長のシード光Ｐ２（Ｐ２２）によって準安定準位Ｅ１の電子ｅ－が第２エネルギ準位に遷移するときに、誘導放出光Ｐ３（Ｐ３２）が発生する。また、準安定準位Ｅ１と基底準位Ｅ０の複数のエネルギ準位のうち第２エネルギ準位よりも低い第１エネルギ準位とのエネルギ差に相当する波長のシード光Ｐ２（Ｐ２１）によって準安定準位Ｅ１の電子ｅ－が第１エネルギ準位に遷移するときに、誘導放出光Ｐ３（Ｐ３１）が発生する。
　発光システム１は、例えば、照明用途に用いられるが、これに限らず、例えば、表示用途、イルミネーションの用途であってもよい。発光システム１は、施設に適用してもよいし、移動体に適用してもよい。施設は、例えば、倉庫、空港、戸建て住宅、集合住宅、オフィスビル、店舗、美術館、ホテル、工場等である。移動体は、例えば、自動車、自転車、電車、飛行機、船舶、ドローン等である。
　（２）発光システムの構成
　発光システム１は、図１に示すように、光ファイバ２と、第１光源部１１と、第２光源部１２と、導光体６と、を備える。第１光源部１１は、励起光Ｐ１を光ファイバ２の光入射部２１に入射させる。第２光源部１２は、励起光Ｐ１によって励起された波長変換要素から、誘導放出光Ｐ３を発生させるためのシード光Ｐ２（以下、外部シード光Ｐ２ともいう）を、光入射部２１に入射させる。
　（２．１）光ファイバ
　光ファイバ２は、図２に示すように、コア３と、クラッド４と、被覆部５と、を有する。クラッド４は、コア３の外周面を覆っている。被覆部５は、クラッド４の外周面を覆っている。コア３に関し、光軸方向に直交する断面形状は、円形状である。クラッド４は、コア３と同軸状に配置されている。
　コア３は、第１端面と、コア３の長さ方向において第１端面とは反対側の第２端面と、を有する。コア３は、透光性材料と、波長変換要素と、を含む。コア３における波長変換要素の濃度は、コア３の全長に亘って略均一であってもよいし、均一でなくてもよい。コア３の屈折率は、コア３の主成分である上述の透光性材料の屈折率と略同じである。
　透光性材料は、例えば、フッ化物、酸化物、又は窒化物のいずれかである。フッ化物は、例えば、フッ化物ガラスである。酸化物は、例えば、酸化ケイ素、石英等である。
　波長変換要素は、希土類元素である。ここにおいて、波長変換要素は、例えば、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｎｄ及びＭｎの群から選択される元素を含む。波長変換要素は、希土類元素のイオンとしてコア３に含有されており、例えば、Ｐｒのイオン（Ｐｒ３＋）、Ｔｂのイオン（Ｔｂ３＋）として含有されている。波長変換要素は、励起光Ｐ１によって励起されるか、あるいは自身とは別の波長変換要素から発せられた自然放出光を内部シード光として増幅された光、即ち自然放射増幅光（ＡＳＥ）によって励起されてもよい。このような励起を介して、波長変換要素は、波長変換要素の元素特有のＡＳＥを放出し、併せて外部シード光Ｐ２の波長と同じ波長の誘導放出光を発生し、これらを合わせて誘導放出光Ｐ３として放出する。ＡＳＥ及び外部シード光Ｐ２の波長は、励起光Ｐ１の波長（例えば、４４０～４５０ｎｍ）よりも長波長である。シード光Ｐ２の波長については、「（２．３）第２光源部」の欄で説明する。
　Ｐｒ３＋はシアン～赤色の範囲でＡＳＥあるいはシード光の増幅光を放出できる波長変換要素である。誘導放出光の強度は、内部シード光（自然放出光）及び外部シード光の強さに依存する。コア３がＰｒ３＋とＴｂ３＋とを含有している場合、Ｔｂ３＋は、Ｐｒ３＋からのＡＳＥを吸収して励起され、Ｔｂ３＋特有の波長のＡＳＥを発生することもできる。
　クラッド４の屈折率は、コア３の屈折率よりも小さい。クラッド４は、コア３の含有している波長変換要素を含まない。
　被覆部５の材料は、例えば、樹脂である。
　光ファイバ２は、光入射部２１と、光出射部２２と、波長変換部２３と、を有する。
　光入射部２１は、励起光Ｐ１が入射する部分であり、例えば、コア３の第１端面を含む。光出射部２２は、励起光Ｐ１と、ＡＳＥを含む誘導放出光Ｐ３と、を含む光が出射するコア３の第２端面を含む。
　光入射部２１は、光ファイバ２の外部から光入射部２１に入射する励起光Ｐ１の反射を低減する反射低減部を含んでいてもよい。反射低減部は、例えば、コア３の第１端面を覆うアンチリフレクションコートであってもよい。
　波長変換部２３は、光入射部２１と光出射部２２との間に設けられている。波長変換部２３は、励起光Ｐ１によって励起され励起光Ｐ１よりも長波長の光を放射する波長変換要素を含む。波長変換要素は、励起光Ｐ１を吸収して励起光Ｐ１よりも長波長の自然放出光又はシード光を誘導放出によって増幅することができる元素である。
　コア３の直径は、例えば、２５μｍ～５００μｍである。光ファイバ２の長さは、例えば、３ｍ～１０ｍである。波長変換部２３の長さについては、波長変換部２３における波長変換要素の濃度が低いほど長いほうが好ましい。光ファイバ２の開口数は、例えば、０．２２である。波長変換部２３における波長変換要素の濃度は、コア３における波長変換要素の濃度である。
　（２．２）第１光源部
　第１光源部１１は、光ファイバ２の波長変換部２３に含まれる波長変換要素を励起するための励起光Ｐ１を出射する。第１光源部１１から出射された励起光Ｐ１は、光ファイバ２の光入射部２１へ入射される。波長変換要素をより効率的に励起する観点から、励起光Ｐ１の波長は、３５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であるのが好ましい。
　第１光源部１１は、例えば、レーザ光源を含む。レーザ光源は、レーザ光を出射する。第１光源部１１から出射された励起光Ｐ１（レーザ光源から出射したレーザ光）は、光入射部２１へ入射される。レーザ光源は、例えば、青色のレーザ光を出射する半導体レーザである。この場合、励起光Ｐ１の波長は、例えば、４４０ｎｍ～４５０ｎｍである。
　（２．３）第２光源部
　第２光源部１２は、シード光Ｐ２を出射する。第２光源部１２から出射されたシード光Ｐ２は、光ファイバ２の光入射部２１へ入射される。
　発光システム１は、複数（例えば、２つ）の第２光源部１２を備える。２つの第２光源部１２は、例えば、互いに波長の異なる一の波長のシード光Ｐ２を出射する。以下では、説明の便宜上、２つの第２光源部１２のうち１つの第２光源部１２を第２光源部１２１と称し、残りの１つの第２光源部１２を第２光源部１２２と称することもある。第２光源部１２１は、例えば、緑色の光を出射する半導体レーザである。また、第２光源部１２２は、例えば、赤色の光を出射する半導体レーザである。波長変換部２３の波長変換要素がＰｒ３＋を含む場合、緑色のシード光Ｐ２１の波長は、例えば約５２０ｎｍであり、赤色のシード光Ｐ２２の波長は、例えば約６４０ｎｍであるのが好ましい。各第２光源部１２は、準単色光を放射する光源である。ここにおいて、準単色光とは、狭い波長範囲（例えば、１０ｎｍ）に含まれる光である。発光システム１における第２光源部１２の数は、２つに限らず、３つ以上でもよいし、１つでもよい。発光システム１は、第２光源部１２を３つ備える場合、３つの第２光源部１２として、緑色の光を出射する半導体レーザと、赤色の光を出射する半導体レーザと、オレンジ色の光を出射する半導体レーザと、を備えていてもよい。オレンジ色のシード光の波長は、例えば約６００ｎｍであるのが好ましい。
　第２光源部１２１から出射した光は、シード光Ｐ２（Ｐ２１）として、光ファイバ２の光入射部２１に入射される。また、第２光源部１２２から出射した光は、シード光Ｐ２（Ｐ２２）として、光ファイバ２の光入射部２１に入射される。
　（２．４）導光体
　導光体６は、光ファイバ２からの光を導光し出射させる。導光体６は、側面６１と、光ファイバ２側とは反対側の端面６２と、を有する。導光体６は、光ファイバ２（の光出射部２２）からの光を少なくとも側面６１から出射させる。導光体６は、光ファイバ２からの光を側面６１から出射させるとともに、端面６２から出射させてもよい。導光体６は、線状である。導光体６に関し、長さ方向（光軸方向）に直交する断面形状は、円形状である。導光体６の直径は、例えば、コア３の直径以上であるのが好ましく、一例として、光ファイバ２の直径と略同じである。導光体６は、無色透明であるが、これに限らない。導光体６の材料は、例えば、アクリル樹脂である。発光システム１では、導光体６の屈折率とコア３の屈折率との差が小さいのが好ましい。導光体６は、側面６１の少なくとも一部に、導光体６から出射させる光の配光を制御する凹凸構造を有していてもよい。
　導光体６は、光ファイバ２からの光が入射されるように光ファイバ２に結合されている。導光体６は、光ファイバ２に融着されているが、これに限らず、例えば、可視光に対して透明な接着剤によって接着されていてもよい。ここにおいて、接着剤は、例えば、エポキシ系樹脂又はアクリル系樹脂である。導光体６は、可撓性を有しているが、これに限らず、可撓性を有していなくてもよい。
　（２．５）その他の構成要素
　発光システム１は、第１光源部１１及び第２光源部１２を収納する筐体１０を備えている。
　また、発光システム１は、調整部７を更に備える。調整部７は、少なくとも一の波長のシード光Ｐ２の強度を調整する。ここにおいて、実施形態１に係る発光システム１では、調整部７は、励起光Ｐ１の強度と複数のシード光Ｐ２１，Ｐ２２それぞれの強度と、を調整する。調整部７は、第１光源部１１を駆動する第１駆動回路と、複数の第２光源部１２に一対一に対応し対応する第２光源部１２を駆動する複数の第２駆動回路と、第１駆動回路及び複数の第２駆動回路を個別に制御する制御回路と、を含む。調整部７では、制御回路が第１駆動回路及び複数の第２駆動回路を個別に制御することにより、光ファイバ２（の光出射部２２）から出射される光の色度を調整可能となる。要するに、発光システム１は、調整部７を備えることにより、調色が可能となる。これにより、発光システム１は、導光体６から出射される光の調色が可能となる。調整部７は、筐体１０に収納されているが、これに限らず、筐体１０に収納されていなくてもよい。第１駆動回路及び複数の第２駆動回路には、例えば、第１電源回路から電源電圧が供給される。また、制御回路には、例えば、第２電源回路から電源電圧が供給される。第１電源回路及び第２電源回路は、発光システム１の構成要素に含まれないが、これに限らず、含まれてもよい。
　発光システム１は、励起光Ｐ１及び各シード光Ｐ２を光ファイバ２の光入射部２１へ入射するための光結合部を更に備えていてもよい。光結合部は、筐体１０の開口部に配置されている。光結合部は、グレーティングであるが、これに限らない。グレーティングは、透過型の回折格子である。グレーティングの材料は、例えば、石英であるが、これに限らない。
　（３）発光システムの動作
　発光システム１では、第１光源部１１から励起光Ｐ１を出射させ、かつ、第２光源部１２からシード光Ｐ２を出射させる。これにより、発光システム１では、励起光Ｐ１及びシード光Ｐ２を光ファイバ２の光入射部２１に入射させる。光入射部２１に入射した励起光Ｐ１の一部は、光出射部２２から出射される。発光システム１では、光ファイバ２の光出射部２２から出射される光は、励起光Ｐ１と、波長変換要素から発生する波長約４８０ｎｍのＡＳＥ、及びシード光Ｐ２の波長と同じ波長の誘導放出光（Ｐ３）と、の混色光である。複数のシード光Ｐ２１，Ｐ２２に一対一に対応し互いに波長の異なる２種類の誘導放出光Ｐ３１，Ｐ３２は、例えば、それぞれ、緑色光、赤色光である。この場合、混色光は、例えば、白色光である。なお、図３Ｃにおいて下側の誘導放出光Ｐ３（Ｐ３１）が、緑色光であり、上側の誘導放出光Ｐ３（Ｐ３２）が赤色光である。
　光ファイバ２では、自然放出光とシード光Ｐ２により誘導放出が生じるので、光入射部２１に入射した励起光Ｐ１と、誘導放出により増幅された誘導放出光Ｐ３とが光出射部２２から出射する。光ファイバ２の光出射部２２から出射される光のうちシード光Ｐ２１の波長と同じ波長の誘導放出光Ｐ３の強度は、第２光源部１２１から光入射部２１に入射させるシード光Ｐ２１の強度よりも大きい。また、光ファイバ２の光出射部２２から出射される光のうちシード光Ｐ２２の波長と同じ波長の誘導放出光Ｐ３の強度は、第２光源部１２２から光入射部２１に入射させるシード光Ｐ２２の強度よりも大きい。光ファイバ２の光出射部２２から出射される混色光は、インコヒーレント光である。発光システム１では、光ファイバ２の光入射部２１から光出射部２２に近づくにつれて誘導放出光Ｐ３が増加、又は減少する。発光システム１では、ＡＳＥの波長とシード光Ｐ２の波長とに応じて、導光体６から出射される光の色度、色温度、演色性等が決まる。なお、発光システム１の動作は、レーザ発振するファイバレーザの動作とは異なる。
　発光システム１では、発熱源となる波長変換要素が光ファイバ２のコア３に分散されているので、使用時の温度上昇を抑制できる。
　また、発光システム１では、調整部７が、励起光Ｐ１の強度と、複数のシード光Ｐ２それぞれの強度と、を調整するが、これに限らず、調整部７は、少なくとも一の波長のシード光Ｐ２の強度を調整するように構成されていてもよい。
　（４）まとめ
　実施形態１に係る発光システム１は、光ファイバ２と、第１光源部１１と、第２光源部１２と、導光体６と、を備える。光ファイバ２は、波長変換要素を含む波長変換部２３を有する。波長変換要素は、励起光Ｐ１によって励起され励起光Ｐ１よりも長波長の自然放出光を発生可能であり、かつ、自然放射増幅光によって励起可能である。第１光源部１１は、励起光Ｐ１を光ファイバ２に入射させる。第２光源部１２は、励起光Ｐ１及び自然放射増幅光によって励起された波長変換要素から誘導放出光Ｐ３を発生させるためのシード光Ｐ２を、光ファイバ２に入射させる。導光体６は、光ファイバ２からの光を導光し出射させる。
　実施形態１に係る発光システム１では、励起光Ｐ１とは異なる波長の光（誘導放出光Ｐ３）の強度を高めることが可能となる。
　また、実施形態１に係る発光システム１は、灯具及びレンズを備えずに、導光体６から外部空間へ光を出射させるので、小型化及び軽量化を図ることが可能となる。
　また、実施形態１に係る発光システム１では、導光体６が線状である。これにより、発光システム１では、導光体６から出射される光の照射範囲を広げながらも、導光体６の小型化及び軽量化を図ることが可能となる。
　また、実施形態１に係る発光システム１は、複数の波長のシード光Ｐ２それぞれの強度を調整する調整部７を更に備えるので、導光体６から出射される光の色度を調整可能となる。
　また、実施形態１に係る発光システム１は、波長変換部２３が波長変換要素としてＰｒ３＋を含有しており、シアン色のＡＳＥを放出するのみならず、複数波長のシード光Ｐ２を光入射部２１に入射させるので、緑色の誘導放出光、赤色の誘導放出光それぞれの強度を高めることができる。これにより、実施形態１に係る発光システム１は、導光体６から出射される光の演色性を向上させることが可能となる。また、実施形態１に係る発光システム１は、波長変換部２３が２種類の波長変換要素としてＰｒ３＋とＴｂ３＋とを含有しているので、導光体６から出射される光の演色性を更に向上させることが可能となる。
　（実施形態２）
　以下、実施形態２に係る発光システム１ａについて、図４に基づいて説明する。実施形態２に係る発光システム１ａに関し、実施形態１に係る発光システム１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
　実施形態２に係る発光システム１ａは、実施形態１に係る発光システム１における導光体６の代わりに、導光体６ａを備える点で、実施形態１に係る発光システム１と相違する。
　導光体６ａは、光ファイバ２に直接的につながっている第１導光部６５と、第１導光部６５から分岐されている複数（例えば、２つ）の第２導光部６６と、を有する。
　導光体６ａは、光ファイバ２からの光を導光し出射させる。導光体６ａは、側面（第１導光部６５の側面６５１及び複数の第２導光部６６の各々の側面６６１）と、光ファイバ２側とは反対側の端面（複数の第２導光部６６の各々の端面６６２）と、を有する。導光体６ａは、光ファイバ２（の光出射部２２）からの光を少なくとも導光体６ａの側面から出射させる。導光体６ａは、光ファイバ２からの光を導光体６ａの側面から出射させるとともに、導光体６ａの端面から出射させてもよい。第１導光部６５は、線状である。第１導光部６５に関し、長さ方向（光軸方向）に直交する断面形状は、円形状である。第１導光部６５の直径は、例えば、光ファイバ２のコア３（図２参照）の直径以上であるのが好ましく、一例として、光ファイバ２の直径と略同じである。複数の第２導光部６６の各々に関し、長さ方向（光軸方向）に直交する断面形状は、円形状である。導光体６ａは、無色透明であるが、これに限らない。導光体６ａの材料は、例えば、アクリル樹脂である。発光システム１ａでは、導光体６ａの屈折率とコア３の屈折率との差が小さいのが好ましい。導光体６ａは、側面の少なくとも一部に、導光体６ａから出射させる光の配光を制御する凹凸構造を有していてもよい。
　導光体６ａでは、光ファイバ２からの光が入射されるように第１導光部６５が光ファイバ２に直接的につながっている。導光体６ａでは、第１導光部６５が光ファイバ２に結合されている。導光体６ａは、光ファイバ２に融着されているが、これに限らず、例えば、可視光に対して透明な接着剤によって接着されていてもよい。ここにおいて、接着剤は、例えば、エポキシ系樹脂又はアクリル系樹脂である。導光体６ａは、可撓性を有しているが、これに限らず、可撓性を有していなくてもよい。
　実施形態２に係る発光システム１ａは、実施形態１に係る発光システム１と同様、波長変換要素を含む波長変換部２３（図２参照）と、第１光源部１１と、第２光源部１２と、導光体６ａと、を備える。これにより、実施形態２に係る発光システム１ａは、実施形態１に係る発光システム１と同様、励起光Ｐ１とは異なる波長の光（誘導放出光Ｐ３）の強度を高めることが可能となる。
　また、実施形態２に係る発光システム１ａは、導光体６ａが第１導光部６５と複数の第２導光部６６とを有するので、導光体６ａから出射される光の照射範囲を広げることが可能となる。
　（実施形態３）
　以下、実施形態３に係る発光システム１ｂについて、図５に基づいて説明する。実施形態３に係る発光システム１ｂに関し、実施形態１に係る発光システム１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
　発光システム１ｂは、光ファイバ２を複数（図示例では、２つ）備えている。これに対し、導光体６は、複数の光ファイバ２からの光を導光し出射させる。発光システム１ｂでは、複数の光ファイバ２の光入射部２１が互いに離れて配置されている。発光システム１ｂは、複数の光ファイバ２が光入射部２１側とは反対側において束ねられており（言い換えれば、結合されており）、複数の光ファイバ２の光出射部２２が共通である。
　発光システム１ｂは、複数（２つ）の光ファイバ２ごとに第１光源部１１と複数（２つ）の第２光源部１２とを備えている。要するに、発光システム１ｂは、第１光源部１１と２つの第２光源部１２とのセットを２つ備えている。これら２つのセットは、１つの筐体１０に収納されている。調整部７は、各セットの第１光源部１１及び複数の第２光源部１２を制御する。
　実施形態３に係る発光システム１ｂでは、実施形態１に係る発光システム１と同様、波長変換要素を含む波長変換部２３（図２参照）と、第１光源部１１と、第２光源部１２と、導光体６と、を備える。これにより、実施形態３に係る発光システム１ｂでは、励起光Ｐ１とは異なる波長の光（誘導放出光Ｐ３）の強度を高めることが可能となる。
　また、実施形態３に係る発光システム１ｂは、導光体６において複数の光ファイバ２からの光を導光し出射させるので、導光体６から出射される光の光量を多くすることができる。
　（実施形態４）
　以下、実施形態４に係る発光システム１ｃについて、図６Ａ及び６Ｂに基づいて説明する。実施形態４に係る発光システム１ｃに関し、実施形態１に係る発光システム１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。なお、図６Ａ及び６Ｂでは図示を省略してあるが、発光システム１ｃは、実施形態１に係る発光システム１の筐体１０及び調整部７と同様の筐体及び調整部を備えている。
　実施形態４に係る発光システム１ｃは、実施形態１に係る発光システム１における導光体６の代わりに、導光体６ｃを備えている点で、実施形態１に係る発光システム１と相違する。また、実施形態４に係る発光システム１ｃは、光ファイバ２を複数（図示例では、３つ）備える。
　導光体６ｃは、導光板である。より詳細には、導光体６ｃは、矩形板状の導光板本体６００と、複数の反射部６０３と、を備える。導光板本体６００は、複数の光ファイバ２に一対一に対応する複数の光入射面６０４を有する。複数の光入射面６０４の各々は、凹面状である。導光板本体６００は、導光板本体６００の厚さ方向に交差する第１主面６０１及び第２主面６０２を有する。複数の反射部６０３は、導光板本体６００の第２主面６０２上に設けられている。導光板本体６００の第１主面６０１は、導光体６ｃを導光する光を外部空間へ出射させるための凹凸構造を有する。
　実施形態４に係る発光システム１ｃでは、各光ファイバ２からの光の少なくとも一部が導光体６ｃにおける導光板本体６００の第１主面６０１から出射される。
　実施形態４に係る発光システム１ｃでは、波長変換要素を含む波長変換部２３（図２参照）と、第１光源部１１と、第２光源部１２と、導光体６ｃと、を備える。これにより、実施形態４に係る発光システム１ｃは、実施形態１に係る発光システム１と同様、励起光Ｐ１とは異なる波長の光（誘導放出光Ｐ３）の強度を高めることが可能となる。
　実施形態４に係る発光システム１ｃは、例えば、誘導灯システム又は表示システムに適用可能である。この場合、導光板本体６００の第１主面６０１上に適宜の表記が印刷により形成されていてもよいし、導光板本体６００の第１主面６０１側に、適宜の表記を有する透光性パネルが配置されていてもよい。
　（その他の変形例）
　上記の実施形態１～４は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。上記の実施形態１～４は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
　例えば、光ファイバ２では、光入射部２１と光出射部２２との間の波長変換部２３の数は１つに限らず、例えば、複数であってもよい。この場合、複数の波長変換部２３は、コア３の光軸方向に並ぶ。
　光ファイバ２では、波長変換部２３の長さがコア３の長さと略同じである場合に限らず、波長変換部２３の長さがコア３の長さよりも短くてもよい。
　第１光源部１１に含まれるレーザ光源は、青色のレーザ光を出射する半導体レーザに限らず、例えば、紫色のレーザ光を出射する半導体レーザであってもよい。また、第１光源部１１は、半導体レーザに限らず、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源と光学系とを含む構成であってもよい。
　第２光源部１２１は、緑色の光を出射する半導体レーザに限らず、例えば、緑色の光を出射するＬＥＤであってもよい。また、第２光源部１２２は、赤色の光を出射する半導体レーザに限らず、例えば、赤色の光を出射するＬＥＤであってもよい。
　また、第１光源部１１及び複数の第２光源部１２と光ファイバ２の光入射部２１との相対的な位置関係は、実施形態１～４での位置関係に限定されない。例えば、発光システム１では、第１光源部１１及び複数の第２光源部１２と光ファイバ２の光入射部２１との間にクロスダイクロイックプリズムを配置することで、第１光源部１１及び複数の第２光源部１２と光ファイバ２の光入射部２１との相対的な位置関係を変えてもよい。
　また、発光システム１，１ａ，１ｂ，１ｃでは、１つの光ファイバ２に対して複数の第２光源部１２を備えているが、これに限らず、１つの光ファイバ２に対して少なくとも１つの第２光源部１２を備えていればよい。
　調整部７は、複数のシード光Ｐ２のうち少なくとも一の波長のシード光Ｐ２の強度を調整できればよく、例えば、第２光源部１２と光ファイバ２の光入射部２１との間におけるシード光Ｐ２の光路上に配置されシード光Ｐ２の透過率を調整できる液晶フィルタであってもよい。
　また、実施形態３に係る発光システム１ｂでは、光ファイバ２の数は、２つに限らず、３つ以上でもよい。この場合、例えば、５つの光ファイバ２と、２つの導光体６と、を備え、５つの光ファイバ２のうち３つの光ファイバ２が一方の導光体６につながっており、残りの２つの光ファイバ２が他方の導光体６につながっていてもよい。
　また、発光システム１ｂでは、複数の光ファイバ２が束ねられて導光体６と直接的につながっているが、これに限らず、導光体６が、複数の光ファイバ２に一対一につながる複数の第１導光部と、複数の第１導光部につながっている１つの第２導光部と、を有していてもよい。
　また、発光システム１ｂ，１ｃでは、複数の光ファイバ２ごとに第１光源部１１と複数の第２光源部１２とを備えているが、これに限らない。例えば、発光システム１ｂ，１ｃは、第１光源部１１と複数の第２光源部１２とのセットに対して、第１光源部１１から出射れる励起光Ｐ１を複数の光ファイバ２に入射させる第１ビームスプリッタと、複数の第２光源部１２の各々から出射されるシード光Ｐ２を複数の光ファイバ２に入射させる複数の第２ビームスプリッタと、を備えていてもよい。
　（態様）
　以上説明した実施形態１～４等から本明細書には以下の態様が開示されている。
　第１の態様に係る発光システム（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）は、光ファイバ（２）と、第１光源部（１１）と、第２光源部（１２）と、導光体（６；６ａ；６ｃ）と、を備える。光ファイバ（２）は、波長変換要素を含む波長変換部（２３）を有する。波長変換要素は、励起光（Ｐ１）によって励起され励起光（Ｐ１）よりも長波長の自然放出光を発生可能であり、かつ、自然放射増幅光によって励起可能である。第１光源部（１１）は、励起光（Ｐ１）を光ファイバ（２）に入射させる。第２光源部（１２）は、励起光（Ｐ１）あるいは自然放射増幅光によって励起された波長変換要素から誘導放出光（Ｐ３）を発生させるためのシード光（Ｐ２）を、光ファイバ（２）に入射させる。導光体（６；６ａ；６ｃ）は、光ファイバ（２）からの光を導光し出射させる。
　第１の態様に係る発光システム（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、励起光（Ｐ１）とは異なる波長の光（誘導放出光Ｐ３）の強度を高めることが可能となる。
　第２の態様に係る発光システム（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、第１の態様において、励起光（Ｐ１）の波長は、３５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
　第２の態様に係る発光システム（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、波長変換要素を、より効率的に励起することが可能となる。
　第３の態様に係る発光システム（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）は、第１又は２の態様において、調整部（７）を更に備える。調整部（７）は、シード光（Ｐ２）の強度を調整する。
　第３の態様に係る発光システム（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、導光体（６；６ａ；６ｃ）から出射される光の色度を調整可能となる。
　第４の態様に係る発光システム（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）は、第１～３の態様のいずれか一つにおいて、第２光源部（１２）を複数備える。複数の第２光源部（１２）は、複数のシード光（Ｐ２）を出力する。複数の第２光源部（１２）から出力される複数のシード光（Ｐ２）は、互いに異なる波長を有する。
　第４の態様に係る発光システム（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、複数のシード光（Ｐ２）に一対一に対応する複数の誘導放出光（Ｐ３）を含む光を導光体（６；６ａ；６ｃ）から出射させることが可能となり、演色性を向上させることが可能となる。
　第５の態様に係る発光システム（１；１ａ；１ｂ）では、第１～４の態様のいずれか一つにおいて、導光体（６；６ａ）は、側面（６１；６５１，６６１）と、光ファイバ（２）側とは反対側の端面（６２；６６２）と、を有する。導光体（６；６ａ）は、光ファイバ（２）からの光の少なくとも一部を導光体（６；６ａ）の側面（６１；６５１，６６１）から出射させる。
　第６の態様に係る発光システム（１；１ｂ）では、第１～５の態様のいずれか一つにおいて、導光体（６）は、線状である。
　第６の態様に係る発光システム（１；１ｂ）では、導光体（６）から出射される光の照射範囲を広げながらも、導光体（６）の小型化及び軽量化を図ることが可能となる。
　第７の態様に係る発光システム（１ａ）では、第１～６の態様のいずれか一つにおいて、導光体（６ａ）は、光ファイバ（２）に直接的につながっている第１導光部（６５）と、第１導光部（６５）から分岐されている複数の第２導光部（６６）と、を有する。
　第７の態様に係る発光システム（１ａ）では、導光体（６ａ）から出射される光の照射範囲を広げることが可能となる。
　第８の態様に係る発光システム（１ｂ；１ｃ）は、第１～７の態様のいずれか一つにおいて、光ファイバ（２）を複数備える。導光体（６；６ｃ）は、複数の光ファイバ（２）のうち少なくとも２つ以上の光ファイバ（２）からの光を導光し出射させる。
　第８の態様に係る発光システム（１ｂ；１ｃ）では、導光体（６；６ｃ）から出射される光の光量を多くすることができる。
　第９の態様に係る発光システム（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、第１～８の態様のいずれか一つにおいて、第１光源部（１１）は、レーザ光源を含む。
　第９の態様に係る発光システム（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、励起光（Ｐ１）の強度を高めることができる。
　第１０の態様に係る発光システム（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、第１～９の態様のいずれか一つにおいて、第２光源部（１２）は、レーザ光源を含む。
　第１０の態様に係る発光システム（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、シード光（Ｐ２）の強度を高めることができる。
　第１１の態様に係る発光システム（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、第１～１０の態様のいずれか一つにおいて、波長変換要素は、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｎｄ及びＭｎの群から選択される１以上の元素を含む。
　第１１の態様に係る発光システム（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、例えば、波長変換要素として２つ以上の元素を含む場合、少なくとも一の元素からの自然放射増幅光による励起によって、別の元素からの異なる波長での自然放射増幅光を発生させることもできる。
　１、１ａ、１ｂ、１ｃ　発光システム
　２　光ファイバ
　２１　光入射部
　２２　光出射部
　２３　波長変換部
　６、６ａ、６ｃ　導光体
　６１　側面
　６２　端面
　６５　第１導光部
　６５１　側面
　６６　第２導光部
　６６１　側面
　６６２　端面
　７　調整部
　１１　第１光源部
　１２　第２光源部
　１２１　第２光源部
　１２２　第２光源部
　Ｐ１　励起光
　Ｐ２　シード光
　Ｐ２１　シード光
　Ｐ２２　シード光
　Ｐ３　誘導放出光

Claims (11)

  1. 　励起光によって励起され前記励起光よりも長波長の自然放出光を発生可能であり、かつ、自然放射増幅光によって励起可能な、波長変換要素を含む波長変換部を有する光ファイバと、
    　前記励起光を前記光ファイバに入射させる第１光源部と、
    　前記励起光あるいは前記自然放射増幅光によって励起された前記波長変換要素から誘導放出光を発生させるためのシード光を、前記光ファイバに入射させる第２光源部と、
    　前記光ファイバからの光を導光し出射させる導光体と、を備える、
    　発光システム。
  2. 　前記励起光の波長は、３５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である、
    　請求項１に記載の発光システム。
  3. 　前記シード光の強度を調整する調整部を更に備える、
    　請求項１又は２に記載の発光システム。
  4. 　前記第２光源部を複数備え、
    　前記複数の第２光源部は、複数の前記シード光を出力し、
    　前記複数の第２光源部から出力される前記複数のシード光は、互いに異なる波長を有する、
    　請求項１～３のいずれか一項に記載の発光システム。
  5. 　前記導光体は、側面と、前記光ファイバ側とは反対側の端面と、を有し、
    　前記導光体は、前記光ファイバからの光の少なくとも一部を前記側面から出射させる、
    　請求項１～４のいずれか一項に記載の発光システム。
  6. 　前記導光体は、線状である、
    　請求項１～５のいずれか一項に記載の発光システム。
  7. 　前記導光体は、前記光ファイバに直接的につながっている第１導光部と、前記第１導光部から分岐されている複数の第２導光部と、を有する、
    　請求項１～６のいずれか一項に記載の発光システム。
  8. 　前記光ファイバを複数備え、
    　前記導光体は、前記複数の光ファイバのうち少なくとも２つ以上の光ファイバからの光を導光し出射させる、
    　請求項１～７のいずれか一項に記載の発光システム。
  9. 　前記第１光源部は、レーザ光源を含む、
    　請求項１～８のいずれか一項に記載の発光システム。
  10. 　前記第２光源部は、レーザ光源を含む、
    　請求項１～９のいずれか一項に記載の発光システム。
  11. 　前記波長変換要素は、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｎｄ及びＭｎの群から選択される１以上の元素を含む、
    　請求項１～１０のいずれか一項に記載の発光システム。
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