JPH02212820A - ファイバー型光波長変換装置 - 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】 技術分野 本発明は、ファイバー型光波長変換装置に関する。

背景技術 光波長変換素子を用いてレーザ光源から発せられるレー
ザ光ビームの波長を半分に変換することにより、ディス
クに対する情報の書込み及び読取りをより高密度にて行
ない得るようにした先ピックアップが知られている（特
開昭６１−５０１２２号公報参照）。

この光波長変換素子として、２次の非線形光学効果を用
いた光フアイバー型Ｓ　ＨＧ　（Ｓｅｃｏｎｄ　Ｈａｒ
ｔｏｎｉｃｓ　ａｅｎｅｒａｔｏｒ　；第２高調波発生
素子）がある。

光フアイバー型ＳＨＧはチェレンコフ放射方式の位相整
合を採用している。この方式では、はとんど自動的に位
相整合のとれた第２高調波（以下、ＳＨ波と略称する）
の発生が可能である。第８図はその概念図である。

第８図（ａ）において、基本波モードが実効屈折率Ｎ（
ω）をもってコア中を伝播すると、Ｓｌ（波を発生する
非線形分極波も同一の位相速度Ｃ／Ｎ（ω）（Ｃ：光速
）をもって伝播する。この非線形分極波が図のＡ点で導
波方向とθの角度をなす方向にＳＨ波を発生し、単位時
間後、８点で前と同様に、θ方向に再びＳＨ波を発生し
たとする。

Ａ点で発生したＳＨ波が例えばクラッド中を伝播して単
位時間後Ｃ点に達し、θがＡＣとＢＣの直交するような
角度であれば、非線形分極波がＡＢ間で発生したＳＨ波
の波面はＢＣとなり、結局、コヒーレントなＳＨ波が生
成されたことになる。

クラッドのＳＨ波長に対する屈折率をｎｓｌａｍ（２ω
）とすると、この位相整合条件は、図を参照して Ｎ　（ω）　ｓｗｊｌ、、、、　（２ω）　　ｃｏｓθ
　−−−−・−（１）となる。すなわち、 Ｎ　（（ＩＪ）　＜ｎｇｌｓｄ　（２ω）　　　　　＝
　（２）でありさえすれば、ＳＨ波は自動的に位相整合
のとれたθ方向に発生されるのである。一般に、基本波
に対するクラッドおよびコアの屈折率をｎｇｌｓｄ（ω
）およびｎ（ω）、オーバーレイヤは空気とすると、基
本波がモードとしてコア内を伝播する条件は、 ｎａ＋□（ω）くＮ（ω・）くｎ（ω）　・・・（３）
である。また、クラッドの屈折率の波長分散を考えると
、ｎｏ、（ω）　＜ｎｅｔｓ□（２ω）である故、ｎｇ
ｌｓｄ　（ω）　＜ｎ　（ω）　＜ｎｇｌｓｄ　（２ω
）・・・　（４） の条件が満たされれば、どのようなコア径でもすべての
基本波モードに対して（２）式が満たされる。また、仮
に ｎｇｌｓｄ（ω）　＜　ｎ　ｇｌａｄ　（２ω）くｎ（
ω）であっても、ある範囲の膜厚で（２）式を満たす基
本波モードが存在する。

このようにして発生したＳＨ波は、第８図（ｂ）に示す
ようにクラッドと空気の境界で全反射を繰り返すクラッ
ド・モードとして伝播し、ファイバ一端面から角度θで
決まる方向に円錐状に出射される。また、このようにし
て出射されたＳＨ波の出射波面の等位相面はファイバー
の中心軸を軸とした円錐状になっている。

このＳＨ波を例えば先述した如く光ディスクに対する情
報の書込み／読取りをなす光ピツクアップにおいてその
光ビームとして用いるためには、ファイバー型ＳＨＧの
出射光ビームをディスクの情報記録面上にビームスポッ
トとして集光する必要がある。ところが、ファイバー型
ＳＨＧの出射光ビームを集光するにしても、出射光の等
位相面が円錐状であるため、従来の球面レンズあるいは
非球面レンズからなる集光レンズで回折限界程度まで集
光することは不可能である。

そこで、第９図に示すように、ファイバー型５ＨＧＩＯ
のビーム出射後の光路中に円錐面を存する円錐プリズム
２０を配置し、この円錐プリズム２０の作用によってＳ
Ｈ波をコリメートしく平行平面波に変換し）、円錐状の
等位相面を平面状にすれば、従来の集光レンズによって
回折限界程度まで集光することが可能となる。

しかしながら、円錐プリズム２０は円錐形であるが故に
その製造が難しく、量産性に劣るため、低コスト化を図
る上で不利である。

この円錐プリズム２０に代えて、製造が簡単で量産性に
優れかつ安価に得られるホログラフィック素子を、円錐
状の等位相面を平面状に変換する変換素子として用いる
ことが考えられる。

このホログラフィック素子は、例えばＳＨ波の円錐波面
の頂角θが設計値と異なると正しく機能しない。この頂
角θに関しては、ファイバー型ＳＨＧの形状や屈折率の
バラツキによって無視できない程度の誤差が生じる。し
たがって、ホログラフィック素子を用いて円錐波面の２
次光を確実に平面波面の平行光に変換するためには、所
望の頂角θが得られるファイバー型ＳＨＧを選択して用
いなければならないことになる。

発明の概要 そこで、本発明は、ファイバー型ＳＨＧの形状や屈折率
のバラツキに拘らず波長変換後の円錐波面２次光を確実
に平面波面の平行光として導出できるようにしたファイ
バー形光波長変換装置を提供することを目的とする。

本発明によるファイバー形光波長変換装置においては、
波長変換後の２次光を平行光に変換する手段としてホロ
グラフィック素子を用い、光源又はホログラフィック素
子の温度をｔｉｌＪ御可能とした構成となっている。

実施例 以下、本発明の実施例を図に基づいて詳細に説明する。

本発明の一実施例を示す第１図において、光源である半
導体レーザ１１から発せられるレーザ光は集光レンズ１
２で集光されてファイバー型５ＨＧＩＯに入射し、この
ファイバー型５ＨＧＩＯで波長変換される。ファイバー
型５ＨＧＩＯから出射されるＳＨ波である円錐波面の２
次光はホログラフィック素子１３に入射する。ホログラ
フィック素子１３は、第２図（ａ）、　（ｂ）に示すよ
うに、ガラス又はプラスチック等の透明基板１３ａの一
面に、不透明膜からなる複数の輪帯１３ｂが一定ピッチ
で光軸を中心として同心円状に配された構成となってい
る。このホログラフィック素子１３においては、第３図
に示す如く複素透過率が光軸からの距離ｒに対して周期
的に変化することから、入射波に対し距Ｍｒに関して周
期的な振幅の変化を生じせしめるため、輪帯１３ｂのピ
ッチを適当に設定することにより、入射した円錐波面の
２次光を亭平面波面の平行光に変換できることになる。

このように、２次光を平行光に変換する手段としてホロ
グラフィック素子１３を用いることにより、ホログラフ
ィック素子１３は従来用いられていた円錐プリズムに比
して製造が簡単で量産性に優れているため、装置の低コ
スト化が図れることになる。

半導体レーザ１１には、その温度を検出するために熱電
対やサーミスタ等の温度検出器１４が、さらに温度調節
を行なうためにベル千４子やヒータ等の温度調節器１５
がそれぞれ装着されている。温度調節器１４からは検出
温度に応じた電圧が出力され、この検出電圧は誤差検出
器１６の比較入力となる。誤差検出器１６の基準入力と
しては、温度設定装Ｒ１７から設定温度に応じて出力さ
れる設定電圧が供給される。温度設定装置１７にお蓚ブ
る温度設定は例えばマニュアル調整によってなされる。

誤差検出器１６の出力としては、温度検出器１４による
検出温度の温度設定装置１７による設定温度に対する誤
差分に応じた電圧が導出され、この誤差電圧はドライバ
ー１８を介して温度調節器１８の駆動入力となる。

かかる構成において、先述した如く、入射光の円錐波面
の頂角θが設計値と異なるとホログラフィック素子１３
が正しく機能しないため、ホログラフィック素子１３を
正しく機能させるためには円錐頂角θを設計値に等しく
する必要がある。ここで、ホログラフィック素子１３は
入射光の波長が変わると設計で円錐頂角θを変化させた
のにほぼ等価の作用をなすことから、入射光の波長を変
えることで円錐頂角θを設計値に等価的に等しくするこ
とができる。一方、半導体レーザ１１はその温度に依存
して出射レーザ光の波長が変化することが知られている
。

したがって、半導体レーザ１１の温度を調整して出射レ
ーザ光の波長を制御することにより、ファイバー型Ｓ　
ＨＧ　１．０の形状や屈折率バラツキに起因する２次光
の円錐頂角θの誤差を補償でき、これにより円錐波面の
２次光を確実に平面波面の平行光に変換できることにな
る。半導体レーザ１１の温度調整はホログラフィック素
子１３の出射光が平行光になるまで温度設定装置１７に
おいて設定温度をマニュアルで調整することによって行
なわれ、設定後は、誤差検出器１６の誤差出力に応じて
温度調節器１５を駆動制御することにより自動的に行な
われる。

なお、上記実施例では、２次光を平行光に変換する手段
として、一定ピツチで同心円状に配された不透明膜から
なる複数の輪帯１３ｂをその一面に有する透明基板１３
ａからなるホログラフィック素子１３を用いた場合につ
いて説明したが、第４図（田、山）に示すように、一定
ピツチで同心円状に配された断面矩形状の複数の輪帯１
８ｂ１すなわち凹凸をその一面に有する透明基板１８ａ
からなるホログラフィック素子や、第６図（ａ）、　（
ｂ）に示すように、一定ピツチで同心円状に配された断
面鋸歯状の輪帯１９ｂをその一面に有する透明基板１９
ａからなるホログラフィック素子等を用いても良く、要
は、複素透過率が光軸からの距離ｒに対して周期的に変
化することにより、入射波に対し距Ｍｒに関して周期的
な振幅又は位相の変化を生じせしめる構成のものであれ
ば良いのである。

第４図ｃａｂ、　ｉｂ＞のホログラフィック素子の位相
特性を第５図に、第６図（ω、（ｉ）のホログラフィッ
ク素子の位相特性を第７図にそれぞれ示す。

また、上記実施例では、半導体レーザ１１の温度を調整
することによってホログラフィック素子１３の入射光の
円錐頂角θを等価的に変化せしめる場合について説明し
たが、ホログラフィック素子１３は熱膨脹によって輪帯
１３ｂのピッチが変化すると設計で円錐頂角θを変えた
のにほぼ等価の作用をなすことから、ホログラフィック
素子１３の温度を調整するように構成することも可能で
ある。この場合の構成としては、温度検出器１４及び温
度調節器１５を半導体レーザ１１に代えてホログラフィ
ック素子１３に装着する以外は、上記実施例と同様の構
成を用い得る。

発明の詳細 な説明したように、本発明によるファイバー型光波長変
換装置においては、２次光を平行光に変換する手段とし
て、ホログラフィック素子を用い、光源又はホログラフ
ィック素子の温度を制御することによってファイバー型
ＳＨＧの形状や屈折りのバラツキに起因する２次光の円
錐頂角θの誤差を補償する構成となっているので、製造
が簡単で量産性に優れかつ安価に得られるホログラフィ
ック素子を用いて確実に平面波面の平行光を導出するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図はホロ
グラフィック素子の一例を示す平面図（ω及び側断面図
中）、第３図は第２図のホログラフィック素子の透過率
特性を示す図、第４図は光学素子の他の例を示す平面図
〈ω及び側断面図中）、第５図は第４図のホログラフィ
ック素子の位相特性を示す図、第６図はホログラフィッ
ク素子の更に他の例を示す平面図くみおよび側断面図面
、第７図は第６図のホログラフィック素子の位相特性を
示す図、第８図はチェレンコフ放射方式位相整合ＳＨＧ
の概念図、第９図は円錐プリズムを用いた従来例を示す
構成図である。 主要部分の符号の説明 １０・・・・・・ファイバー型光波長変換素子１１・・
・・・・半導体レーザ １３・・・・・・ホログラフィック素子１４・・・・・
・温度検出器 １５・・・・・・温度調節器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源と、前記光源の出射光を入射光としてその波
   長を変換するファイバー型光波長変換素子と、前記光波
   長変換素子によって波長変換された光を平行光に変換す
   るホログラフィック素子と、前記光源の温度を制御する
   温度制御手段とを備えたことを特徴とするファイバー型
   光波長変換装置。
2. （２）前記温度制御手段は、前記光源の温度を検出する
   温度検出手段と、温度を設定する温度設定手段と、前記
   温度検出手段による検出温度の前記温度設定手段による
   設定温度に対する誤差を検出する誤差検出手段と、前記
   誤差検出手段による検出誤差に基づいて前記光源の温度
   調節をなす温度調節手段とからなることを特徴とする請
   求項１記載のファイバー型光波長変換装置。
3. （３）光源と、前記光源の出射光を入射光としてその波
   長を変換するファイバー型光波長変換素子と、前記光波
   長変換素子によって波長変換された光を平行光に変換す
   るホログラフィック素子と、前記グラフィック素子の温
   度を制御する温度制御手段とを備えたことを特徴とする
   ファイバー型光波長変換装置。
4. （４）前記温度制御手段は、前記グラフィック素子の温
   度を検出する温度検出手段と、温度を設定する温度設定
   手段と、前記温度検出手段による検出温度の前記温度設
   定手段による設定温度に対する誤差を検出する誤差検出
   手段と、前記誤差検出手段による検出誤差に基づいて前
   記グラフィック素子の温度調節をなす温度調節手段とか
   らなることを特徴とする請求項３記載のファイバー型光
   波長変換装置。