JPH03107929A - Fiber type optical wavelength conversion element - Google Patents

Fiber type optical wavelength conversion element

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JPH03107929A
JPH03107929A JP1246898A JP24689889A JPH03107929A JP H03107929 A JPH03107929 A JP H03107929A JP 1246898 A JP1246898 A JP 1246898A JP 24689889 A JP24689889 A JP 24689889A JP H03107929 A JPH03107929 A JP H03107929A
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JP
Japan
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wavelength
fiber type
wave
core
conversion element
Prior art date
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Pending
Application number
JP1246898A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyobumi Chikuma
清文 竹間
Souta Okamoto
岡本 総太
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Pioneer Corp
Original Assignee
Pioneer Electronic Corp
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Publication date
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Publication of JPH03107929A publication Critical patent/JPH03107929A/en
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  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)

Abstract

PURPOSE:To attain miniaturization as improving conversion efficiency by forming a fiber type optical wavelength conversion element in which a specific condition can be satisfied among the radius of the element, a Cerenkov angle, and the wavelength of an incident beam. CONSTITUTION:The element is comprised of a cylindrical core 1 and a clad layer 2 enclosing the core by coming in contact with the outside of the core 1. And it is formed so as to satisfy the condition of equation I among the radius (a) of the fiber type optical wavelength conversion element, the Cerenkov angle theta, and the wavelength lambda of the incident beam assuming (m) as integer. In other words, it is comprised so that the radius of a fiber type SHG (secondary higher harmonic generating element) and the Cerenkov angle can be selected so as to set the optical path in the neighborhood of the reflection of an SH wave (secondary higher harmonic) reflecting on the interface of the clad layer 2 and the air at a value equivalent to the odd times the half of the wavelength of SH light. In such a way, it is possible to heighten the output of the SH light and to attain the miniaturization as improving the conversion efficiency.

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素子に関する。[Detailed description of the invention] Technical field The present invention relates to a fiber type optical wavelength conversion element.

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光ピツクアップが知られている(特
開昭61−50122号公報参照)。
BACKGROUND ART An optical pickup is known in which the wavelength of a laser beam emitted from a laser light source is halved using an optical wavelength conversion element, thereby making it possible to write and read information to and from a disk at higher density. (Refer to Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-50122).

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の第2高調波発生素子(Secon
d Harmonies Generator)  (
以下SHGという)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波という)の発生が可能である。第2図は
光フアイバー型SHGの概念図であり、このSHGは円
柱状のコア1と該コア1を同心円的に囲繞する円筒状の
クラッド層2とからなる。
This optical wavelength conversion element is an optical fiber-type second harmonic generation element (Second) that uses a second-order nonlinear optical effect.
d Harmonies Generator) (
(hereinafter referred to as SHG). The optical fiber type SHG employs phase matching based on the Cerenkov radiation method. In this method, it is possible to generate a second harmonic wave (hereinafter referred to as an SH wave) whose phase is almost automatically matched. FIG. 2 is a conceptual diagram of an optical fiber type SHG, and this SHG consists of a cylindrical core 1 and a cylindrical cladding layer 2 concentrically surrounding the core 1.

第2図(a)において、基本波モードが実効屈折率N(
ω)をもったコア1中を図中左から右へ伝播すると、S
H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、B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
えばクラッド層2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。
In Fig. 2(a), the fundamental wave mode has an effective refractive index N(
When propagating from left to right in the figure through core 1 with ω), S
The nonlinear polarization wave that generates the H wave also has the same phase velocity C/N.
(ω) (C: speed of light). Assume that this nonlinear polarization wave generates an SH wave at point A in the figure in a direction that makes an angle of θ with the waveguide direction, and after a unit time, it generates an SH wave again in the θ direction at point B as before. . For example, the SH wave generated at point A propagates through the cladding layer 2 and reaches point C after a unit time,
If θ is such an angle that AC and BC are orthogonal, the wavefront of the SH wave generated between AB by the nonlinear polarization wave will be BC,
In the end, a coherent SH wave is generated.

クラッド層2のSH波の波長に対する屈折率をns+i
(2ω)とすると、この位相整合条件は、図を参照して N (ω) −nc164 (2(IJ)  coma
 −・・−(1)となる。すなわち、 N(ω)くn61.4(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
するクラッド層2およびコア1の屈折率をnglad(
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1内を伝播する条件は、 n、+、a (ω) <N ((IJ) <n (ω)
  −(3)である。また、クラッド層2の屈折率の波
長分散を考えると、nglad(ω)<nc+□(2ω
)であるから n clad (ω) < n ((JJ) < n 
coma (2ω)・・・(4) の条件が満たされれば、どのようなコア1径でもすべて
め基本波モードに対して(2)式が満たされる。また、
仮に n g、am (”) < n clad (2ω) 
< n ((4))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。
The refractive index of the cladding layer 2 with respect to the wavelength of the SH wave is ns+i
(2ω), this phase matching condition is N (ω) −nc164 (2(IJ) coma
−・・−(1). In other words, N(ω) × n61.4(2ω) ・・・・・・(
2), SH waves are automatically generated in the θ direction with phase matching. Generally, the refractive index of the cladding layer 2 and the core 1 with respect to the fundamental wave is nglad (
ω) and n(ω), assuming the overlayer is air,
The conditions for the fundamental wave to propagate in core 1 as a mode are n, +, a (ω) < N ((IJ) < n (ω)
-(3). Also, considering the wavelength dispersion of the refractive index of the cladding layer 2, nglad(ω)<nc+□(2ω
), so n clad (ω) < n ((JJ) < n
coma (2ω)...If the condition (4) is satisfied, then equation (2) is satisfied for all fundamental wave modes for any core diameter. Also,
If n g, am (”) < n clad (2ω)
< n ((4)), but within a certain range of film thickness (2)
There exists a fundamental mode that satisfies the equation.

このようにして発生したSH波は、第2図(b)に示す
ようにクラッド層2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。
The SH waves generated in this way propagate as a cladding mode that undergoes repeated total reflection at the boundary between the cladding layer 2 and air, as shown in Figure 2(b), and form a conical shape from one end of the fiber in the direction determined by θ. It is emitted to Further, the equiphase front of the output wavefront of the SH wave outputted in this manner has a conical shape with the central axis of the fiber as its axis.

このファイバー型SHGにおいて、発生したSH波はク
ラッド層2と空気の境界面で反射しながらクラッド層2
中を導波する。しかし、該境界面で反射することによっ
て位相が反転した反射SH波がコア1に戻ることにより
、新たにコア1にて発生したSH波と干渉を起こすこと
になる。この干渉によってファイバー型SHGの出力が
減少する。これを防止するためには、ファイバー型SH
Gの作用長、すなわちファイバー長りを、反射SH波が
コア1に戻らない長さに設定しなければならない。
In this fiber type SHG, the generated SH waves are reflected at the interface between the cladding layer 2 and the air, and the cladding layer 2
Guide the wave inside. However, the reflected SH wave whose phase has been reversed by being reflected at the boundary surface returns to the core 1, causing interference with the SH wave newly generated in the core 1. This interference reduces the output of the fiber type SHG. To prevent this, fiber type SH
The action length of G, that is, the fiber length must be set to a length that does not allow the reflected SH wave to return to the core 1.

また、チェレンコフ位相整合を用いたSHGの変換効率
はLに比例する関係にあるため、ファイバー長りを大き
くするためには、クラッド層2の半径を大とすれば良い
。しかしながら、ファイバー型SHGは光ピツクアップ
装置に組み込まれるため、光ピツクアップ装置の小型化
の要請によりあまり大きくすることは困難である。
Furthermore, since the conversion efficiency of SHG using Cerenkov phase matching is proportional to L, in order to increase the fiber length, the radius of the cladding layer 2 may be increased. However, since the fiber type SHG is incorporated into an optical pickup device, it is difficult to make it too large due to the demand for miniaturization of the optical pickup device.

発明の概要 そこで、本発明は、変換効率を向上しつつ小型化された
ファイバー型SHGを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a fiber-type SHG that is downsized while improving conversion efficiency.

本発明によるファイバー型SHGは、円柱状コア及びこ
れに接して囲繞する円筒状クラッド層からなり、入射ビ
ームの波長を変換して所定波長のビームとして出射する
ファイバー型光波長変換素子であって、aが前記ファイ
バー型光波長変換素子の半径であり、θがチェレンコフ
角であり、λが入射ビームの波長であり、mが整数であ
るとき、2・a−51nθ−(λ/ 2) (2m+1
)なる条件を満足する形状であることを特徴とする。
The fiber-type SHG according to the present invention is a fiber-type optical wavelength conversion element that includes a cylindrical core and a cylindrical cladding layer surrounding and in contact with the cylindrical core, and converts the wavelength of an incident beam and outputs it as a beam of a predetermined wavelength. When a is the radius of the fiber type optical wavelength conversion element, θ is the Cerenkov angle, λ is the wavelength of the incident beam, and m is an integer, 2・a−51nθ−(λ/2) (2m+1
) is characterized by a shape that satisfies the following conditions.

実施例 以下、本発明の一実施例を図に基づいて詳細に説明する
EXAMPLE Hereinafter, an example of the present invention will be explained in detail based on the drawings.

第1図において、本発明によるファイバー型SHGは、
円柱状コア1及びコア1の外側に接してこれを囲繞する
クラッド層2によって構成されている。
In FIG. 1, the fiber type SHG according to the present invention is
It is composed of a cylindrical core 1 and a cladding layer 2 surrounding and in contact with the outside of the core 1.

第1図において、入射ビームがコア1中を図中左から右
へ伝播すると、SH波を発生する非線形分極波も伝播す
る。この非線形分極波が図のD点で導波方向とチェレン
コフ角θの角度をなす方向にSH波を発生し、SH波は
クラッド層2と空気との境界面のE点で反射して半波長
ずれた二次SH光となり、これがが再びコア1へ戻り、
クラッド層2で別に発生したSH光と干渉を起こす。こ
れらSH先の位相が半波長ずれた場合は干渉によりSH
光は弱め合い、位相が合致する場合はSH光は強め合う
In FIG. 1, when the incident beam propagates through the core 1 from left to right in the figure, a nonlinear polarization wave that generates an SH wave also propagates. This nonlinear polarization wave generates an SH wave at point D in the figure in a direction that makes an angle of Cerenkov angle θ with the waveguide direction, and the SH wave is reflected at point E on the interface between the cladding layer 2 and air and has a half wavelength. It becomes a shifted secondary SH light, which returns to core 1 again,
Interference occurs with SH light generated separately in the cladding layer 2. If the phases of these SH destinations are shifted by half a wavelength, the SH
The lights weaken each other, and when the phases match, the SH lights strengthen each other.

図示するように、クラッド層2と空気との境界面のE点
で反射するSH波の反射前後の光路をそれぞれΩとする
と、E点で反射してSH波が半波長ずれる故に、 2J−(λ/ 2) (2+a+1) (但し、λが入射ビームの波長であり、mが整数である
)を満足するとき、反射前後SH波の位相が合致する。
As shown in the figure, if the optical paths before and after reflection of the SH wave reflected at point E on the interface between the cladding layer 2 and air are respectively Ω, then the SH wave reflected at point E is shifted by half a wavelength, so 2J-( When λ/2) (2+a+1) (where λ is the wavelength of the incident beam and m is an integer) is satisfied, the phases of the SH waves before and after reflection match.

第1図から、光路Ωとチェレンコフ角θとの関係は、 (1/ a−sinθ であるから、円柱状コア1及びクラッド層2からなるフ
ァイバー型SHGの半径をaとするとき、2・a−8I
nθ−(λ/ 2) (2+a+1)を満たすようにフ
ァイバー型SHGの寸法が設定される場合に、クラッド
層2と空気との境界面のE点で反射するSH波の反射前
後の位相が合致する。
From FIG. 1, the relationship between the optical path Ω and the Cerenkov angle θ is (1/a-sinθ), so when the radius of the fiber-type SHG consisting of the cylindrical core 1 and the cladding layer 2 is a, 2・a -8I
When the dimensions of the fiber-type SHG are set to satisfy nθ-(λ/2) (2+a+1), the phases before and after reflection of the SH wave reflected at point E on the interface between cladding layer 2 and air match. do.

このように、ファイバー型SHGの半径aを選択するこ
とにより、クラッド層2と空気との境界面で反射した二
次SH光が再びコア1へ戻り、そこで発生しようとする
SH光と位相が合致するような干渉を起こしSH光の出
力を高めることができる。第1図に示すごと<SH光の
光路2IIが波長λの半分の奇数倍に等しいときにこの
強め合う干渉が生じるからである。
In this way, by selecting the radius a of the fiber-type SHG, the secondary SH light reflected at the interface between the cladding layer 2 and the air returns to the core 1 and matches the phase of the SH light that is about to be generated there. It is possible to cause such interference and increase the output of the SH light. This is because, as shown in FIG. 1, this constructive interference occurs when the optical path 2II of <SH light is equal to an odd multiple of half the wavelength λ.

発明の効果 以上のように、本発明によるファイバー型SHGにおい
ては、クラッド層と空気との境界面で反射するSH波の
反射前後の光路をSH光の波長の半分の奇数倍に等しく
なるように、ファイバー型SHGの半径とチェレンコフ
角とを選択する構成となっているので、SH光の出力を
高め変換効率を向上しつつ小型化を可能とする。
Effects of the Invention As described above, in the fiber-type SHG according to the present invention, the optical path before and after reflection of the SH wave reflected at the interface between the cladding layer and the air is made equal to an odd multiple of half the wavelength of the SH light. Since the radius and Cherenkov angle of the fiber type SHG are selected, it is possible to increase the output of the SH light and improve the conversion efficiency while reducing the size.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す断面図、第2図はチェ
レンコフ放射方式位相整合によるファイバー型SHGの
概念図である。 主要部分の符号の説明 1・・・・・・コア 2・・・・・・クラッド層 第1図 戸 第2図
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a conceptual diagram of a fiber type SHG using Cerenkov radiation phase matching. Explanation of symbols of main parts 1... Core 2... Clad layer Figure 1 Door Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】  円柱状コア及びこれに接して囲繞する円筒状クラッド
層からなり、入射ビームの波長を変換して所定波長のビ
ームとして出射するファイバー型光波長変換素子であっ
て、aが前記ファイバー型光波長変換素子の半径であり
、θがチェレンコフ角であり、λが入射ビームの波長で
あり、mが整数であるとき、 2 ・a・sinθ=(λ/2)(2m+1)なる条件
を満足する形状であることを特徴とするファイバー型光
波長変換素子。
[Claims] A fiber-type optical wavelength conversion element consisting of a cylindrical core and a cylindrical cladding layer surrounding and in contact with the cylindrical core, converting the wavelength of an incident beam and emitting it as a beam of a predetermined wavelength, wherein a is When it is the radius of the fiber-type optical wavelength conversion element, θ is the Cerenkov angle, λ is the wavelength of the incident beam, and m is an integer, 2・a・sinθ=(λ/2)(2m+1) A fiber-type optical wavelength conversion element characterized by having a shape that satisfies conditions.
JP1246898A 1989-09-22 1989-09-22 Fiber type optical wavelength conversion element Pending JPH03107929A (en)

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