JPH0394238A - ファイバー型光波長変換装置 - Google Patents
ファイバー型光波長変換装置Info
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- JPH0394238A JPH0394238A JP1232099A JP23209989A JPH0394238A JP H0394238 A JPH0394238 A JP H0394238A JP 1232099 A JP1232099 A JP 1232099A JP 23209989 A JP23209989 A JP 23209989A JP H0394238 A JPH0394238 A JP H0394238A
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 64
- 230000004075 alteration Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 15
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 abstract description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 5
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Classifications
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
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-
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- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/34—Optical coupling means utilising prism or grating
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
- G02F1/383—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure of the optical fibre type
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Nonlinear Science (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Optical Head (AREA)
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。
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光ビックアップが知られている(特
開昭61−50122号公報参照)。
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ビ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
いた光ファイバー型S H G (Second Il
armonlcs Generator ;第2高調波
発生素子)がある。
いた光ファイバー型S H G (Second Il
armonlcs Generator ;第2高調波
発生素子)がある。
光ファイバー型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、ほとんど自動的に位
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3図はその概念図である。
合を採用している。この方式では、ほとんど自動的に位
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3図はその概念図である。
第3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、SH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εθ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。
ω)をもってコア中を伝播すると、SH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εθ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
戊されたことになる。
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
戊されたことになる。
クラッドのSH波長に対する屈折率をn..4(2ω)
とすると、この位tl]整合条件は、図を参照して N (ω) +w++Qe,., (2ω) cos
θ −−−−・・( 1 )となる。すなわち、 N(ω) < n coma ( 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
本波に対するクラソドおよびコアの屈折率をnc+aa
(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、 n.I.a (c+.+) <N (ω) <n ((
JJ) −(3)である。また、クラッドの屈折率の
波長分散を考えると、nc+ad(ω) < n gl
ad (2ω)であるから n .ad ((L’) < n (ω) < n c
lad (2 ω)・・・・・・ (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 nclad(ω) < rl 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。
とすると、この位tl]整合条件は、図を参照して N (ω) +w++Qe,., (2ω) cos
θ −−−−・・( 1 )となる。すなわち、 N(ω) < n coma ( 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
本波に対するクラソドおよびコアの屈折率をnc+aa
(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、 n.I.a (c+.+) <N (ω) <n ((
JJ) −(3)である。また、クラッドの屈折率の
波長分散を考えると、nc+ad(ω) < n gl
ad (2ω)であるから n .ad ((L’) < n (ω) < n c
lad (2 ω)・・・・・・ (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 nclad(ω) < rl 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3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θで決ま
る方向に円錐状に出射される。
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波の出削波面の等
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。
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/読取りをなす光ビッ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。
報の書込み/読取りをなす光ビッ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4図に示すように、ファイバー型SHGIO
のビーム出射後の光路中に円錐面を有する円錐プリズム
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(平行平面波に変換)し、円錐状の等
位相面を平面にすれば、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。
のビーム出射後の光路中に円錐面を有する円錐プリズム
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(平行平面波に変換)し、円錐状の等
位相面を平面にすれば、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を用いた場合において
、ファイバー型SHGIOの2次光の出射角や円錐プリ
ズム20の頂角が所望の値からずれていると、円錐プリ
ズム20を通過後の2次光の光路が光軸に平行にならず
、これを例えば先の光ビックアップにおいて第5図に示
す如く対物レンズ(集光レンズ)21で絞ることにより
得られるビームスポットはリング状となってしまう。例
えば、円錐プリズム20を通過後の波面がθ一0.01
’程度の円錐状であっても、開口数NA−0. 5,
焦点距離f−4.5程度の対物レンズ21で絞った場合
、幾何光学による近似を用いると2 f tanθ一1
.6〔μm]の中抜けリングのビームスポットとなり、
波動光学的考察によると、0.05’の頂角ずれて波面
収差0.07λ・r,l.s.となり、光ディスクに対
する情報の書込み/読取りには使用が困難である。
、ファイバー型SHGIOの2次光の出射角や円錐プリ
ズム20の頂角が所望の値からずれていると、円錐プリ
ズム20を通過後の2次光の光路が光軸に平行にならず
、これを例えば先の光ビックアップにおいて第5図に示
す如く対物レンズ(集光レンズ)21で絞ることにより
得られるビームスポットはリング状となってしまう。例
えば、円錐プリズム20を通過後の波面がθ一0.01
’程度の円錐状であっても、開口数NA−0. 5,
焦点距離f−4.5程度の対物レンズ21で絞った場合
、幾何光学による近似を用いると2 f tanθ一1
.6〔μm]の中抜けリングのビームスポットとなり、
波動光学的考察によると、0.05’の頂角ずれて波面
収差0.07λ・r,l.s.となり、光ディスクに対
する情報の書込み/読取りには使用が困難である。
このように、円錐プリズム20を用いて2次光をコリメ
ートする場合、2次光の出射角に見合った高精度の頂角
をもつ円錐プリズム20を使用しなければならないこと
になる。また、円錐プリズム20は製作が困難であり、
さらには位置合わせ等が難しいという問題もある。
ートする場合、2次光の出射角に見合った高精度の頂角
をもつ円錐プリズム20を使用しなければならないこと
になる。また、円錐プリズム20は製作が困難であり、
さらには位置合わせ等が難しいという問題もある。
発明の概要
[発明の目的]
そこで、本発明は、円錐プリズムを用いることなくファ
イバー型SHGからの2次光のコリメーションを良好に
行ない得るファイバー型光波長変換装置を提供すること
を目的とする。
イバー型SHGからの2次光のコリメーションを良好に
行ない得るファイバー型光波長変換装置を提供すること
を目的とする。
[発明の構或]
本発明によるファイバー型光波長変換装置は、ファイバ
ーのコア部分が非線形光学結晶からなり、このコア部分
における2次の非線形光学効果によって入射光ビームの
波長を変換するファイバー型SHGと、このSHGから
の出射光を平行光束にコリメートする光学系とを備え、
この光学系が球面収差の大きいレンズ系からなる構成と
なっている。
ーのコア部分が非線形光学結晶からなり、このコア部分
における2次の非線形光学効果によって入射光ビームの
波長を変換するファイバー型SHGと、このSHGから
の出射光を平行光束にコリメートする光学系とを備え、
この光学系が球面収差の大きいレンズ系からなる構成と
なっている。
[発明の作用]
本発明によるファイバー型光波長変換装置においては、
ファイバー型SHGからの出射光が球面収差の大きいレ
ンズ系によって平行光束にコリメートされる。
ファイバー型SHGからの出射光が球面収差の大きいレ
ンズ系によって平行光束にコリメートされる。
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、半導体レーザ
或いはYAGレーザなどのレーザ光源(図示せず)から
発せられる光は、ビーム拡大光学系及び集光レンズ(共
に図示せず)を経てファイバー型SHGIOに入射する
。ファイバー型SHGIOはファイバーのコア部分が非
線形光学結晶からなり、このコア部分における2次の非
線形光学効果によって入射光の1/2波長の光であるS
H波を生成する。ファイバー型SHGIOの出射側には
、このファイバー型SHGIOから出射される円錐状波
面の2次光を平行光束にコリメー卜するコリメート光学
系11と、このコリメート光学系11から出射される平
行光を回折限界程度まで集光する集光光学系12とが設
けられている。
或いはYAGレーザなどのレーザ光源(図示せず)から
発せられる光は、ビーム拡大光学系及び集光レンズ(共
に図示せず)を経てファイバー型SHGIOに入射する
。ファイバー型SHGIOはファイバーのコア部分が非
線形光学結晶からなり、このコア部分における2次の非
線形光学効果によって入射光の1/2波長の光であるS
H波を生成する。ファイバー型SHGIOの出射側には
、このファイバー型SHGIOから出射される円錐状波
面の2次光を平行光束にコリメー卜するコリメート光学
系11と、このコリメート光学系11から出射される平
行光を回折限界程度まで集光する集光光学系12とが設
けられている。
コリメート光学系11としては、球面収差の大きいレン
ズ系が用いられ、集光光学系12としては、回折限界以
下にまで良好に収差補正されたレンズ系が用いられる。
ズ系が用いられ、集光光学系12としては、回折限界以
下にまで良好に収差補正されたレンズ系が用いられる。
ところで、ファイバーのコア部分を非線形光学結晶で形
成し、立相整合にチェレンコフ位}目整合法を用いたフ
ァイバー型SHGIOからの出躬光(SH波)は、線状
に並んだ光源から角度θにて放射される光線の集まりと
等価と見なされる。これは、円錐プリズムに平行光線が
入射した場合に、光軸上のある区間に収束した光束とな
ることと全く逆の現象である。したがって、先述した如
く、円錐プリズムをファイバー型SHGIOからの出射
光のコリメー.ションに利用できるのである。
成し、立相整合にチェレンコフ位}目整合法を用いたフ
ァイバー型SHGIOからの出躬光(SH波)は、線状
に並んだ光源から角度θにて放射される光線の集まりと
等価と見なされる。これは、円錐プリズムに平行光線が
入射した場合に、光軸上のある区間に収束した光束とな
ることと全く逆の現象である。したがって、先述した如
く、円錐プリズムをファイバー型SHGIOからの出射
光のコリメー.ションに利用できるのである。
この円錐プリズムの作用に着目すれば、これは光軸から
光線高hで入射する平行光線を光軸とθの角度をなす光
線に変換するものであると言える。
光線高hで入射する平行光線を光軸とθの角度をなす光
線に変換するものであると言える。
換言すれば、光線高が互いに穴なる2つの光線があり、
第2図に示ように、2つの光線高の差をΔhとし、この
ときこの2つの光線が光軸を横切る2点の間の距離をΔ
zとすれば、 Δh凋Δzψtanθ なる関係式が成り立つ。このような光線の状況を実現す
れば、円錐プリズムを用いずとも、ファイバー型SHG
IOからの出射光のコリメーションを実現できることに
なる。上記の条件は、レンズ系の球面収差量Δzが、 Δz麿Δb / t a nθ となれば良いことを示しており、このような球面収差量
Δzを有するように従来の球面レンズ系を用いて構戊す
ることにより、円錐プリズムと同様の作用をなすコリメ
ート光学系11が得られることになる。上記式はコリメ
ート光学系11を構成するレンズ系における少なくとも
ファイバー型SHGIOからの出射光が存在する輪環部
分近傍において満たされれば良い。
第2図に示ように、2つの光線高の差をΔhとし、この
ときこの2つの光線が光軸を横切る2点の間の距離をΔ
zとすれば、 Δh凋Δzψtanθ なる関係式が成り立つ。このような光線の状況を実現す
れば、円錐プリズムを用いずとも、ファイバー型SHG
IOからの出射光のコリメーションを実現できることに
なる。上記の条件は、レンズ系の球面収差量Δzが、 Δz麿Δb / t a nθ となれば良いことを示しており、このような球面収差量
Δzを有するように従来の球面レンズ系を用いて構戊す
ることにより、円錐プリズムと同様の作用をなすコリメ
ート光学系11が得られることになる。上記式はコリメ
ート光学系11を構成するレンズ系における少なくとも
ファイバー型SHGIOからの出射光が存在する輪環部
分近傍において満たされれば良い。
再び第1図において、コリメート光学系11を構或する
レンズ系は光軸方向に配列された例えば2つの単レンズ
13a,13bからなり、これら単レンズ13a,13
b間の間隔dが可変に構戊されている。この単レンズ1
3a,1.3b間の間隔dを、ファイバー型SHGIO
からの出射光の出射角θのずれに応じて変化させること
により、コリメート光学系11における球面収差が最適
となり、集光光学系12における集光状態が良好となる
ように調整できることになる。したがって、ファイバー
型SHGIOのコア径の製作誤差により出射光の出射角
θが各々のファイバーで異なる場合でも、2つの単レン
ズ13a,13bの間隔dを調整することにより、最適
なコリメーションを達成できることになる。換言すれば
、様々な頂角を持った円錐プリズムをファイバーに応じ
て選定するという、実際上困難な作業を行なわなくても
最適なコリメーンヨンを達成できるということであり、
実用上有益である。
レンズ系は光軸方向に配列された例えば2つの単レンズ
13a,13bからなり、これら単レンズ13a,13
b間の間隔dが可変に構戊されている。この単レンズ1
3a,1.3b間の間隔dを、ファイバー型SHGIO
からの出射光の出射角θのずれに応じて変化させること
により、コリメート光学系11における球面収差が最適
となり、集光光学系12における集光状態が良好となる
ように調整できることになる。したがって、ファイバー
型SHGIOのコア径の製作誤差により出射光の出射角
θが各々のファイバーで異なる場合でも、2つの単レン
ズ13a,13bの間隔dを調整することにより、最適
なコリメーションを達成できることになる。換言すれば
、様々な頂角を持った円錐プリズムをファイバーに応じ
て選定するという、実際上困難な作業を行なわなくても
最適なコリメーンヨンを達成できるということであり、
実用上有益である。
発明の効果
以上説明したように、本発明によるファイバー型光波長
変換装置においては、ファイバー型SHGからの出射光
を球面収差の大きいレンズ系によって平行光束にコリメ
ートする構成となっているの.で、製作が困難であった
り、位置合わせ等が難しい円錐プリズムを用いることな
くファイバー型SHGからの2次光のコリメーションを
良好に行なうことができる。
変換装置においては、ファイバー型SHGからの出射光
を球面収差の大きいレンズ系によって平行光束にコリメ
ートする構成となっているの.で、製作が困難であった
り、位置合わせ等が難しい円錐プリズムを用いることな
くファイバー型SHGからの2次光のコリメーションを
良好に行なうことができる。
第1図は本発明の一丈施例を示す構戊図、第2図はコリ
メート光学系の作用を説明するための概念図、第3図は
チェレンコフ放射方式位相整合SHGの概念図、第4図
は円錐プリズムによってSH波をコリメートする場合の
構成図、第5図はコリメート後の光路が光軸に平行でな
い状態において対物レンズによってビームスポットを得
る場合の概念図である。 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・・
・・・・コリメート光学系 12・・・・・・集光光学系 20・・・・・・円錐
プリズム第1図
メート光学系の作用を説明するための概念図、第3図は
チェレンコフ放射方式位相整合SHGの概念図、第4図
は円錐プリズムによってSH波をコリメートする場合の
構成図、第5図はコリメート後の光路が光軸に平行でな
い状態において対物レンズによってビームスポットを得
る場合の概念図である。 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・・
・・・・コリメート光学系 12・・・・・・集光光学系 20・・・・・・円錐
プリズム第1図
Claims (4)
- (1)ファイバーのコア部分が非線形光学結晶からなり
、このコア部分における2次の非線形光学効果によって
入射光ビーム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からの出射光を平行光束にコリメー
トする光学系とを備え、 前記光学系が球面収差の大きいレンズ系からなることを
特徴とするファイバー型光波長変換装置。 - (2)前記レンズ系は、このレンズ系に光軸からの光線
高が互いに異なる2つの平行光線が前記光波長変換素子
と反対方向から入射したと仮定し、2つの光線高の差を
Δh、前記出射光の出射角をθとしたとき、球面収差量
Δzが Δz=Δh/tanθ となるように構成された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)前記レンズ系における少なくとも前記出射光が存
在する輪環部分近傍においてΔz=Δh/tanθとな
ることを特徴とする請求項2記載のファイバー型光波長
変換装置。 - (4)前記レンズ系は複数のレンズ系からなり、これら
レンズ系間の間隔が可変に構成された請求項1記載のフ
ァイバー型光波長変換装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1232099A JPH0394238A (ja) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | ファイバー型光波長変換装置 |
| US07/577,751 US5112122A (en) | 1989-09-07 | 1990-09-05 | Fiber-type light conversion device |
| NL9001977A NL9001977A (nl) | 1989-09-07 | 1990-09-07 | Lichtconversie-inrichting van het fiber-type. |
| GB9019570A GB2235987B (en) | 1989-09-07 | 1990-09-07 | Fibre-type light conversion device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1232099A JPH0394238A (ja) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | ファイバー型光波長変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0394238A true JPH0394238A (ja) | 1991-04-19 |
Family
ID=16933992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1232099A Pending JPH0394238A (ja) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | ファイバー型光波長変換装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
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