JPH04215621A - 波長変換素子 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入射レーザ光から２次
高調波を発生させ、その２次高調波を平行光線として取
り出すことのできる波長変換素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】非線形光学効果は、媒質に光が入射した
とき、その光の電場の２乗以上の高次項に比例する分極
が生じる現象であり、この現象により２次高調波が発生
する。上記媒質を含む材料は非線形光学材料といわれ、
ＫＨ２　ＰＯ４　、ＬｉＮｂＯ３　等の無機材料が実用
化されている。また、最近では２−メチル−４−ニトロ
アニリン（ＭＮＡ）に代表される有機材料も大きな非線
形光学定数を有することから注目されている。

【０００３】そして、上記非線形光学材料を２次高調波
発生素子として用いて半導体レーザ等の低出力レーザ光
線の波長を半分にする波長変換素子が実用化されている
。この波長変換素子は、高調波に対する基本波（半導体
レーザ光）を高いエネルギー密度で閉じ込め、かつ高調
波との相互作用長を長くするように設計されているもの
である。

【０００４】そのため、波長変換素子の形態としては、
例えば光導波路型のものが使用されている。これは、基
板の上に、光を閉じ込めて伝搬させる細長い光導波部を
形成し、その上からオーバーレイヤーを被覆したもので
あるが、光導波部等で発生した２次高調波を取り出すに
は、光導波路が、当該波長の２次高調波の伝搬位相速度
に対応可能な構造となっていなければならない。すなわ
ち、基本波と２次高調波との位相整合が取れていなけれ
ばならない。この位相整合を取るためには、種々の方法
が考えられるが、最も簡単に位相整合を取る方法として
チェレンコフ放射方式を用いたものがある。

【０００５】この方式は、図７に示すように、Ａ点にお
いて光導波部１１を伝搬している光から２次高調波が発
生し、角度θをもって基板１２およびオーバーレイヤー
１３に洩れ出したとすると、単位時間後Ｂ点においてふ
たたび方向に出射した２次高調波の等位相面と、上記２
次高調波の等位相面が合致する場合に、この角度θ方向
に２次高調波が射出されるというものである。基本波に
対する基板の屈折率をｎｓ　（ω）、導波部の屈折率を
ｎＧ　（ω）、２次高調波に対する基板の屈折率をｎｓ
　（２ω）とすると、 ｎｓ　（２ω）＞ｎＧ　（ω）＞ｎｓ　（ω）の条件さ
え満足すれば自動的に位相整合がとれ、チェレンコフ放
射が可能となるので、このチェレンコフ放射は最も簡単
に位相整合を取ることのできる方式として採用されてい
る。

【０００６】しかし、光導波路型の波長変換素子では狭
い幅の光導波部から基板へ２次高調波を放射するため、
光線の特性は断面三日月状となり集光の点でよいとはい
えない。したがって、この２次高調波は小さなスポット
に集光ができないという欠点を持っている。したがって
、例えば光ディスク等の微細なピットを有する光記憶媒
体の書き込み、読出し等に２次高調波を利用することが
困難であった。

【０００７】これに対し、光ファイバ型の波長変換素子
は軸対称であるため、２次高調波はリング状に拡がり、
平行光線にすることもできる。そこで、（１）円対称傾
斜面（円錐面）を有し、光ファイバ型波長変換素子から
出射した２次高調波を平行光線に変換するコリメートレ
ンズとを備えた光源装置が提案されている（特開平１−
２８７５３１号公報参照）。

【０００８】上記の構成の光源装置によれば、レーザ光
源から出るレーザ光を光ファイバ型２次高調波発生素子
に導き２次高調波を発生させると、２次高調波は軸対称
、かつ円錐形状の等位相面を有する波となって光ファイ
バの端面から拡がっていく。図８は、この様子を示した
ものであり、２次高調波は光ファイバ４のクラッド４２
を通して、円錐状のビームＢとなって拡がっていく。 そこで、円対称傾斜面を少なくとも部分的に有するコリ
メートレンズに、この２次高調波を通すことにより、２
次高調波の平行光線を得ることができる。

【０００９】また、（２）　図９に示すように光ファイ
バの出射端部において、光ファイバから出射した２次高
調波を平行光線に変換する円対称傾斜面４ａが形成され
た構造も提案されている（特開平１−２９３３２５号公
報参照）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記（１）
　の場合は、円錐形コリメートレンズを製作しなければ
ならず、しかもその回転対称軸を光ファイバの回転対称
軸に正確に位置合わせしなければならない。また、（２
）　の場合は、光ファイバの出射端部という微小部分を
精密に加工しなければならないので加工精度が要求され
る。しかも、光ファイバの出射端部の加工時に、端面が
欠けたり、傷が入ったりして歩留まりが低下するという
難点もある。

【００１１】本発明は、光ファイバ型波長変換素子から
出射した２次高調波を平行光線に変換する構造を製作す
る場合おいて加工が容易、かつ加工後の調整が不要で、
光ファイバの出射端部の保護が確実にできる波長変換素
子を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の波長変換素子は、クラッドを円筒状の透明
層で包囲し、この波長変換素子の端部において、上記透
明層に、波長変換素子から出射した２次高調波を平行光
線に変換する円対称傾斜面を形成したものである。

【００１３】

【作用】上記の構成によれば、波長変換素子は、円筒状
の透明層に埋め込まれた形になり、光ファイバ型波長変
換素子の端部から出射した光は、この透明層に形成され
た円対称傾斜面で屈折され、平行光線となって出ていく
。

【００１４】

【実施例】次いで、本発明の実施例について図を参照し
ながら以下に説明する。図１は、半導体レーザ等のレー
ザ光源１と、レーザ光源１から発生するレーザ光をコリ
メートする球面レンズ２と、コリメートされた光線を集
光する集光球面レンズ３と、コア４１、クラッド４２の
いずれかまたは双方に非線形光学材料を用いた光ファイ
バ型波長変換素子４と、光ファイバ型波長変換素子４を
包囲する円筒状の高分子透明層５とから構成された光源
装置を示している。光ファイバ型波長変換素子４の出射
端部において、高分子透明層５には、光ファイバ型波長
変換素子４から発生した２次高調波をコリメートする円
錐面（頂角２α）５１が形成されている。円錐面５１の
回転対称軸は光ファイバ型波長変換素子４の回転対称軸
と一致するように形成されている。

【００１５】なお、高分子透明層５の材料にはジグリコ
ールジアリルカーボネート、ポリメチルメタクリレート
、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリミクロヘキシ
ルメタクリレート等の光学レンズ用プラスチック素材が
あげられる。また、クラッド４２の２次高調波に対する
屈折率をｎｃ　、高分子透明層５の２次高調波に対する
屈折率をｎｐ　とする。クラッド４２内での２次高調波
の回転対称軸となす角度をθｏ、高分子透明層５内での
２次高調波の回転対称軸となす角度をθとする。

【００１６】上記の光源装置において、光ファイバ型波
長変換素子４から出射した２次高調波は、拡大図である
図２に示すように、円錐面５１で屈折し、回転対称軸と
平行に出ていく。このための条件は、スネルの法則を使
って、

【００１７】

【数１】

【００１８】となるように円錐面５１の頂角２αを選ぶ
ことである。上記の構成により、円錐面５１から平行ビ
ームを出射させることができる。そして、このビームを
既知の集光手段で集光することにより、光波長限界とほ
ぼ一致する小さなスポットを得ることができる。なお、
上記した円錐面５１の形状は、図２のものに限定される
ものではない。例えば、図３に示すように、円錐面５１
の先端の２次高調波の通過しない部分５２を平らに切り
取ったものであってもよい。

【００１９】次に、円錐面５１の加工方法を説明する。 この加工方法は、金型を使って、円錐面を有する高分子
透明層５を波長変換素子４と一体的に形成する方法であ
る。内径０．８μ　ｍ　、外形１．０ｍｍのＳＦ１５ガ
ラスの毛細管中に３，５−ジメチル−１−（４−ニトロ
フェニル）ピラゾールの融液を毛細管現象を利用して吸
い上げた後、ブリッジマン法によって端から単結晶を成
長させ、光ファイバ型波長変換素子４を作成した。この
後、波長変換素子４の５．０ｍｍを切り出し、片端を光
学研磨し出射端とした。この波長変換素子４のコアに波
長０．８８４μ　ｍ　の半導体レーザ光を入射したとこ
ろ、波長０．４４２μ　ｍ　の変換光が出射端から出射
角１２°で空気中に出射した。

【００２０】なお、ＳＦ１５ガラス（クラッド）の屈折
率は波長０．４４２　μｍ　の光に対して１．７２７　
であり、クラッド内部での放射角は６．９°である。次
に、頂角２α＝１３３．７　°の円錐面を先端部に持つ
円筒状金型６に波長変換素子４を突っ込むことによって
波長変換素子４の回転対称軸と金型６の回転対称軸を合
わせ、この波長変換素子４を固定したままの状態で、Ｍ
ＭＡ（メチルメタクリレート）と光重合開始剤である１
−ヒドロキシンシクロヘキシルフェニルケトンとを重量
割合９９．９：０．１　で混合した溶液を流し込み、紫
外線を照射してＭＭＡを重合させＰＭＭＡ５（ポリメチ
ルメタクリレート）を形成した。このときのＰＭＭＡの
屈折率は波長０．４４２μ　ｍ　の光に対して１．５０
であった。なお、上記金型６は蓋６ａを有し、蓋６ａの
中央部の孔に波長変換素子４を入れれば、波長変換素子
４の回転対称軸が金型の回転対称軸と自動的に一致する
ようになっている。

【００２１】なお、重合の際、ＰＭＭＡとクラッドガラ
スとの接着性を良好にするためシランカップリング剤で
あるジエトキシジビニルシランを１重量パーセント程度
添加することも有効である。この後、図５に示すように
、波長変換素子４の一端部を切断し全長１ｍｍとした。 そして、図６に示すように再度ＭＭＡを加え重合させて
ＰＭＭＡ５ａを作り、全体を取り出して入射端のＰＭＭ
Ａを光学研磨した。波長０．８８４μ　ｍ　の半導体レ
ーザ光をコアに入射したところ、波長０．４４２μ　ｍ
　の変換光がＰＭＭＡの円錐面から平行光線となって出
射した。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、本発明の波長変換素子に
よれば、円筒状の透明層に埋め込まれた光ファイバ型波
長変換素子の端部から出射した光は、この透明層に形成
された円対称傾斜面で屈折され、平行光線となって出て
いくので、従来のように、コリメートレンズを外付けし
て位置合わせしなくとも容易に平行光線を得ることがで
きる。

【００２３】また、円対称傾斜面は、波長変換素子と一
体になった透明層に対して加工すればよく、従来のよう
に光ファイバ型波長変換素子のクラッドの小さな端面を
直接加工しなくともよい。したがって、加工が容易にな
るとともに、加工後も出射端面を透明層で保護すること
ができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】波長変換素子の使用状態を示す図である。

【図２】波長変換素子先端部の拡大図である。

【図３】波長変換素子先端部の変更例を示す拡大図であ
る。

【図４】金型を使った波長変換素子の製造方法を説明す
る図である。

【図５】金型を使った波長変換素子の製造方法を説明す
る図である。

【図６】金型を使った波長変換素子の製造方法を説明す
る図である。

【図７】チェレンコフ放射方式を示す説明図である。

【図８】円錐波面状に出射されたビームを示す斜視図で
ある。

【図９】クラッドに直接加工を施した従来の波長変換素
子を示す図である。

【符号の説明】

１　　レーザ光源 ４　　光ファイバ型波長変換素子 ４１　　コア ４２　　クラッド ５　　高分子透明層 ５１　　円錐面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コアまたはクラッドのいずれか一方または
   双方が非線形光学材料により形成されている光ファイバ
   型の波長変換素子において、クラッドを円筒状の透明層
   で包囲し、この波長変換素子の出射端部において、上記
   透明層に、波長変換素子から出射した２次高調波を平行
   光線に変換する円対称傾斜面を形成したことを特徴とす
   る波長変換素子。