JPS5857114A - 赤外可視波長変換素子 - 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】 本発明は新規な構造を有する赤外可視波長変換素子およ
び同装置に関するものである。

ｍ−ｖ族化合物半導体を素材とする半導体レーザは、直
接変調が可能で発振出力も比較的大きく、最近でに可視
部付近の短い発振波長をもちさらにアレー状に構成する
ことも可能になっているため、従来使用されていた光通
信など高級志向の用途だけでなく、レーザ・プリンタ等
の画像応用など一部のいわゆる低級志向の応用に利用さ
れる気運が昂まりつつある。

しかし現在使用されているＧａＡｔＡｓ　３元素混晶を
用いた半導体レーザは、印画紙等の感度の高い可視域に
おいて発振させることは事実上不可能であり、またいわ
ゆる可視域に接近した領域たとえば７５０ｍμより短波
長で発振させて肉眼により視認せしめ得る如くした場合
に、高いｋｌの混合比を用いる必要がある関係布ら発振
閾値は上昇し、湿度に対する感受性の関係などの理由で
寿命と信頼性が急激に低下する欠点があった。これらの
理由から、可視域にいたる半導体レーザアレーを用いて
レーザプリンタ等を構成する試みはなお現実のものとな
っていない。

本発明は、短波長光を必要とする半導体レーザのこのよ
うな現状にかんがみ、簡単な赤外可視変換素子および装
置を与えこれによって半導体レーザの赤外領域における
発振光を有効に可視光特に緑色光に変換し得る波長変換
素子およ゛び装置を与えることを目的とする。

本発明によれば、フッ化物であるＹＦ３　　ＢａＹ２Ｆ
、３ＮａＹＦ４あるいｕ　ＬａＦ３　ｆ基体とし、全カ
チオンの５ないし２０原子チの３価のＥｒイオンを含有
せしめた物質を波長変換材料とし、　０．８２μｍ付近
の波長を有する赤外光の励起によって非干渉性の可視光
を発光する赤外可視波長変換素子およびこの素子を用い
た赤外可視波長変換装置が得られる。

次に本発明につき図面を参照して詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例の模式図である。

半導体レーザ１はＧａＡｔＡｓ　３元系より成り０８２
μｍに発振波長を有する赤外光光源であり、同じような
半導体レーザ２などと共に半導体レーザ１次アレ３１ｒ
、形成している。半導体レーザ１の発振出力赤外光４は
セルフォックレンズ５を介して容器乙に収容された赤外
可視波長変換素子の結晶小片７Ｖｃ集光される。この結
晶小片はＢａＹｌ　４Ｅｒｏ６Ｆ５の組成・を有し、赤
外光４により励起されて条件により赤色、緑色または黄
色の強い可視光を発生する。

容器６ＶＣは、励起赤外光の入射する方向に１の入射を
可能どする小孔８が形成されておシ。

その反対の可視光を取り出そうとする方向に可視光に対
し透過性であると共に励起光である０８２μｍおよび可
能ならば１．０μｍ付近の赤外光に対し反射性である２
色性フィルタから成る窓９が設けられている。そしてこ
の容器の壁の内面は反射性になっている。したがってこ
の窓９の側からみると、励起赤外光が入射すると窓の全
体が例えば緑色に光ってみえる。

イ 半導体レーザアレイ１を構成するすべての半導体レーザ
２などに同様の変換装置を賦付すれば（図には示してな
い）、可視発光アレイを得ることかできる。

このように０．８２μｍ付近の赤外光の励起による可視
光の発生は、３価のエルギウム（Ｅｒ）のイオンを含有
する材料であれば程度の差はあれ観察されるが、しかし
効率的な発光は、基体として励起状態寿命を長く保ち得
るフッ化物材料。

すなわちＹＦ３　　ＢａＹ２　ＦＢ　ＮａＹＦ４あるい
はＬａＦ５ｆ：用い、エルピラ工（Ｅｒ）イオンを全カ
チオンの約５〜２０原子チ含有させることによって得ら
れた。

後者の含有量については、特に１０原子チ゛近辺で−好
ましい結果が得られた。また可視発光の発生は内面反射
性の容器に結晶小片を格納する構造でなくとも、たとえ
ば平板上に螢光体を塗布した構造によっても可能である
が、その可視発光強度は通常小さくて実用の面からは好
ましくない。そこで単一の結晶小片を使用し、いわゆる
光閉じ込め構造を採用することによって。

波長変換効率は格段に改善される。１例では１５％にお
よぶエネルギー変換効率を実現することができる。

次に本発明の特長をより一層明らかにするため９本発明
の原理について説明する。　１第２図は３価のエルビウ
ムイオンのエネルギー準位図であり、縦軸は波数の単位
で目盛をつけたものである。０８２μｍの赤外光が入射
すればａで示す遷移が起り、ｂの励起準位に達する。

もしエルビウムイオンの濃度が高ければ励起エネルギー
は隣接のエルビウムイーオン１７ｉ：伝達され。

このようにして結晶中を励起エネルギーが移動する。し
かも隣接のエルビウムイオンがともにｂに示す励起状態
にある々き、双方のイオン間でエネルギーの授受がおこ
り、たまたまｃ（！−ｄで示すエネルギー準位間の間隔
がほとんど等しいところから、一部のエルビウムイオン
が緑色発光準位であるｅの準位に上げられ、かくして強
い緑色の発光が観察される。赤色発光はこれよりやや複
雑な機構によって引起されるものと考えられる。

かかる波長変換装置の用途としては、たとえば半導体レ
ーザの制御性と短波長発光の利点を活かしてレーザ・プ
リンタがまず第１に考えら一／ れるが、その他ディスプレイや情報処理関係の多くの分
野に用途を有している。ただし時間応答が１０ｍ５ｅｃ
あるいはそれ以上と長いために。

高速を要する目的たとえばフライング・スポット・スキ
ャナ等ＶＣ（ｌ−ｔあまり適合しない。

このような赤外可視波長変換装置を使用することによっ
て、従来考えられていた短波長発振半導体レーザを使用
した場合よりはるかに寿命と体軸性が向上し、しかも短
波長の発光が得らたる。もとよりこのようにして得られ
る発光は。

輝度の点において発光ダイオードによっては到底実現し
得ないものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の模式図、第２図は本発明の
赤外可視波長変換素子に用いられる６価のエルビウムイ
オンのエネルギー準位を波数１　の尺度であられした図
である。 記号の説明：１と２は半導体レーザ、３は半導体レーザ
アレイ、４は出力光、５はセルフオツクレ／ズ、６は容
器、７はＢａＹ　ｊ　４　Ｅｒ０６　Ｆ５の結晶小片、
８は励起光入射用小孔、９ば２色性フィルタ、ａは０．
８２μｍ光による励起に対する遷移、ｂはａに対応する
励起状態、４、Ｃとｄｆｌ可能な遷移、ｅは緑色発光準
位をそれぞれあられしている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．７フ化物であるＹＦ３　　ＢａＹ２　ＦＢ　　Ｎａ
   ＹＦ４あるいｈ　ＬａＦ３　ｔ−基体とし、全カチオン
   の５ないし２０原子チの３価のＥｒイオンを含有せしめ
   たお質を波長変換材料とし、　０．８２μｍ付近の波長
   を有する赤外光の励起によって非干渉性の可視光を発光
   する赤外可視波長変換素子。 ２、０．８２μｍ付近の赤外光の発光源がＧａＡｔＡｓ
   を素材とする半導体レーザであるような特許請求の範囲
   °１゛の赤外可視波長変換素子。 ３．７フ化物であるＹＦ３．ＢａＹ２Ｆ８．ＮａＹＦ４
   あるいＩｄＬａＦ５を基体とし、全カチオンの５ないし
   ２０原子チの３価のＥｒイオンを含有せしめた物質を波
   長変換材料とし、　０．８２μｍ付近の波長を有する赤
   外光の励起によって非干渉性の可視光を発光する赤外可
   視波長変換素子を、内面に反射性を持たせた壁の２個所
   に前記赤外光を入射させる窓および少なくとも前記赤外
   光に対しては反射性であるが前記可視光に対しては透過
   性である２色性フィルタ窓を設けた容器内に、前８己２
   色性フィルタ窓の側から前記発光した可視光が見えるよ
   うに収容して成る赤外可視波長変換装置。