JP2007058191A - 波長変換素子、波長変換装置ならびに波長変換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 バルクタイプの波長変換素子では変換効率が低く、変換効率が高い導波路タイプではハイパワー化に問題があった。変換効率を高めるために素子長を長くすると、構成条件が難しくなり、共振器型は波長に合わせて共振器長を調整しなければならないなど多くの問題があり、波長変換素子自体の改善には多くの努力が払われていたが、変換効率が高く、ハイパワー光源としても適した波長変換素子が得られていなかった。
【解決手段】 波長変換素子自体の改善に加えて従来あまり問題視されていなかった集光光学系による入射光の集光の仕方を、光路の中間点に集光すること、入射した信号光ビームの体積を最小にするように集光条件を管理することにより、波長変換効率を一層高めて、構造が簡単で、ハイパワー光源としても使用できる光源を安価に提供できるようにした。
【選択図】 図７

Description

本発明において、後述の波長変換素子本体に入射された第１の波長λ１の光（赤外光など可視光以外の光も含む、以下同様）から前記第１の波長λ１とは異なる波長である第２の波長λ２の光への波長変換を行うことができる素子自体を波長変換素子本体ともいい、前記波長変換素子本体に光学系等を配置したものや前記波長変換素子本体等をケース等に実装したものを波長変換素子ともいう。また、波長変換素子を有する装置を波長変換装置というが、構成の様子によって波長変換装置は波長変換素子と実質的に同じ場合もある。

本発明は第１の波長λ１を有する光を波長変換素子本体に入射させ、前記第１の波長λ１とは異なる第２の波長λ２の光を前記波長変換素子本体から出力させることができる波長変換素子本体を有する波長変換素子あるいはそれを用いた波長変換装置ならびに波長変換方法に関する。

コヒーレント光源は光通信分野のみならず、医療分野や顕微鏡などの計測分野などにおいても欠かせないものとなっている。そして、コヒーレント光の波長も、たとえば医療分野においてはその目的によって種々の波長が使われており、さらに広く使われようとしている。

コヒーレント光の光源としては、半導体レーザーをはじめ各種のレーザー発振器が知られているが、波長によっては、レーザー発振器から直接得られないものがある。その場合、必要な波長を得るために、たとえば非線形波長変換が用いられている。

たとえば、ＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＬｉＮｂＯ３）やＰＰＫＴＰ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＫＴｉＯＰＯ４）などの分極反転素子の疑似位相整合による波長変換は、波長変換効率が比較的高く、１μｍ帯から５００ｎｍ付近の可視光帯へのＳＨＧ波長変換等で広く利用されている。

短波長のコヒーレント光を得る波長変換方法や波長変換素子については多くの提案がなされている。

特開２００２−９９００９（以下、特許文献１ともいう）の図１２，図２０，図２４、特開２００２−２５０９５０（以下、特許文献２ともいう）の図１２，図２０，図２４、特開２００３−２９５２４２（以下、特許文献３ともいう）の図１２，図２０，図２４、には、レーザ光源からの光をレンズにより集光して波長変換素子に入射させて波長変換を行うことが記載されている。

特許文献１〜３は同一出願人による出願で、共通部分が多く、いずれも特願平６−２０６７４８と特願平６−３０７４１０を優先権主張した出願である。

図９は特許文献１の図２０に記載されている波長変換素子で、符号１１００は波長変換素子、２０９はＭｇＯなどをドープした厚さ０．２ｍｍのＬｉＴａＯ３基板に形成された分極反転領域、２１８は基板を１００ｎｍエッチングして形成された溝（均一な分極反転領域を形成するのに効果有りと記載されている）、２１９は反射防止膜、２２１はレーザ、２２２は集光光学系、２２３は基本波、２２４は第２高調波、２２５は入射面、２２６は出射面である。

特許文献１の段落０２８９には、図９で、レーザ２２１から出た基本波２２３を集光光学系２２２で波長変換素子１１００の入射面２２５に集光して入射させ、波長変換素子１１００内を伝搬させて波長変換を行い、基本波２２３の半分の波長を有する第２高調波２２４として出射面２２６から出射させる旨が記載されている。

図１０は特許文献１の図１２に記載されている波長変換素子で、基板２０１に形成された周期状分極反転領域２０９をそのままバルク状態で利用して、半導体レーザ２２１の光（基本波）２２３を集光光学系２２２を介して入射させ、基板２０１の両端面の反射膜２１４（反射膜２１４は波長８００ｎｍの基本波を９０％以上反射する）で多重反射させ、基板２０１の内部で共振させて高効率で第２高調波２２４に変換して出力することが記載されている。

図９の場合も、図１０の場合も、集光光学系２２２による入射光の集光の詳細については、特に重要な問題とはされていないようで、文章では記載していないが、図においてはいずれも入射面に集光しているように受け取れる図になっている。

特開２００４−２８００１９（以下、特許文献４ともいう）の図１には、本発明の明細書に図１１として示した光パラメトリック発振器が記載されている。図１１では、励起光源共振器１０１からの励起光パルス列はレンズ１０４により非線形結晶１０６中に結焦され、非線形結晶１０６でシグナル光とアイドラ光を生成し、アイドラ光は集光鏡１０７を透過して共振器外へとり出され、シグナル光は集光鏡１０７で反射されて近似的平行光とされ、端面鏡１０８を経て、出力結合鏡１０９に達し、その一部が出力結合鏡１０９で出力として取り出された残りのシグナル光は集光鏡１０５に達し、その後、集光鏡１０５−非線形結晶１０６−集光鏡１０７−端面鏡１０８−出力結合鏡１０９−集光鏡１０５−・・の共振器を周回し続ける。この周回中、上記のように、シグナル光が出力結合鏡１０９に達した際に、その一部が出力として取り出される。シグナル光が共振器を３／２周回した時点で、次の励起光パルスが非線形結晶１０６に入射し、その結果、共振器内に別のシグナル光が生成される。

分極反転波長変換素子には、バルクタイプのものと導波路タイプのものがある。

バルクタイプのものは、特許文献１〜３のように入力光（入射光）をレンズで集光して素子に入力させ、そのビーム伝搬のプロファイルに応じた光密度の条件で波長変換が行われる。

導波路タイプのものは、入力光をレンズ等で素子の導波路に結合させ、その導波路モード径に応じた光密度の条件で波長変換が行われる。

両タイプとも、素子長が長くなると、入力光との相互作用長が長くなり、変換効率が高まるが、導波路タイプのものは光密度が素子長に関係なく一定であるのに対し、バルクタイプのものは素子長が長くなると最適な集光径が大きくなり、光密度が小さくなる。このため、基本的に、導波路タイプのものは素子長の２乗に比例して変換効率が高まるが、バルクタイプのものは素子長の１乗に比例して変換効率が高まるといわれている。

導波路タイプのものの方が変換効率が高いが、入出力のパワーがワット（Ｗ）レベルの場合には光密度が大きくなりすぎ、素子にダメージを与えるなどの問題を生じる場合があり、高出力の応用ではバルクタイプのものも多く利用されている。

従来用いられているバルクタイプの分極反転素子の疑似位相整合を利用した波長変換においては、図１２に示したように、波長変換素子２００の分極反転領域を形成した分極反転素子２１１に、入射光２０４を反射防止膜２０２を配置した入力端部から入射させ、入射光２０５を分極反転素子２１１中を通過させて波長変換を行い、分極反転素子２１１の反射防止膜２０３を配置した出力端部から、波長変換された出力光２０６として出射させている。

ＰＰＬＮやＰＰＫＴＰなどの分極反転素子によるＳＨＧ波長変換の場合でも、１μｍ帯の入力光が〜１Ｗレベルの連続光（ＣＷ光）の場合、５００ｎｍ帯への変換効率は数％で、大部分の入力光は変換されないまま分極反転素子を透過してしまう。

変換効率を高めるために、素子中での光密度を高めることができる導波路タイプの分極反転素子が利用される場合があるが、出力光のビーム品質が劣化する問題や、前述したように入力が〜１Ｗレベルのハイパワーでは、光密度が高くなりすぎて、素子にダメージを与えるなどの問題がある。

素子長を長くして変換効率を高める方法も提案されているが、変換効率に波長特性があり、素子長が長くなるほど波長許容範囲が狭くなるため、入力光の波長条件が厳しくなる。
波長許容範囲Δλと素子長Ｌの間に、Δλ×Ｌ＝一定という関係がある。また、素子長が長くなると、素子全体にわたって均質な分極反転構造を形成することも難しくなる。

特開平１０−２６０４３８（以下、特許文献５ともいう）には、素子の寸法を小さいままにして、素子の端部でそこに到達した信号光を折り返して素子に再入射させて波長変換を行い、素子の実効長を長くすることも提案されていたが、あまりよいとは考えられていなかったようで、実用化に向けた細部の重要な詰めがなされていなかった。

共振器を構成して、入力光をその中に閉じこめた状態をつくり、実効的に変換効率を高める方法も利用されており、変換効率が通常の構成に比べて数十倍になる場合もあるが、入力光の波長に合わせて共振器の共振周波数を制御する必要があり、離調成分の検出とそのフィードバック制御等が必要になる。

波長変換素子に入射光を入射させるときの集光方法に関しては、導波路タイプの波長変換素子の場合には、その入射面に集光させて入射させる。バルクタイプの波長変換素子の場合には、特許文献１〜３にみられるように、入射光を集光光学系で素子の入射面に集光させることが記載されているが、集光方法に関しては特に重要な問題とは考えられていないためか、それ以上の詳細な記述がない。

特開２００２−９９００９ 特開２００２−２５０９５０ 特開２００３−２９５２４２ 特開２００４−２８００１９ 特開平１０−２６０４３８

以上説明したように、各利用分野で、簡単な構造で、変換効率が高く、高光出力が可能で、安価な波長変換装置、波長変換方法の実現が強く望まれているが、分極反転領域を有するバルクタイプの波長変換素子による波長変換は変換効率が低く、変換効率が比較的高い導波路タイプのものによる波長変換ではハイパワー化に問題がある。変換効率を高めるために素子長を長くすると、構成条件が難しくなり、共振器型は波長に合わせて共振器長を調整しなければならない。

波長変換素子に関して、波長変換効率を高めるための種々の改善が試みられているが、特にハイパワー応用で、実用に適した波長変換素子が得られないのが現状である。

ハイパワー応用向けに、分極反転領域を有する複数のバルクタイプの波長変換素子を集光光学系を用いて光路に沿って直列に接続して波長変換装置を構成することにより、変換効率を高めることが考えられる。

しかし、簡単な構造で、変換効率が高く、高光出力が可能で、安価な波長変換装置、波長変換方法の実現はまだなされていない。

前記のように、波長変換素子自体の改善には大きな関心が払われているが、波長変換を行なう波長変換素子に被変換光を入射させる集光光学系についてはあまり重要視されていないのが現状といえる。

本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、本発明の目的の一つは、波長変換素子に被変換光を入射させる集光光学系のあり方を改善して、簡単な構成で、波長変換効率を一層高めた、高光出力が可能な波長変換装置と波長変換方法を提供することにある。

本発明は前記の課題を解決せんとしてなされたものである。

前記課題を解決する手段として本発明で用いている技術の基本思想の特筆すべき特徴は、従来は波長変換を施される信号光を波長変換素子に入射させる時の集光光学系を、波長変換素子の入射面に集光させるようにしていたり、その部分をあまり厳密に管理していなかったりしていたものを、本発明においては、後述のように、集光光学系による波長変換素子への入射光の集光の仕方を特に好ましい状態に管理して、良質な、高出力の波長変換光を得ることができるようにしたところにある。

以下、課題を解決するためになした本発明についてさらに具体的に説明する。

本発明において、後述の波長変換素子本体に入射される入射光に含まれる第１の波長λ１の光を第１の波長λ１とは異なる波長である第２の波長λ２の光へ波長変換を行うことができる素子自体を波長変換素子本体ということにし、波長変換素子本体へ入射光を入射させる波長変換素子本体の端部を入射端部と定義し、入射光が波長変換素子本体に入射して前記波長変換素子本体内を第１の波長λ１の光から第２の波長λ２の光への波長変換を受けながら進行して第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光として到達する前記波長変換素子本体の前記入射端部とは異なる端部もしくは前記端部近傍を波長変換素子本体の到達端部と定義し、前記到達端部のうちでそこに前記波長変換を受けて到達した光を出射光として取り出す端部もしくは前記端部近傍を波長変換素子本体の出射端部と定義し、波長変換素子本体に入射される前の第１の波長λ１の光を含む入射光と前記入射光が波長変換素子本体に入射され波長変換を施されながら波長変換素子本体内を進行する第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含む入射光と波長変換素子本体に入射された前記入射光が波長変換素子本体内を進行して波長変換を施されて波長変換素子本体から出射した出射光のそれぞれをあるいはそれらを総称して信号光ともいい、波長変換素子本体に光学系等を配置したものや波長変換素子本体等をケース等に実装したものを波長変換素子ということにし、ともいうことにする。また、本発明においては、説明の都合上、波長変換素子本体と波長変換素子を区別しているような表現をとっているが、商業上においては、波長変換素子本体の外部に集光光学系を配置して用い、本発明の波長変換素子の効果を発揮させることが出きることは明らかなので、波長変換素子本体のみの場合にも、波長変換素子本体に反射膜等をつけたものに関して等、それらを本発明の波長変換素子に含めるものとする。

本発明の例としての第１の発明（以下、発明１ともいう）による波長変換装置は、前記波長変換素子を少なくとも２つ用いた波長変換装置で、前記波長変換装置は、波長変換を施される信号光ビームの光路においてレンズ（以下、接続レンズともいう）を介して直列に接続されている少なくとも２つの波長変換素子を有する波長変換光回路部を少なくとも１つ有しており、前記波長変換装置の少なくとも１つの前記波長変換光回路部は、前記接続レンズを介して直列に接続されている２つの波長変換素子のうちの一方の波長変換素子（以下、第１の波長変換素子ともいう）の出射端部と他方の波長変換素子（以下、第２の波長変換素子ともいう）の入射端部の間の前記接続レンズを通る光路を含む信号光ビームの光路を接続レンズ光路ともいうことにして、前記第１の波長変換素子から出射した信号光ビームが、前記接続レンズ光路を通り前記接続レンズによって前記第２の波長変換素子の所定位置に集光されるように前記第２の波長変換素子に入射するように構成されており、前記第２の波長変換素子の前記所定位置は、前記第２の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる反射体が配置されているが前記反射体と前記第２の波長変換素子の端部の間の光路に集光レンズ（以下、再入射レンズともいう）が配置されていない場合には入射端部と出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であり、前記第２の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に反射体も再入射レンズも配置されていない場合には入射端部と出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であり、前記第２の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間の光路に反射体と再入射レンズが配置されている場合には入射端部と前記再入射レンズの直前の到達端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明１を展開した第２の発明（以下、発明２ともいう）による波長変換装置は、発明１に記載の波長変換装置において、前記波長変換装置の少なくとも１つの前記波長変換光回路部における前記第１の波長変換素子に入射される入射光ビームは、前記第１の波長変換素子の所定位置に集光されるように前記第１の波長変換素子に入射するように構成されており、前記第１の波長変換素子の前記所定位置は、前記第１の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる前記反射体が配置されているが前記反射体と前記第１の波長変換素子の端部の間の光路に再入射レンズが配置されていない場合には入射端部と出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であり、前記第１の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に前記反射体も再入射レンズも配置されていない場合には入射端部と出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であり、前記第１の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間の光路に前記反射体と再入射レンズが配置されている場合には入射端部と前記再入射レンズの直前の到達端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明１、発明２を展開した第３の発明（以下、発明３ともいう）による波長変換装置は、発明１または２に記載の波長変換装置において、少なくとも１つの波長変換素子は、少なくとも１つの再入射レンズを有しており、前記再入射レンズを通り当該波長変換素子に再入射する信号光ビームが、前記再入射レンズによって当該波長変換素子の所定位置に集光されるように当該波長変換素子に再入射するように構成されており、当該波長変換素子の前記所定位置は、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる反射体が配置されているが前記反射体と当該波長変換素子本体の間の光路に当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と当該波長変換素子本体の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に反射体も当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズも配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間の光路に反射体と当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されている場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と前記他の再入射レンズの直前の到達端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明１〜３を展開した第４の発明（以下、発明４ともいう）による波長変換装置は、発明１〜３に記載の波長変換装置において、前記波長変換装置の少なくとも１つの前記波長変換光回路部は、前記接続レンズを中心にして、前記接続レンズ光路の一方の側に前記第１の波長変換素子が配置されており、前記接続レンズ光路の他方の側に前記第２の波長変換素子が配置されており、前記第１の波長変換素子と第２の波長変換素子のうちの一方の波長変換素子から出射した信号光ビームが、前記接続レンズを通り前記接続レンズによって他方の波長変換素子の所定位置に集光されるように前記他方の波長変換素子に入射するように構成されており、前記他方の波長変換素子の前記所定位置は、前記他方の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる前記反射体が配置されているが前記反射体と前記他方の波長変換素子の端部の間の光路に再入射レンズが配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記他方の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に前記反射体も再入射レンズも配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記他方の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間の光路に反射体と再入射レンズが配置されている場合には入射端部と前記再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明４を展開した第５の発明（以下、発明５ともいう）による波長変換装置は、発明４に記載の波長変換装置において、前記一方の波長変換素子に入射する入射光ビームが、前記一方の波長変換素子の所定位置に集光されるように前記一方の波長変換素子に入射するように構成されており、前記一方の波長変換素子の前記所定位置は、前記一方の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる前記反射体が配置されているが前記反射体と前記一方の波長変換素子の端部の間の光路に再入射レンズが配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記一方の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に前記反射体も再入射レンズも配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記一方の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間の光路に再入射レンズが配置されている場合には入射端部と前記再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明４または５を展開した第６の発明（以下、発明６ともいう）による波長変換装置は、発明４または５に記載の波長変換装置において、少なくとも１つの波長変換素子は、少なくとも１つの再入射レンズを有しており、前記再入射レンズを通り当該波長変換素子に再入射する信号光ビームが、前記再入射レンズによって当該波長変換素子の所定位置に集光されるように当該波長変換素子に再入射するように構成されており、当該波長変換素子の前記所定位置は、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の前記再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる反射体が配置されているが前記反射体と当該波長変換素子本体の間の光路に当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と当該波長変換素子本体の出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に反射体も当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズも配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間の光路に反射体と当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されている場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と前記他の再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明１〜６を展開した第７の発明（以下、発明７ともいう）による波長変換装置は、発明１〜６に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の前記入射端部になる表面とそれと反対側の表面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明１〜７を展開した第８の発明（以下、発明８ともいう）による波長変換装置は、発明１〜７に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体が分極反転領域を有する分極反転素子であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明８を展開した第９の発明（以下、発明９ともいう）による波長変換装置は、発明８に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の表面と分極反転領域の境界面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明８または９を展開した第１０の発明（以下、発明１０ともいう）による波長変換装置は、発明８または９に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の複数の分極反転領域の境界面同志が１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明８〜１０を展開した第１１の発明（以下、発明１１ともいう）による波長変換装置は、発明８〜１０に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の分極反転領域の幅が、前記波長変換素子本体に最初に入射した入射光の光路に直交する方向でかつ前記光路とその次の再入射光の光路を含む面における幅において少なくとも２ｍｍあることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明８〜１１を展開した第１２の発明（以下、発明１２ともいう）による波長変換装置は、発明８〜１１に記載の波長変換装置において、前記分極反転素子がＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＬｉＮｂＯ３）あるいはＰＰＬＴ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＬｉＴａＯ３）あるいはＰＰＫＴＰ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＫＴｉＯＰＯ４）であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明１〜１２を展開した第１３の発明（以下、発明１３ともいう）による波長変換装置は、発明１〜１２に記載の波長変換装置において、前記反射体が特定の波長の光の少なくとも一部を透過することが出きる機能素子であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明１３を展開した第１４の発明（以下、発明１４ともいう）による波長変換装置は、発明１３に記載の波長変換装置において、前記反射体の第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光のいずれか一方または双方に対する反射率が９９．８％以上であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明８〜１４を展開した第１５の発明（以下、発明１５ともいう）による波長変換装置は、発明１〜１４に記載の波長変換装置において、前記接続レンズが複数個あることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明１〜１５を展開した第１６の発明（以下、発明１６ともいう）による波長変換装置は、発明１〜１５に記載の波長変換装置において、信号光ビームの光路上における前記接続レンズの位置と前記光路に対する角度の少なくとも一方を変える手段を有していることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明８〜１６を展開した第１７の発明（以下、発明１７ともいう）による波長変換装置は、発明１〜１６に記載の波長変換装置において、少なくとも２つの前記再入射レンズが一体に構成されていることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明１〜１７を展開した第１８の発明（以下、発明１８ともいう）による波長変換装置は、発明１〜１７に記載の波長変換装置において、２つの波長変換素子の間に前記接続レンズが複数個あることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明１〜１８を展開した第１９の発明（以下、発明１９ともいう）による波長変換装置は、発明１〜１８に記載の波長変換装置において、前記波長変換装置の少なくとも１つの前記波長変換光回路部は、前記波長変換光回路部を構成する前記接続レンズの一方の側に前記第１の波長変換素子と前記第２の波長変換素子が配置されており、前記接続レンズの他方の側に前記接続レンズ光路を進行する信号光ビームの光路を変えることができる反射体などの信号光光路変更手段が設けられており、前記接続レンズを通る信号光ビームはその少なくとも一部が前記信号光光路変更手段によって光路を折り変えされて、その光路が前記第１の波長変換素子と第２の波長変換素子のうちの一方の波長変換素子から出射した信号光ビームが他方の波長変換素子に入射するように折り返されていることを特徴とする波長変換装置である。前記信号光光路変更手段としては光路変更プリズム、コーナーキューブ、見開き状のミラーなど従来の光学要素を広く用いることができる。

本発明の例としての第２０の発明（以下、発明２０ともいう）による波長変換装置は、波長変換素子を少なくとも１つ用いた波長変換装置で、前記波長変換素子に入射される入射光ビームは、前記波長変換素子の所定位置に集光されるように前記波長変換素子に入射するように構成されており、前記波長変換素子の前記所定位置は、前記波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる前記反射体が配置されているが前記反射体と前記波長変換素子の端部の間の光路に集光レンズ（以下、再入射レンズともいう）が配置されていない場合には入射端部と出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であり、前記波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に前記反射体も再入射レンズも配置されていない場合には入射端部と出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であり、前記波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間の光路に前記反射体と再入射レンズが配置されている場合には入射端部と前記再入射レンズの直前の到達端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明２０を展開した第２１の発明（以下、発明２１ともいう）による波長変換装置は、発明２０に記載の波長変換装置において、少なくとも１つの波長変換素子は、少なくとも１つの再入射レンズを有しており、前記再入射レンズを通り当該波長変換素子に再入射する信号光ビームが、前記再入射レンズによって当該波長変換素子の所定位置に集光されるように当該波長変換素子に再入射するように構成されており、当該波長変換素子の前記所定位置は、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる反射体が配置されているが前記反射体と当該波長変換素子本体の間の光路に当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と当該波長変換素子本体の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に反射体も当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズも配置されていない場合には当該再入射レンズと出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズの直後の再入射端部と当該波長変換素子本体の出射端部の間の光路に反射体と当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されている場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と前記他の再入射レンズの直前の到達端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明２０または２１を展開した第２２の発明（以下、発明２２ともいう）による波長変換装置は、発明２０または２１に記載の波長変換装置において、前記一方の波長変換素子に入射する入射光ビームが、前記一方の波長変換素子の所定位置に集光されるように前記一方の波長変換素子に入射するように構成されており、前記一方の波長変換素子の前記所定位置は、前記一方の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる前記反射体が配置されているが前記反射体と前記一方の波長変換素子の端部の間の光路に再入射レンズが配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記一方の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に前記反射体も再入射レンズも配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記一方の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間の光路に再入射レンズが配置されている場合には入射端部と前記再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明２０〜２２を展開した第２３の発明（以下、発明２３ともいう）による波長変換装置は、発明２０〜２２に記載の波長変換装置において、少なくとも１つの波長変換素子は、少なくとも１つの再入射レンズを有しており、前記再入射レンズを通り当該波長変換素子に再入射する信号光ビームが、前記再入射レンズによって当該波長変換素子の所定位置に集光されるように当該波長変換素子に再入射するように構成されており、当該波長変換素子の前記所定位置は、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の前記再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる反射体が配置されているが前記反射体と当該波長変換素子本体の間の光路に当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と当該波長変換素子本体の出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に反射体も当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズも配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間の光路に反射体と当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されている場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と前記他の再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明２０〜２３を展開した第２４の発明（以下、発明２４ともいう）による波長変換装置は、発明２０〜２３に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の前記入射端部になる表面とそれと反対側の表面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明２０〜２４を展開した第２５の発明（以下、発明２５ともいう）による波長変換装置は、発明２０〜２４に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体が分極反転領域を有する分極反転素子であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明２５を展開した第２６の発明（以下、発明２６ともいう）による波長変換装置は、発明２５に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の表面と分極反転領域の境界面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明２５または２６を展開した第２７の発明（以下、発明２７ともいう）による波長変換装置は、発明２５または２６に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の複数の分極反転領域の境界面同志が１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明２５〜２７を展開した第２８の発明（以下、発明２８ともいう）による波長変換装置は、発明２５〜２７に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の分極反転領域の幅が、前記波長変換素子本体に最初に入射した入射光の光路に直交する方向でかつ前記光路とその次の再入射光の光路を含む面における幅において少なくとも２ｍｍあることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明２５〜２８を展開した第２９の発明（以下、発明２９ともいう）による波長変換装置は、発明２５〜２８に記載の波長変換装置において、前記分極反転素子がＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＬｉＮｂＯ３）あるいはＰＰＬＴ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＬｉＴａＯ３）あるいはＰＰＫＴＰ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＫＴｉＯＰＯ４）であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明２０〜２９を展開した第３０の発明（以下、発明３０ともいう）による波長変換装置は、発明２０〜２９のいずれか１項に記載の波長変換装置において、前記反射体が特定の波長の光の少なくとも一部を透過することが出きる機能素子であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明３０を展開した第３１の発明（以下、発明３１ともいう）による波長変換装置は、発明３０に記載の波長変換装置において、前記反射体の第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光のいずれか一方または双方に対する反射率が９９．８％以上であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明２０〜３１を展開した第３２の発明（以下、発明３２ともいう）による波長変換装置は、発明２０〜３１に記載の波長変換装置において、少なくとも２つの前記再入射レンズが一体に構成されていることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明２０〜３２を展開した第３３の発明（以下、発明３３ともいう）による波長変換装置は、発明２０〜３２に記載の波長変換装置において、信号光ビームの光路上における前記接続レンズの位置と前記光路に対する角度の少なくとも一方を変える手段を有していることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の例としての第３４の発明（以下、発明３４ともいう）による波長変換装置は波長変換素子を少なくとも２つ用いた波長変換装置で、前記波長変換装置は、波長変換を施される信号光ビームの光路においてレンズ（以下、接続レンズともいう）を介して直列に接続されている少なくとも２つの波長変換素子を有する波長変換光回路部を少なくとも１つ有しており、前記波長変換装置の少なくとも１つの前記波長変換光回路部は、前記接続レンズを介して直列に接続されている２つの波長変換素子のうちの一方の波長変換素子（以下、第１の波長変換素子ともいう）の出射端部と他方の波長変換素子（以下、第２の波長変換素子ともいう）の入射端部の間の前記接続レンズを通る光路を含む信号光ビームの光路を接続レンズ光路ともいうことにして、前記第１の波長変換素子から出射した信号光ビームが、前記接続レンズ光路を通り前記接続レンズによって前記第２の波長変換素子の所定位置に集光されるように前記第２の波長変換素子に入射するように構成されており、前記第２の波長変換素子の前記所定位置は、前記第２の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる前記反射体が配置されているが前記反射体と前記第２の波長変換素子の端部の間の光路に集光レンズ（以下、再入射レンズともいう）が配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記第２の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に前記反射体も再入射レンズも配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記第２の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間の光路に再入射レンズが配置されている場合には入射端部と前記再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明３４を展開した第３５の発明（以下、発明３５ともいう）による波長変換装置は、発明３４に記載の波長変換装置において、前記第１の波長変換素子に入射する入射光ビームが、前記一方の波長変換素子の所定位置に集光されるように前記一方の波長変換素子に入射するように構成されており、前記一方の波長変換素子の前記所定位置は、前記一方の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる前記反射体が配置されているが前記反射体と前記一方の波長変換素子の端部の間の光路に再入射レンズが配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記一方の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に前記反射体も再入射レンズも配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記一方の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間の光路に再入射レンズが配置されている場合には入射端部と前記再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明３４または３５を展開した第３６の発明（以下、発明３６ともいう）による波長変換装置は、発明３４または３５に記載の波長変換装置において、少なくとも１つの波長変換素子は、少なくとも１つの再入射レンズを有しており、前記再入射レンズを通り当該波長変換素子に再入射する信号光ビームが、前記再入射レンズによって当該波長変換素子の所定位置に集光されるように当該波長変換素子に再入射するように構成されており、当該波長変換素子の前記所定位置は、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる反射体が配置されているが前記反射体と当該波長変換素子本体の間の光路に当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と当該波長変換素子本体の出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に反射体も当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズも配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間の光路に反射体と当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されている場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と前記他の再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明３４〜３６を展開した第３７の発明（以下、発明３７ともいう）による波長変換装置は、発明３４〜３６に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の前記入射端部になる表面とそれと反対側の表面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明３４〜３７を展開した第３８の発明（以下、発明３８ともいう）による波長変換装置は、発明３４〜３７に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体が分極反転領域を有する分極反転素子であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明３８を展開した第３９の発明（以下、発明３９ともいう）による波長変換装置は、発明３８に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の表面と分極反転領域の境界面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明３８または３９を展開した第４０の発明（以下、発明４０ともいう）による波長変換装置は、発明３８または３９に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の複数の分極反転領域の境界面同志が１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明３８〜４０を展開した第４１の発明（以下、発明４１ともいう）による波長変換装置は、発明３８〜４０に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の分極反転領域の幅が、前記波長変換素子本体に最初に入射した入射光の光路に直交する方向でかつ前記光路とその次の再入射光の光路を含む面における幅において少なくとも２ｍｍあることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明３８〜４１を展開した第４２の発明（以下、発明４２ともいう）による波長変換装置は、発明３８〜４１に記載の波長変換装置において、前記分極反転素子がＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＬｉＮｂＯ３）あるいはＰＰＬＴ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＬｉＴａＯ３）あるいはＰＰＫＴＰ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＫＴｉＯＰＯ４）であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明３４〜４２を展開した第４３の発明（以下、発明４３ともいう）による波長変換装置は、発明３４〜４２に記載の波長変換装置において、前記反射体が特定の波長の光の少なくとも一部を透過することが出きる機能素子であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明４３を展開した第４４の発明（以下、発明４４ともいう）による波長変換装置は、発明４３に記載の波長変換装置において、前記反射体の第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光のいずれか一方または双方に対する反射率が９９．８％以上であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明３４〜４４を展開した第４５の発明（以下、発明４５ともいう）による波長変換装置は、発明３４〜４４に記載の波長変換装置において、少なくとも２つの前記再入射レンズが一体に構成されていることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明３４〜４５を展開した第４６の発明（以下、発明４６ともいう）による波長変換装置は、発明３４〜４５に記載の波長変換装置において、２つの波長変換素子の間に前記接続レンズが複数個あることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明３４〜４６を展開した第４７の発明（以下、発明４７ともいう）による波長変換装置は、発明３４〜４６に記載の波長変換装置において、信号光ビームの光路上における前記接続レンズの位置と前記光路に対する角度の少なくとも一方を変える手段を有していることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明３４〜４７を展開した第４８の発明（以下、発明４８ともいう）による波長変換装置は、発明３４〜４７に記載の波長変換装置において、前記波長変換装置の少なくとも１つの前記波長変換光回路部は、前記波長変換光回路部を構成する前記接続レンズの一方の側に前記第１の波長変換素子と前記第２の波長変換素子が配置されており、前記接続レンズの他方の側に前記接続レンズ光路を進行する信号光ビームの光路を変えることができる反射体などの信号光光路変更手段が設けられており、前記接続レンズを通る信号光ビームはその少なくとも一部が前記信号光光路変更手段によって光路を折り変えされて、その光路が前記第１の波長変換素子と第２の波長変換素子のうちの一方の波長変換素子から出射した信号光ビームが他方の波長変換素子に入射するように折り返されていることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の例としての第４９の発明（以下、発明４９ともいう）による波長変換装置は波長変換素子を少なくとも１つ用いた波長変換装置で、前記波長変換素子に入射される入射光ビームは、前記波長変換素子の所定位置に集光されるように前記波長変換素子に入射するように構成されており、前記波長変換素子の前記所定位置は、前記波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる前記反射体が配置されているが前記反射体と前記波長変換素子の端部の間の光路に集光レンズ（以下、再入射レンズともいう）が配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に前記反射体も再入射レンズも配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間の光路に再入射レンズが配置されている場合には入射端部と前記再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明４９を展開した第５０の発明（以下、発明５０ともいう）による波長変換装置は、発明４９に記載の波長変換装置において、少なくとも１つの波長変換素子は、少なくとも１つの再入射レンズを有しており、前記再入射レンズを通り当該波長変換素子に再入射する信号光ビームが、前記再入射レンズによって当該波長変換素子の所定位置に集光されるように当該波長変換素子に再入射するように構成されており、当該波長変換素子の前記所定位置は、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる反射体が配置されているが前記反射体と当該波長変換素子本体の間の光路に再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズの直後の再入射端部と当該波長変換素子本体の出射端部の間に反射体も再入射レンズとは別の他の再入射レンズも配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間の光路に反射体と当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されている場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と前記他の再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明４９または５０を展開した第５１の発明（以下、発明５１ともいう）による波長変換装置は、発明４９または５０に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の前記入射端部になる表面とそれと反対側の表面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明４９〜５１を展開した第５２の発明（以下、発明５２ともいう）による波長変換装置は、発明４９〜５１のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体が分極反転領域を有する分極反転素子であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明５２を展開した第５３の発明（以下、発明５３ともいう）による波長変換装置は、発明５２に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の表面と分極反転領域の境界面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明５２または５３を展開した第５４の発明（以下、発明５４ともいう）による波長変換装置は、発明５２または５３に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の複数の分極反転領域の境界面同志が１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明５２〜５４を展開した第５５の発明（以下、発明５５ともいう）による波長変換装置は、発明５２〜５４に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の分極反転領域の幅が、前記波長変換素子本体に最初に入射した入射光の光路に直交する方向でかつ前記光路とその次の再入射光の光路を含む面における幅において少なくとも２ｍｍあることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明５２〜５５を展開した第５６の発明（以下、発明５６ともいう）による波長変換装置は、発明５２〜５５に記載の波長変換装置において、前記分極反転素子がＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＬｉＮｂＯ３）あるいはＰＰＬＴ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＬｉＴａＯ３）あるいはＰＰＫＴＰ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＫＴｉＯＰＯ４）であることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明４９〜５６を展開した第５７の発明（以下、発明５７ともいう）による波長変換装置は、発明４９〜５６に記載の波長変換装置において、少なくとも２つの前記再入射レンズが一体に構成されていることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の前記発明４９〜５７を展開した第５８の発明（以下、発明５８ともいう）による波長変換装置は、発明４９〜５７に記載の波長変換装置において、信号光ビームの光路上における前記接続レンズの位置と前記光路に対する角度の少なくとも一方を変える手段を有していることを特徴とする波長変換装置である。

本発明の例としての第５９の発明（以下、発明５９ともいう）による波長変換方法は前記波長変換素子を少なくとも２つ用いて信号光の波長を変換する波長変換方法で、前記波長変換方法は、波長変換を施される信号光ビームの光路においてレンズ（以下、接続レンズともいう）を介して直列に接続されている少なくとも２つの波長変換素子を用いており、前記接続レンズを介して直列に接続されている２つの波長変換素子のうちの一方の波長変換素子（以下、第１の波長変換素子ともいう）の出射端部と他方の波長変換素子（以下、第２の波長変換素子ともいう）の入射端部の間の前記接続レンズを通る光路を含む信号光ビームの光路を接続レンズ光路ともいうことにして、前記接続レンズ光路の中間点を挟んで、前記接続レンズ光路の一方の側に前記第１の波長変換素子を配置し、前記接続レンズ光路の他方の側に前記第２の波長変換素子を配置し、前記第１の波長変換素子から出射した信号光ビームを、前記接続レンズを通り前記接続レンズによって前記第２の波長変換素子の所定位置に集光されるように前記第２の波長変換素子に入射するように構成し、前記第２の波長変換素子の前記所定位置が、前記第２の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる前記反射体が配置されているが前記反射体と前記第２の波長変換素子の端部の間の光路に集光レンズ（以下、再入射レンズともいう）が配置されていない場合には入射端部と出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍になるようにして信号光の波長を変換し、前記第２の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に前記反射体も再入射レンズも配置されていない場合には入射端部と出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍になるようにして信号光の波長を変換し、前記第２の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間の光路に前記反射体と再入射レンズが配置されている場合には入射端部と前記再入射レンズの直前の到達端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍になるようにして信号光の波長を変換することを特徴とする波長変換方法である。

本発明の前記発明５９を展開した第６０の発明（以下、発明６０ともいう）による波長変換方法は、発明５９に記載の波長変換方法において、少なくとも１つの波長変換素子は、少なくとも１つの再入射レンズを有しており、前記再入射レンズを通り当該波長変換素子に再入射する信号光ビームが、前記再入射レンズによって当該波長変換素子の所定位置に集光されるように当該波長変換素子に再入射するように構成されており、当該波長変換素子の前記所定位置が、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる反射体が配置されているが前記反射体と当該波長変換素子本体の間の光路に当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と当該波長変換素子本体の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍になるようにして信号光の波長を変換し、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に反射体も当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズも配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍になるようにして信号光の波長を変換し、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間の光路に反射体と当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されている場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と前記他の再入射レンズの直前の到達端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍になるようにして信号光の波長を変換することを特徴とする波長変換方法である。

本発明の前記発明５９または６０を展開した第６１の発明（以下、発明６１ともいう）による波長変換方法は、発明５９または６０に記載の波長変換方法において、前記波長変換素子本体に分極反転領域を有する分極反転素子を用いることを特徴とする波長変換方法である。

本発明の例としての第６２の発明（以下、発明６２ともいう）による波長変換方法は前記波長変換素子を少なくとも２つ用いて信号光の波長を変換する波長変換方法で、前記波長変換方法は、波長変換を施される信号光ビームの光路においてレンズ（以下、接続レンズともいう）を介して直列に接続されている少なくとも２つの波長変換素子を用いており、前記接続レンズを介して直列に接続されている２つの波長変換素子のうちの一方の波長変換素子（以下、第１の波長変換素子ともいう）の出射端部と他方の波長変換素子（以下、第２の波長変換素子ともいう）の入射端部の間の前記接続レンズを通る光路を含む信号光ビームの光路を接続レンズ光路ともいうことにして、前記接続レンズ光路の中間点を挟んで、前記接続レンズ光路の一方の側に前記第１の波長変換素子を配置し、前記接続レンズ光路の他方の側に前記第２の波長変換素子を配置し、前記第１の波長変換素子から出射した信号光ビームを、前記接続レンズを通り前記接続レンズによって前記第２の波長変換素子の所定位置に集光されるように前記第２の波長変換素子に入射させ、前記第２の波長変換素子の前記所定位置が、前記第２の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる前記反射体が配置されているが前記反射体と前記第２の波長変換素子の端部の間の光路に集光レンズ（以下、再入射レンズともいう）が配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍になるようにして信号光の波長を変換し、前記第２の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に前記反射体も再入射レンズも配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍になるようにして信号光の波長を変換し、前記第２の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間の光路に再入射レンズが配置されている場合には入射端部と前記再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍になるようにして信号光の波長を変換することを特徴とする波長変換方法である。

本発明の前記発明６２を展開した第６３の発明（以下、発明６３ともいう）による波長変換方法は、発明６２に記載の波長変換方法において、少なくとも１つの波長変換素子は、少なくとも１つの再入射レンズを有しており、前記再入射レンズを通り当該波長変換素子に再入射する信号光ビームが、前記再入射レンズによって当該波長変換素子の所定位置に集光されるように当該波長変換素子に再入射するように構成されており、当該波長変換素子の前記所定位置が、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる反射体が配置されているが前記反射体と当該波長変換素子本体の間の光路に当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と当該波長変換素子本体の出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍になるようにして信号光の波長を変換し、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に反射体も当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズも配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍になるようにして信号光の波長を変換し、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間の光路に反射体と当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されている場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と前記他の再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍になるようにして信号光の波長を変換することを特徴とする波長変換方法である。

本発明の前記発明６２または６３を展開した第６４の発明（以下、発明６４ともいう）による波長変換方法は、発明６２または６３に記載の波長変換方法において、前記波長変換素子本体に分極反転領域を有する分極反転素子であることを特徴とする波長変換方法である。

本発明の例としての第６５の発明（以下、発明６５ともいう）においては、入射光に含まれる第１の波長λ１の光を第１の波長λ１とは異なる波長である第２の波長λ２の光へ波長変換を行うことができる素子自体を波長変換素子ということにし、波長変換素子へ入射光を入射させる波長変換素子の端部を入射端部と定義し、入射光が波長変換素子に入射して前記波長変換素子内を第１の波長λ１の光から第２の波長λ２の光への波長変換を受けながら進行して第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光として到達する前記波長変換素子の前記入射端部とは異なる端部もしくは前記端部近傍を波長変換素子の到達端部と定義し、前記到達端部のうちでそこに前記波長変換を受けて到達した光を出射光として取り出す端部もしくは前記端部近傍を波長変換素子の出射端部と定義し、波長変換素子に入射される前の第１の波長λ１の光を含む入射光と前記入射光が波長変換素子に入射され波長変換を施されながら波長変換素子内を進行する第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含む入射光と波長変換素子に入射された前記入射光が波長変換素子内を進行して波長変換を施されて波長変換素子から出射した出射光のそれぞれをあるいはそれらを総称して信号光ともいうことにし、発明６５の波長変換素子は、入射端部と出射端部とは異なる到達端部を少なくとも１つ有しており、前記到達端部あるいはその近傍に、そこに到達した信号光としての少なくとも第１の波長λ１の光を反射して前記波長変換素子内を第２の波長λ２の光への波長変換を受けさせながら進行させるように作用する反射体が配置されており、前記波長変換素子には分極反転領域を有する分極反転素子が用いられており、条件１を波長変換素子の入射面と分極反転領域の境界面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることであるとし、条件２を波長変換素子の出射面と分極反転領域の境界面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることであるとし、条件３を複数の分極反転領域の境界面同志が１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることであるとし、条件４を前記分極反転領域の幅が、前記波長変換素子に最初に入射した入射光の光路に直交する方向でかつ前記光路とその次の再入射光の光路を含む面における幅において少なくとも２ｍｍあることとし、条件5を前記波長変換素子の前記入射端部になる表面とそれと反対側の表面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることして、前記波長変換素子は、前記条件１〜５のうちの少なくとも２つを満たしていることを特徴とする波長変換素子である。

以上、課題を解決する手段としてなした本発明の例を説明したが、本発明は、これらに狭く限定されるものではなく、多くのバリエーションを可能とするものであり、前記各発明を適宜組み合わせた発明を構成することができることは明らかであるとともに、後述のように、本発明の基本技術を展開して多くの発明を構成することができるものである。

以上説明したように、本発明による波長変換方法ならびに波長変換装置は、特に入射光を有効に波長変換できるように入射させることができ、波長変換効率を一層高めることができるため、構成が簡単で、小型で、波長変換効率が高く、高出力にすることができる波長変換素子や波長変換装置を安価に提供することができ、それらを用いたコヒーレント光源を安価に提供することができるという多大な効果を奏するものである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態例について説明する。なお、説明に用いる各図は本発明の例を理解できる程度に各構成成分の寸法、形状、配置関係などを概略的に示してある。そして本発明の説明の都合上、部分的に拡大率を変えて図示する場合もあり、本発明の例の説明に用いる図は、必ずしも実施例などの実物や記述と相似形でない場合もある。また、各図において、同様な構成成分については同一の番号を付けて示し、重複する説明を省略することもある。

前記のように本発明に用いている技術の基本思想の特筆すべき特徴は、従来は波長変換を施される信号光を波長変換素子に入射させる時の集光光学系を、波長変換素子の入射面に集光させるようにしていたり、その部分をあまり厳密に管理していなかったりしていたものを、本発明においては、後述のように、集光光学系による波長変換素子への入射光の集光の仕方を特に好ましい状態に管理して、高い波長変換効率で、良質な、高出力の波長変換光を得ることができるようにしたところにある。さらに、本発明では、波長変換素子本体での波長変換の質的向上を図り、波長変換素子本体の顕著な改善をも図っている。

本発明の実施の形態例にはいくつかの特徴がある。そして本発明はその各特徴それぞれに着目した波長変換方法ならびに波長変換装置として実施することができ、また、いくつかの特徴を組み合わせて実施することもできる。

また、本発明の波長変換装置と波長変換方法の技術思想の説明は、以下の説明からも容易に理解できるように、それぞれを独立に説明する場合、重複する部分が多くなる。したがって、重複を避けるため、技術的に大きな欠落が生じなくそして誤解を生じない範囲において、本発明の波長変換装置の説明をもって本発明の波長変換方法の技術思想の説明を兼ねたり、本発明の波長変換方法の説明をもって本発明の波長変換装置の技術思想の説明を兼ねたりする場合がある。

以下、図を用いて本発明を詳細に説明する。

本発明の構成を説明する前に、本発明を構成する波長変換素子ならびにそれを用いた波長変換について説明する。

図１と図２は本発明の波長変換素子の例を説明する図で、波長変換を受ける光の光路を含む断面を用いて説明する図である。図１は後述の分極反転領域を図示せずに示した図、図２は分極反転領域の例を記入して示した図である。

図１と図２で、符号２０ａは波長変換素子、２１はレーザ光源（図示せず）からの波長が第１の波長λ１であるコヒーレント光で波長変換素子２０ａに入射させる入射光ビーム（入射光ということもある）、２２は波長変換素子２０ａを構成する波長変換素子本体としての分極反転非線形波長変換素子本体、３３は波長変換素子本体２２の分極反転領域、７１ａ〜７１ｃは光路、１１ａは波長変換素子本体２２に入射光ビーム２１が入射する入射端部、１２ａ〜１２ｃは入射光が波長変換素子本体２２に入射（再入射も最初の入射等と特に区別する必要がないときは単に入射ともいう）して波長変換素子本体中を波長変換を受けながら進行して波長変換素子本体端部（表面）に到達したところである到達端部、１３ａは光路７１ｃを波長変換を受けながら進行してきた信号光が出射する出射端部、７１１は入射端部１１ａから出射端部１３ａまでの光路７１ａ〜７１ｃの全光路長の中間点（中心点ともいう）に相当する位置を示す符号、２３と２６は反射防止膜、２４と２５は反射体としての反射膜、２７は出射光ビームである。

反射防止膜２３，２６には従来の光学素子に用いられている反射防止膜を用いることができる。

反射膜２４，２５には、波長がλ１の光に対する反射率と波長がλ２の光に対する反射率がともに９０％以上の反射特性を有する多層膜を用いることができる。前記反射率を９９％以上、特に９９．８％以上にすることが特に好ましく、９９．９％以上の反射率の多層膜を用いることによって特に好ましい効果を発揮できる。

図１，図２で、入射端部１１ａから波長変換素子本体２２に入射した入射光すなわち信号光ビームは、分極反転領域３３を第１の波長λ１から第２の波長λ２への波長変換を受けながら進行して波長変換素子本体２２の到達端部１２ａに到達光ビームとして到達する。

波長が第１の波長λ１である入射光ビーム２１が入射端部１１ａから波長変換素子本体２２に入射して光路７１ａを進行して、その一部が、分極反転領域３３を通ることによって第２の波長λ２の光に変換された到達光ビームとして、未変換部分は波長変換されずに波長が第１の波長λ１の到達光ビームとして到達端部１２ａに到達する。

すなわち、到達端部１２ａ（第１の到達端部）に到達した前記到達光ビームには前記波長変換を受けた結果としての第２の波長λ２の光と未変換のままで残っている第１の波長λ１の光が混在している。

第１の到達端部１２ａに到達した前記到達光ビームは、反射率が９９．８％以上である多層膜から成る反射膜２４によって反射され、反射則にしたがって分極反転領域３３の光路７１ａとは異なる光路７１ｂを進行するように波長変換素子本体２２に再入射されて、第２の到達端部１２ｂに到達光ビームとして到達する。

前記反射膜２４によって反射されて波長変換素子本体２２に再入射された光のうちの波長がλ１の光の一部は、光路７１ｂを進行することによって前記と同様に波長がλ２の光へと波長変換され、未変換部分は波長変換されずに波長が第１の波長λ１の光として到達端部１２ｂに到達する。

すなわち、第２の到達端部１２ｂに到達した前記到達光ビームには前記波長変換を受けた結果としての第２の波長λ２の光と未変換のままで残っている第１の波長λ１の光が混在しているが、第１の到達端部１２ａに到達した前記到達光ビームに比較して、全光量に対する第２の波長λ２の光の割合が増加している。

第２の到達端部１２ｂに到達した前記到達光ビームは、多層膜から成る反射膜２５によって反射され、分極反転領域３３の光路７１ｂとは異なる光路７１ｃを進行するように波長変換素子本体２２に再入射されて、第３の到達端部１２ｃに到達光ビームとして到達する。

前記反射膜２５によって反射されて波長変換素子本体２２に再入射された光のうちの波長がλ１の光の一部は、光路７１ｃを進行することによって前記と同様に波長がλ２の光へと波長変換され、未変換部分は波長変換されずに波長が第１の波長λ１の光として第３の到達端部１２ｃに到達し、到達端部１２ｃである出射端部１３ａ（図示のように、到達端部１２ｃと出射端部１３ａは同一の端部である）から反射防止膜２６を通り、出射光ビーム２７として波長変換素子本体２２の外部へ出力される。

すなわち、第３の到達端部１２ｃに到達した前記到達光ビームには前記波長変換を受けた結果としての第２の波長λ２の光と未変換のままで残っている第１の波長λ１の光がある場合にはそれが混在しているが、第２の到達端部１２ｂに到達した前記到達光ビームに比較して、全光量に対する第２の波長λ２の光の割合が増加している。

このように、第１の到達端部１２ａに反射膜２４の代わりに反射防止膜を形成しておき、入射光ビームを入射端部１１ａから波長変換素子本体２２に入射させて、第１の到達端部１２ａに到達した到達光ビームを反射させずに波長λ２の光を含む光を出射光ビームとして第１の到達端部１２ａから波長変換素子本体２２の外に取り出した場合の波長λ２の光の光量に比べて、前記のようにして、図１と図２を用いて説明した波長変換素子２０ａの到達端部１２ｃから反射防止膜２６を通り、波長λ２の光を含む光を出射光ビーム２７として波長変換素子本体２２の外部へ出力させた場合の波長λ２の光の光量はおおむね３倍になっている。

本発明では、このような波長変換効率の向上をさらに改善することができる。

図からもわかるように、図１と図２は、前記到達端部に到達した信号光ビームをそこに配置した反射体としての反射膜２４や２５で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる反射体が配置されている例であるが、前記反射体と前記到達端部の間および前記反射体と前記反射体によって反射された信号光ビームが再び当該波長変換素子本体に再入射するときの再入射端部（前記の説明から明らかであるが、この場合は再入射端部は前記到達端部と同一である）との間の光路には集光レンズ（再入射レンズ）が配置されていない場合の例である。

前記のように、入射端部１１ａから波長変換素子本体２２に入射して光路７１ａ〜７１ｃを進行する信号光ビームは、その一部が波長λ１の光から波長λ２の光へと波長変換を施され、到達端部１２ｃ（出射端部１３ａ）から反射防止膜２６を通り、出射光ビーム２７として波長変換素子本体２２の外部へ出力されることになるが、本発明の発明者の実験結果によれば、出射光ビーム２７中の波長λ２の光の量の多少は、入射光ビームを入射端部１１ａから波長変換素子本体２２に入射させるときの集光光学系の集光の仕方によって大きく左右されるという結果を得ている。

本発明の技術思想による波長変換効率を高める方法の例では、図１，図２のように入射端部１１ａから出射端部１３ａまでの光路７１ａ〜７１ｃの全光路において、前記到達端部に反射体は配置されているが前記のように再入射レンズが配置されていない場合の例で、入射光ビームを入射端部１１ａから波長変換素子本体２２に入射させるときの集光光学系の集光の仕方として、前記集光光学系の焦点が入射端部１１ａから出射端部１３ａまでの光路７１ａ〜７１ｃの全光路長の中間点７１１あるいはその近傍にあるように集光して入射光ビームを波長変換素子本体２２に入射させる方法を用いることができる。本発明の発明者による実験の結果、このようにすることによって、波長変換効率を効果的に高めることができることがわかった。

出射光ビーム２７は、図示していないが、たとえば波長選択フィルタに入射させ、波長λ２の光を選択出力させて、顕微鏡用光源など目的の用途に用いることができる。

なお、出射端部１３ａに反射防止膜２６に重ねてあるいはその代わりに、波長λ２の光を透過し波長λ１の光を反射する多層膜フィルタを形成しておき、波長λ２の光と波長λ１の光を分離し、波長λ２の光は出射端部１３ａから出射させ、波長λ１の光は他の端部から出射させるようにして、小型の光源を構成することが出きる。この構成は、以下の例においても適用することができる。

図１、図２を用いて説明した波長変換素子は、前記到達光ビームを前記反射体によって反射させ波長変換素子本体に再入射させ、入射させた光の波長変換を行う光路長を実質的に長くするという波長変換方法の例である。

前記入射光と波長変換された結果としての出力光の波長の例として、第１の波長λ１が１１２０ｎｍで第２の波長λ２が５６０ｎｍの波長変換素子と、第１の波長λ１が１１６０ｎｍで第２の波長λ２が５８０ｎｍの波長変換素子について、それぞれの波長変換素子における各波長λ１とλ２に対する高反射率を有する前記反射膜を形成した各波長変換素子を作成したところ、極めて良好な波長変換効率を有する波長変換素子を得ることができた。

良好な波長変換効率を有する波長変換素子を得るのに、前記のことに加えて、種々の工夫をすることにより、一層顕著な効果をもたらすことができる。前記工夫としては、たとえば、各到達端部における素子表面の平行度、分極反転領域の境界と素子表面の平行度などを高めることをあげることができる。

一つの好ましい方法として、波長変換素子本体の入射端部、到達端部、出射端部の該当する端部が位置する互いに対向する関係にある素子表面同士の平行度を高めることをあげることができる。

好ましい一例をあげれば、図１，図２で、図の上下方向になる波長変換素子本体２２の波長変換に有効な部分の寸法を波長変換素子本体２２の素子長ということにして、素子長を３０ｍｍにしたときに、波長変換素子本体２２の入射端部１１ａと到達端部１２ｂが含まれる表面と到達端部１２ａと出射端部１３ａ（到達端部１２ｃ）が含まれる表面の平行度をおおむね１分以内に構成すること、分極反転領域の境界面同士の平行度をおおむね１分以内に構成することによって、一層良好な波長変換効率を有する波長変換素子を得ることができる。

図３と図４は、本発明の波長変換素子についてさらに詳しく説明する図で、図３は波長変換素子本体として平行平板の素子を用いた場合における素子の反射体を配置している対向する表面の到達端部近傍の平行度について説明する断面図、図４は図３の波長変換素子本体の分極反転領域の境界と素子表面の平行度について説明する断面図である。

図３と図４で、符号３４ａは波長変換素子本体２２の入射端部１１ａと到達端部１２ｂが含まれる表面を延長した線、３４ｂは波長変換素子本体２２の到達端部１２ａと出射端部１３ａとなる到達端部１２ｃが含まれる表面を延長した線、３５ａ１と３５ｂ１は分極反転領域の境界面を延長した線、３４は線３４ａと線３４ｂの平行度を表す符号、３５ａは線３４ａと線３５ａ１の平行度を表す符号、３５ｂは線３５ｂ１と線３４ｂの平行度を表す符号、３９は分極反転領域の幅を説明する符号である。

図３と図４を用いて説明する波長変換素子本体２２は、入射端部１１ａおよび到達端部１２ｂを含む表面３４ａと到達端部１２ａおよび入射端部１３ａを含む表面３４ｂとが互いに平行な平面に形成されている。

図３と図４において、表面３４ａと表面３４ｂの両表面に交わる法線に対して直交し、図の上下方向になる分極反転領域３３の寸法を分極反転領域の幅といい、表面３４ａと表面３４ｂの両表面に交わる法線方向になる波長変換素子本体２２の寸法を波長変換素子本体２２の素子長ということにする。素子長を３０ｍｍにしたときに、符号３４，符号３５ａ，符号３５ｂで示したところの平行度をおおむね１分以内に構成することが前記の理由で好ましい。

符号３９を付した矢印で示した分極反転領域３３の当該光路を含む面における幅は、前記到達光を反射して波長変換素子本体に再入射させる反射体を配置した到達端部が１つの場合、すなわち、波長変換素子本体に入射した光路（パス）の折り返しが１回（２パス）の場合、少なくとも２ｍｍに構成することが好ましい。図３と図４に示した例は光路の折り返しが２回の場合であり、分極反転領域３３の当該光路を含む面における幅を３ｍｍ以上になるように構成した。この分極反転領域の当該光路を含む面における幅は、前記面内における前記波長変換素子本体に最初に入射した入射光の光路に直交する方向で近似して表現することもできる。

このような構成にすることにより、小型で波長変換効率が高く、ハイパワー応用も可能な、本発明の波長変換素子を実現することができた。

図５は、本発明の波長変換素子についてさらに詳しく説明する図で、波長変換素子本体の分極反転領域の境界と外部反射鏡の表面の平行度について説明する図である。

図５で、符号３７ａと３７ｂは外部反射鏡２９の反射面を延長した線、３６ａと３６ｂは外部反射鏡２９の反射面と分極反転領域の境界の平行度を説明する符号である。

図５を用いて説明する波長変換素子本体２２は、入射端部１１ａおよび到達端部１２ｅを含む表面と到達端部１２ｄおよび入射端部１３ｂを含む表面とが互いに平行な平面に形成されている。

図５において、符号３７ａ，符号３７ｂで示したところの平行度をおおむね１分以内に構成することが前記と同様の理由で好ましい。

入射端部近傍と到達端部近傍の素子表面の平行度、分極反転領域の境界と前記素子表面の表面の平行度についても、おおむね１分以内に構成することが前記と同様の理由で好ましい。

図５で、入射端部１１ａの部分の反射防止膜２８と到達端部１２ｅの部分の反射防止膜２８は連続した一体の反射防止膜として形成されており、到達端部１２ｄの部分の反射防止膜２８と出射端部１３ｂ（到達端部１２ｆ）の部分の反射防止膜２８も連続した一体の反射防止膜として形成されている。

本発明の技術思想に従えば、本発明の分極反転領域を有する分極反転素子の前記好ましい条件は、条件１を波長変換素子の入射面あるいは再入射面と分極反転領域の境界面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることであるとし、条件２を波長変換素子の出射面あるいは到達端部の面と分極反転領域の境界面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることであるとし、条件３を複数の分極反転領域の境界面同志が１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることであるとし、条件４を前記分極反転領域の幅が前記波長変換素子に最初に入射した入射光の光路に直交する方向でかつ前記光路とその次の再入射光の光路を含む面における幅において少なくとも２ｍｍあることとし、条件5を前記波長変換素子の前記入射端部になる表面とそれと反対側の表面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることして、少なくとも２つの条件を満たすことが好ましく、５つの条件を満たすことが特に好ましい。

本発明の技術思想による波長変換効率を高める方法の例では、図１，図２のように入射端部１１ａから出射端部１３ａまでの光路７１ａ〜７１ｃの光路において、前記到達端部に反射体は配置されているが再入射レンズが配置されていない場合の例で、入射光ビームを入射端部１１ａから波長変換素子本体２２に入射させるときの集光光学系の集光の仕方として、図１，図２には図示していないが、入射端部１１ａから出射端部１３ａまでの光路７１ａ〜７１ｃの全光路における信号光ビームの光路長としてみたときの体積を最小にあるいはできるだけ最小に近い状態になるように集光させて入射光ビームを波長変換素子本体２２に入射させる方法を用いることができる。本発明の発明者による実験の結果、このようにすることによって、波長変換効率を効果的に高めることができることが確かめられた。

このような構成にすることにより、小型で波長変換効率の高い波長変換素子を実現することができた。

図６は本発明の技術思想による波長変換素子の例を説明する図で、集光光学系について前記図１や図２の例とは異なる例である。波長変換素子の波長変換を受ける光の光路を含む断面を用いて説明する。

図６で、符号２０ｃは本発明の波長変換装置に用いる波長変換素子、１２ａ１と１２ｂ１は到達端部、１２ａ２と１２ｂ２は再入射端部、２８は反射防止膜、２９ａと２９ｂは反射体としての外部反射鏡、３０ａと３０ｂはレンズ、５０ａ１，５０ｂ１，５０ｃ１は光路、５０ａ〜５０ｃは当該光路の光路長としての中心点（中間点ともいう）である。到達端部１２ａ１と再入射端部１２ａ２が接近している場合は図１と同様に到達端部１２ａとして扱うこともあり、到達端部１２ｂ１と再入射端部１２ｂ２が接近している場合も図１と同様に到達端部１２ｂとして扱うこともできる。各レンズ３０ａ，３０ｂは、図示の波長変換素子本体２２の各到達端部に到達した信号光ビームが、図示のようにそれぞれ各レンズ３０ａ，３０ｂを通り、各外部反射鏡２９ａ，２９ｂにより反射されて、再び各レンズ３０ａ，３０ｂを通り波長変換素子本体２２に再入射するときに、本発明の技術思想にしたがって適切に集光させて再入射させる再入射レンズである。光路５０ａ１は入射端部１１ａと到達端部１２ａ１の間の光路で、中心点５０ａは光路５０ａ１の光路長としてみたときの中心点、光路５０ｂ１は再入射端部１２ａ２と到達端部１２ｂ１の間の光路で、中心点５０ｂは光路５０ｂ１の光路長としてみたときの中心点、光路５０ｃ１は再入射端部１２ｂ２と到達端部１３ａの間の光路で、中心点５０ｃは光路５０ｃ１の光路長としてみたときの中心点である。

本発明を用いた波長変換効率を高める波長変換方法を用いた波長変換装置の例における信号光ビームを波長変換素子本体２２に再入射させるときの各レンズ３０ａ，３０ｂの焦点は、それぞれ外部反射鏡２９ａ，２９ｂで反射されて波長変換素子本体２２に再入射される信号光ビームを、符号５０ｂや５０ｃで示した各光路の光路長としての中心点５０ｂ１や５０ｃ１に集光するような焦点になっている。

さらに具体的に説明すると、図６に図示していないが、波長変換素子本体２２の入射端部の前段に配置してある集光光学系を、光路５０ａ１の前記中心点５０ａに焦点を有するように調整しておき、信号光ビームとしての入射光ビーム２１を、反射防止膜２８を透過させ、入射端部１１ａから波長変換素子本体２２に入射させて波長変換素子本体２２を進行させながら高い変換効率で波長変換を行わせ、到達端部１２ａ１に達した信号光ビームを、反射防止膜２８を透過させ、レンズ３０ａを通り、反射体としての外部反射鏡２９ａに到達せしめ、外部反射鏡２９ａにより反射させて再びレンズ３０ａ（レンズ３０ａは再入射レンス３０ａとして機能する）を通って、反射防止膜２８を透過させ、再入射端部１２ａ２から波長変換素子本体２２に再入射させる。このとき、再入射光学系は、再入射レンス３０ａの焦点が光路５０ｂ１の中心点５０ｂになるように調整されている。

再入射端部１２ａ２から波長変換素子本体２２に再入射させた信号光ビームを波長変換素子本体２２を進行させながら高い変換効率で波長変換を行わせ、到達端部１２ｂ１に達した信号光ビームを、反射防止膜２８を透過させ、レンズ３０ｂを介して反射体としての外部反射鏡２９ｂに到達せしめ、外部反射鏡２９ｂにより反射させて再びレンズ３０ｂ（レンズ３０ｂは再入射レンス３０ｂとして機能している）を通って、反射防止膜２８を透過させ、再入射端部１２ｂ２から波長変換素子本体２２に再入射させる。

再入射端部１２ｂ２から波長変換素子本体２２に再入射させた信号光ビームを波長変換素子本体２２を進行させながら高い変換効率で波長変換を行わせ、到達端部１２ｃに達した信号光ビームを出射端部１３ａとしての到達端部１２ｃから反射防止膜２８を透過させて出射光ビーム２７として出射させる。

以上説明したように、本発明の実施の形態例における集光光学系を用いた波長変換素子本体への入射光ビームの集光位置は、当該集光光学系の焦点が、当該波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる反射体が配置されているが前記反射体と前記波長変換素子本体の端部の間の光路に再入射レンズとしての集光レンズが配置されていない場合には入射端部と出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であり、前記波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に前記反射体も再入射レンズも配置されていない場合には入射端部と出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であり、前記波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間の光路に前記反射体と再入射レンズが配置されている場合には入射端部と前記再入射レンズの直前の到達端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であることを特徴としていることがわかる。

そして、波長変換素子が少なくとも１つの再入射レンズを有している場合、当該再入射レンズを通り当該波長変換素子本体に再入射する信号光ビームが、当該再入射レンズによって当該波長変換素子本体の所定位置に集光されるように当該波長変換素子本体に再入射するように構成されており、当該波長変換素子本体の前記所定位置は、当該波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる反射体が配置されているが前記反射体と当該波長変換素子本体の間の光路に当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されていない場合には当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に反射体も当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズも配置されていない場合には当該再入射レンズと出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間の光路に反射体と当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されている場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と前記他の再入射レンズの直前の到達端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であることを特徴としていることがわかる。

このように簡単な構成の装置を用いることにより、波長変換素子本体２２に入射あるいは再入射された信号光ビームの広がりの悪影響を防ぎ、波長変換素子本体２２内における波長変換効率を高め、出射光ビーム２７の品質を高めることができるという大きな効果をもたらしている。

本発明を用いた波長変換効率を高める波長変換方法の例についてさらに説明する。前記とは異なる観点からの波長変換素子本体２２内における波長変換効率を高める方法として、波長変換を施される信号光ビームの波長変換素子本体２２内における光密度を適切に高めることが考えられる。

本発明の発明者の検討の結果、本発明の好ましい例として、図６には全体を図示していないが、図６において、入射端部１１ａから出射端部１３ａまでの間の波長変換素子本体２２内における信号光ビームの体積を小さくして波長変換素子本体２２内における信号光ビームの光密度を高め、波長変換効率を高めることができることをあげることができる。

具体的に説明すると、図６において、波長変換を施す信号光ビームとしての入射光ビーム２１を入射端部１１ａから波長変換素子本体２２に入射させて波長変換素子本体２２を進行させながら到達端部１２ａ１に到達せしめるにあたり、図６に図示していない波長変換素子本体２２の入射端部の前段に配置してある集光光学系による入射光ビームの入射方法を、入射端部１１ａから波長変換素子本体２２に入射させた信号光ビームの、波長変換素子本体２２内における入射端部１１ａと到達端部１２ａ１の間の体積が最小あるいは最小に近い状態になるようにすることにより、波長変換効率を効果的に高めることができる。

そして、到達端部１２ａ１に達した信号光ビームを、反射防止膜２８を透過させ、レンズ３０ａを通して反射体としての外部反射鏡２９ａに到達せしめ、外部反射鏡２９ａにより反射させて再び再入射レンス３０ａを通して、反射防止膜２８を透過させ、再入射端部１２ａ２から波長変換素子本体２２に再入射させる。このとき、再入射レンズ３０ａを有する再入射集光光学系は、再入射端部１２ａ２から波長変換素子本体２２に再入射させた信号光ビームの、波長変換素子本体２２内における再入射端部１２ａ２と次の再入射レンズ３０ｂの直前の到達端部である到達端部１２ｂ１の間の体積が最小あるいは最小に近い状態になるようにすることにより、波長変換効率を効果的に高めることができる。

このように、再入射端部１２ａ２から波長変換素子本体２２に再入射させた信号光ビームを波長変換素子本体２２を進行させながら高い変換効率で波長変換を行わせ、到達端部１２ｂ１に達した信号光ビームを、反射防止膜２８を透過させ、レンズ３０ｂを通過させて反射体としての外部反射鏡２９ｂに到達せしめ、外部反射鏡２９ｂにより反射させて再び再入射レンス３０ｂを通過させて、反射防止膜２８を透過させ、再入射端部１２ｂ２から波長変換素子本体２２に再入射させる。このとき、再入射レンズ３０ｂを有する再入射集光光学系は、再入射端部１２ｂ２から波長変換素子本体２２に再入射させた信号光ビームの、波長変換素子本体２２内における再入射端部１２ｂ２と次の到達端部である到達端部１２ｃすなわち出射端部１３ａの間の体積が最小あるいは最小に近い状態になるようにすることにより、波長変換効率を効果的に高めることができる。

このように、再入射端部１２ｂ２から波長変換素子本体２２に再入射させた信号光ビームを波長変換素子本体２２を進行させながら高い変換効率で波長変換を行わせ、到達端部１２ｃに達した信号光ビームを出射端部１３ａとしての到達端部１２ｃから反射防止膜２８を透過させて出射光ビーム２７として出射させる。

以上説明したように、本発明の実施の形態例における集光光学系を用いた波長変換素子本体への入射光ビームの集光位置は、当該波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる反射体が配置されているが前記反射体と当該波長変換素子の再入射端部の間の光路に再入射レンズが配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に前記反射体も再入射レンズも配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間の光路に再入射レンズが配置されている場合には入射端部と前記再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にあるいは最小に近い状態にするような集光位置もしくはその近傍であることを特徴としていることがわかる。

そして、波長変換素子が少なくとも１つの再入射レンズを有している場合、前記再入射レンズを通り当該波長変換素子に再入射する信号光ビームが、前記再入射レンズによって当該波長変換素子の所定位置に集光されるように当該波長変換素子に再入射するように構成されており、当該波長変換素子の前記所定位置は、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる反射体が配置されているが前記反射体と当該波長変換素子本体の間の光路に当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されていない場合には当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に反射体も当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズも配置されていない場合には当該再入射レンズと出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間の光路に反射体と当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されている場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と前記他の再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であることを特徴としていることがわかる。

このように、本発明の技術思想を用いれば、小型で簡単な構造の装置を用いて、波長変換効率を効果的に高め、良質の波長変換出射光ビームを得ることができる。

なお、前記の例において、反射体として特定の波長の光ビームをたとえば９９％以上の高い反射率で反射し、前記特定の波長とは異なる波長の光ビームを透過することができる機能素子を用いることによって、用途に応じて反射体のところである波長の光ビームを取り出して用いることができる。

また、図６で再入射レンズ３０ａ，３０ｂを用いずに、外部反射鏡２９ａ，２９ｂを波長変換素子本体２２に接近させて配置し、図１，図２と同様の構成にすることもできる。

図７は本発明の実施例としての波長変換装置の要部を説明する図で、波長変換素子を２つ用いた波長変換装置において、接続レンズ３０の一方の側に第１の波長変換素子を接続レンズ３０の他方の側に第２の波長変換素子を配置した例である。

図７で、符号２０ｅは本発明の実施例としての波長変換装置、２０ｅ１と２０ｅ２は本発明の実施の形態例としての波長変換素子、２７ｃと２７ｄは出射光ビーム、２７ｃ１は入射光ビーム、３０は接続レンズである。

波長変換装置２０ｅは、その主要部に波長変換素子２０ｅ１と波長変換素子２０ｅ２を間にレンズを介して直列に接続した構成になっており、図示していないが、入射光ビーム２１の光路で波長変換素子２０ｅ１の前段にはレーザ光源と入射光を図示の入射端部に導く集光光学系が配置されており、出射光ビーム２７ｄの後段にはたとえば多層膜から成る波長選択フィルタが配置されており、さらに、このような構成のセットで、波長の異なる複数の出射光を取り出せるように構成されている。

図７は、前記第２の波長変換素子２０ｅ２を構成している波長変換素子本体２２の入射端部と出射端部の間に、到達端部に到達した信号光あるいは前記到達端部から出射した信号光を前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる反射体が配置されているが前記反射体と前記第２の波長変換素子の再入射端部の間の光路に再入射レンズとしての集光レンズが配置されていない場合の例である。

接続レンズ３０の焦点は、第１の波長変換素子２０ｅ１からの出射光ビーム２７ｃを第２の波長変換素子２０ｅ２への入射ビーム２７ｃ１として、波長変換素子本体２２内における前光路の光路長としての中間点すなわち光路７１ｂの望ましくは中心点５０ｄあるいはその近傍に結像するような焦点になっている。これにより、波長変換効率を効果的に高めることができる。第１の波長変換素子２０ｅ１への入射ビーム２１の集光の仕方を、第２の波長変換素子２０ｅ２への入射ビーム２７ｃ１の集光の仕方と同様にすることによって、波長変換効率を一層高めることができる。

このように構成することによって、小型で、安価で、優れた波長変換を行うことができる波長変換装置を提供することができる。

第１の波長変換素子２０ｅ１および第２の波長変換素子２０ｅ２の構成を種々変えた場合、それらへの各入射光ビームの集光の仕方として、図１〜図６を用いて説明した前記各集光方法を用いることができ、また、それらを適宜組み合わせた集光方法を用いることができる。

図８は本発明の実施例としての波長変換装置の要部を説明する図で、反射体の一方の側に第１の波長変換素子と第２の波長変換素子が配置した例である。

図８で、符号２５０は波長変換装置、２５１と２５２は波長変換素子、２５３と２５４は波長変換素子本体、２５５は入射光ビーム、２５６は出射光ビーム、２５７〜２６０は反射防止膜、２６１と２６２はそれぞれ波長変換素子本体内における光路、２６１ａは光路２６１における波長変換素子本体２５３の入射端部２７１と出射端部２７２の間の光路長としての中間点、２６２ａは光路２６２における波長変換素子本体２５４の入射端部２７３と出射端部２７４の間の光路長としての中間点、２６３と２６４は接続レンズ、２６５は反射体としてのプリズム、２８０は接続レンズ光路である。

図示のように、波長変換装置２５０は反射体２６５の一方の側に第１の波長変換素子２５３と第２の波長変換素子２５４が配置された構成になっている。

レンズ光路２８０は第１の波長変換素子２５３の出射端部２７２から第２の波長変換素子２５４の入射端部２７３に到る接続レンズ２６３，２６４を通る光路で、反射体としてのプリズム２６５によって光路が折り返されている。

波長変換装置２５０は２つの波長変換素子の間の光路に接続レンズが図示のように複数ある例で、接続レンズ２６３と接続レンズ２６４で構成されている。

波長変換素子本体２５３への入射光ビーム２５５は、図示していないが、入射光用の集光光学系により、光路２６１の中間点２６１ａの近傍に前記集光光学系の焦点があるように集光されて波長変換素子本体２５３へ入射される。接続レンズ光路２８０を通った波長変換素子本体２５４への入射光ビームは、集光光学系としての接続レンズにより、光路２６２の中間点２６２ａの近傍に前記集光光学系の焦点があるように集光されて波長変換素子本体２５４へ入射される。

このように各波長変換素子本体への入射光の集光光学系を管理して波長変換装置２５０を構成することにより、構成が簡単で、小型で、波長変換効率が高く、高品質で、ハイパワーのコヒーレント光源を安価に製造することができ、使用目的に応じて、波長可変光源としても構成することができるという多大な効果を奏するものである。

また、図８に示した構成の波長変換装置２５０を各集光光学系を、前記の実施の形態例の場合と同様に、波長変換素子本体２５３，２５４の各入射端部から出射端部までの間の波長変換素子本体内における信号光ビームの体積を小さくして波長変換素子本体内における信号光ビームの光密度を高め、波長変換効率を高めることができる。

具体的に説明すると、図８において、波長変換を施す信号光ビームとしての入射光ビーム２５５を入射端部２７１から波長変換素子本体２５３に入射させて波長変換素子本体２５３内を進行させながら到達端部２７２に到達せしめるにあたり、図８に図示していない集光光学系による入射光ビームの入射方法を、入射端部２７１から波長変換素子本体２５３に入射させた信号光ビームの波長変換素子本体２５３内における入射端部２７１と到達端部２７２の間の体積が最小あるいは最小に近い状態になるように前記集光光学系を管理することにより、波長変換効率を効果的に高めることができる。

さらに、波長変換素子２５１から出射して接続レンズ光路２８０を通り波長変換素子２５２の波長変換素子本体２５４に入射光する入射光を、出射端部２７２から入射端部２７３の間に配置されている接続レンズ２６４を含む集光光学系を、入射端部２７３から波長変換素子本体２５４に入射させた信号光ビームの波長変換素子本体２５４内における入射端部２７３と到達端部２７４の間の体積が最小あるいは最小に近い状態になるように前記集光光学系を管理することにより、波長変換効率をさらに効果的に高めることができる。

図８において、接続レンズとして接続レンズ２６３と接続レンズ２６４の２つを用いたが、接続レンズ２６３と接続レンズ２６４の２つのレンズの代わりに、連続した１つのレンズを用いることができる。このようにすることにより、さらなる小型化とコストダウンを図ることができる。特に、波長変換素子の図８における縦方向の寸法を小さく構成した場合、小型化に有利になる。

反射体として、プリズム２６５を用いた例を示したが、この反射体に関しても、種々のバリエーションが可能である。

図８で説明した波長変換装置は、長さの短い小型波長変換装置としての利点の他に、入出力を波長変換装の同じ側に設けることができるという実用上大きな効果を奏するものである。

また、図７と図８に例示した波長変換装置を構成する各波長変換素子の一部または全部に、たとえば図６を用いて説明したような、波長変換素子本体の到達端部と反射体の間に再入射レンズを配置してある波長変換素子を用いる場合、図６を用いて説明した前記集光の技術思想を適用して、波長変換効率が良く、波長変換されたハイパワーで良質の光源を提供することができることを以上の説明から容易に理解することができる。

このように、本発明は、構成が簡単で、小型で、波長変換効率が高く、高品質で、ハイパワーのコヒーレント光源を安価に製造することができ、使用目的に応じて、前記の特徴を有する波長可変光源をも安価に提供することができるという多大な効果を奏するものである。

以上、図面を参照しながら本発明の実施の形態例としての波長変換装置と波長変換方法を説明したが、本発明はこれに狭く限定されるものではなく、たとえば、各種レンズの構成、反射体の構成等々、多くのバリエーションを可能とするものである。

以上説明したように、本発明により、良質で、小型で、ハイパワーを実現できる、安価なコヒーレント光源として光通信分野、医療分野、顕微鏡、計測分野など広い分野において用いることができる光源を提供することができる。

本発明の実施例としての波長変換素子を説明する図である。 本発明の実施例としての波長変換素子を説明する図である。 本発明の実施例としての波長変換素子本体の表面の平行度について説明する図である。 図３の波長変換素子本体の分極反転領域の境界と素子表面の平行度について説明する図である。 波長変換素子をさらに詳しく説明する図で、波長変換素子本体の分極反転領域の境界と外部反射鏡の表面の平行度について説明する図である。 本発明に用いる波長変換素子の例を説明する図である。 本発明の実施例としての波長変換装置の要部を説明する図である。 本発明の実施例としての波長変換装置の要部を説明する図である。 従来の波長変換素子を説明する図である。 従来の波長変換素子を説明する図である。 従来の光パラメトリック発振器を説明する図である。 従来の波長変換素子を説明する図である。

符号の説明

１１ａ：入射端部
１２ａ〜１２ｃ，１２ａ１，１２ｂ１：到達端部
１２ａ２，１２ｂ２：再入射端部
１３ａ：出射端部
２０ａ，２０ｃ，２０ｅ１，２０ｅ２，２００，２５１，２５２，１１００：波長変換素子
２０ｅ，２５０：波長変換装置
２１，２７ｃ１，２０４，２２１，２５５：入射光ビーム
２２，２５３，２５４：波長変換素子本体
２３，２６，２８，２０２，２０３，２０５，２１９，２５７〜２６０：反射防止膜
２４，２５：反射体としての反射膜
２７，２７ｃ，２７ｄ，２５６：出射光ビーム
２９ａ，２９ｂ：外部反射鏡
３０，２６３，２６４：接続レンズ
３０ａ，３０ｂ：再入射レンズ
３３，２０９：分極反転領域
３４：線３４ａと線３４ｂの平行度を表す符号
３４ａ：波長変換素子本体の入射端部と到達端部が含まれる表面を延長した線
３４ｂ：波長変換素子本体の到達端部と出射端部が含まれる表面を延長した線
３５ａ：線３４ａと線３５ａ１の平行度を表す符号
３５ａ１，３５ｂ１：分極反転領域の境界面を延長した線
３５ｂ：線３５ｂ１と線３４ｂの平行度を表す符号
３６ａ，３６ｂ：外部反射鏡の反射面と分極反転領域の境界の平行度を説明する符号
３７ａ，３７ｂ：外部反射鏡２９の反射面を延長した線
３９：分極反転領域の幅を説明する符号
５０ａ〜５０ｄ，２６１ａ，２６２ａ，７１１：光路の光路長としての中間点（中心点）
５０ａ１，５０ｂ１，５０ｃ１，７１ａ〜７１ｃ，２６１，２６２：光路
１０６：非線形結晶
２２１：レーザ
２２２：集光光学系
２２５：入射面
２２６：出射面
２６５：プリズム
２８０：接続レンズ光路

Claims (65)

1. 本発明において、後述の波長変換素子本体に入射される入射光に含まれる第１の波長λ１の光を第１の波長λ１とは異なる波長である第２の波長λ２の光へ波長変換を行うことができる素子自体を波長変換素子本体ということにし、波長変換素子本体へ入射光を入射させる波長変換素子本体の端部を入射端部と定義し、入射光が波長変換素子本体に入射して前記波長変換素子本体内を第１の波長λ１の光から第２の波長λ２の光への波長変換を受けながら進行して第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光として到達する前記波長変換素子本体の前記入射端部とは異なる端部もしくは前記端部近傍を波長変換素子本体の到達端部と定義し、前記到達端部のうちでそこに前記波長変換を受けて到達した光を出射光として取り出す端部もしくは前記端部近傍を波長変換素子本体の出射端部と定義し、波長変換素子本体に入射される前の第１の波長λ１の光を含む入射光と前記入射光が波長変換素子本体に入射され波長変換を施されながら波長変換素子本体内を進行する第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含む入射光と波長変換素子本体に入射された前記入射光が波長変換素子本体内を進行して波長変換を施されて波長変換素子本体から出射した出射光のそれぞれをあるいはそれらを総称して信号光ともいうことにし、波長変換素子本体に光学系等を配置したものや波長変換素子本体等をケース等に実装したものを波長変換素子ということにし、前記波長変換素子を少なくとも２つ用いた波長変換装置において、前記波長変換装置は、波長変換を施される信号光ビームの光路においてレンズ（以下、接続レンズともいう）を介して直列に接続されている少なくとも２つの波長変換素子を有する波長変換光回路部を少なくとも１つ有しており、前記波長変換装置の少なくとも１つの前記波長変換光回路部は、前記接続レンズを介して直列に接続されている２つの波長変換素子のうちの一方の波長変換素子（以下、第１の波長変換素子ともいう）の出射端部と他方の波長変換素子（以下、第２の波長変換素子ともいう）の入射端部の間の前記接続レンズを通る光路を含む信号光ビームの光路を接続レンズ光路ともいうことにして、前記第１の波長変換素子から出射した信号光ビームが、前記接続レンズ光路を通り前記接続レンズによって前記第２の波長変換素子の所定位置に集光されるように前記第２の波長変換素子に入射するように構成されており、前記第２の波長変換素子の前記所定位置は、前記第２の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる反射体が配置されているが前記反射体と前記第２の波長変換素子の端部の間の光路に集光レンズ（以下、再入射レンズともいう）が配置されていない場合には入射端部と出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であり、前記第２の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に反射体も再入射レンズも配置されていない場合には入射端部と出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であり、前記第２の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間の光路に反射体と再入射レンズが配置されている場合には入射端部と前記再入射レンズの直前の到達端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置。
2. 請求項１に記載の波長変換装置において、前記波長変換装置の少なくとも１つの前記波長変換光回路部における前記第１の波長変換素子に入射される入射光ビームは、前記第１の波長変換素子の所定位置に集光されるように前記第１の波長変換素子に入射するように構成されており、前記第１の波長変換素子の前記所定位置は、前記第１の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる前記反射体が配置されているが前記反射体と前記第１の波長変換素子の端部の間の光路に再入射レンズが配置されていない場合には入射端部と出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であり、前記第１の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に前記反射体も再入射レンズも配置されていない場合には入射端部と出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であり、前記第１の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間の光路に前記反射体と再入射レンズが配置されている場合には入射端部と前記再入射レンズの直前の到達端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置。
3. 請求項１または２に記載の波長変換装置において、少なくとも１つの波長変換素子は、少なくとも１つの再入射レンズを有しており、前記再入射レンズを通り当該波長変換素子に再入射する信号光ビームが、前記再入射レンズによって当該波長変換素子の所定位置に集光されるように当該波長変換素子に再入射するように構成されており、当該波長変換素子の前記所定位置は、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる反射体が配置されているが前記反射体と当該波長変換素子本体の間の光路に当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と当該波長変換素子本体の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に反射体も当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズも配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間の光路に反射体と当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されている場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と前記他の再入射レンズの直前の到達端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換装置の少なくとも１つの前記波長変換光回路部は、前記接続レンズを中心にして、前記接続レンズ光路の一方の側に前記第１の波長変換素子が配置されており、前記接続レンズ光路の他方の側に前記第２の波長変換素子が配置されており、前記第１の波長変換素子と第２の波長変換素子のうちの一方の波長変換素子から出射した信号光ビームが、前記接続レンズを通り前記接続レンズによって他方の波長変換素子の所定位置に集光されるように前記他方の波長変換素子に入射するように構成されており、前記他方の波長変換素子の前記所定位置は、前記他方の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる前記反射体が配置されているが前記反射体と前記他方の波長変換素子の端部の間の光路に再入射レンズが配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記他方の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に前記反射体も再入射レンズも配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記他方の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間の光路に反射体と再入射レンズが配置されている場合には入射端部と前記再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置。
5. 請求項４に記載の波長変換装置において、前記一方の波長変換素子に入射する入射光ビームが、前記一方の波長変換素子の所定位置に集光されるように前記一方の波長変換素子に入射するように構成されており、前記一方の波長変換素子の前記所定位置は、前記一方の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる前記反射体が配置されているが前記反射体と前記一方の波長変換素子の端部の間の光路に再入射レンズが配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記一方の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に前記反射体も再入射レンズも配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記一方の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間の光路に再入射レンズが配置されている場合には入射端部と前記再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置。
6. 請求項４または５に記載の波長変換装置において、少なくとも１つの波長変換素子は、少なくとも１つの再入射レンズを有しており、前記再入射レンズを通り当該波長変換素子に再入射する信号光ビームが、前記再入射レンズによって当該波長変換素子の所定位置に集光されるように当該波長変換素子に再入射するように構成されており、当該波長変換素子の前記所定位置は、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の前記再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる反射体が配置されているが前記反射体と当該波長変換素子本体の間の光路に当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と当該波長変換素子本体の出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に反射体も当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズも配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間の光路に反射体と当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されている場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と前記他の再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の前記入射端部になる表面とそれと反対側の表面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体が分極反転領域を有する分極反転素子であることを特徴とする波長変換装置。
9. 請求項８に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の表面と分極反転領域の境界面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換装置。
10. 請求項８または９に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の複数の分極反転領域の境界面同志が１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換装置。
11. 請求項８〜１０のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の分極反転領域の幅が、前記波長変換素子本体に最初に入射した入射光の光路に直交する方向でかつ前記光路とその次の再入射光の光路を含む面における幅において少なくとも２ｍｍあることを特徴とする波長変換装置。
12. 請求項８〜１１のいずれかに記載の波長変換装置において、前記分極反転素子がＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＬｉＮｂＯ３）あるいはＰＰＬＴ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＬｉＴａＯ３）あるいはＰＰＫＴＰ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＫＴｉＯＰＯ４）であることを特徴とする波長変換装置。
13. 請求項１〜１２のいずれかに記載の波長変換装置において、前記反射体が特定の波長の光の少なくとも一部を透過することが出きる機能素子であることを特徴とする波長変換装置。
14. 請求項１３に記載の波長変換装置において、前記反射体の第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光のいずれか一方または双方に対する反射率が９９．８％以上であることを特徴とする波長変換装置。
15. 請求項１〜１４のいずれかに記載の波長変換装置において、前記接続レンズが複数個あることを特徴とする波長変換装置。
16. 請求項１〜１５のいずれかに記載の波長変換装置において、信号光ビームの光路上における前記接続レンズの位置と前記光路に対する角度の少なくとも一方を変える手段を有していることを特徴とする波長変換装置。
17. 請求項１〜１６のいずれかに記載の波長変換装置において、少なくとも２つの前記再入射レンズが一体に構成されていることを特徴とする波長変換装置。
18. 請求項１〜１７のいずれかに記載の波長変換装置において、２つの波長変換素子の間に前記接続レンズが複数個あることを特徴とする波長変換装置。
19. 請求項１〜１８のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換装置の少なくとも１つの前記波長変換光回路部は、前記波長変換光回路部を構成する前記接続レンズの一方の側に前記第１の波長変換素子と前記第２の波長変換素子が配置されており、前記接続レンズの他方の側に前記接続レンズ光路を進行する信号光ビームの光路を変えることができる反射体などの信号光光路変更手段が設けられており、前記接続レンズを通る信号光ビームはその少なくとも一部が前記信号光光路変更手段によって光路を折り変えされて、その光路が前記第１の波長変換素子と第２の波長変換素子のうちの一方の波長変換素子から出射した信号光ビームが他方の波長変換素子に入射するように折り返されていることを特徴とする波長変換装置。
20. 本発明において、後述の波長変換素子本体に入射される入射光に含まれる第１の波長λ１の光を第１の波長λ１とは異なる波長である第２の波長λ２の光へ波長変換を行うことができる素子自体を波長変換素子本体ということにし、波長変換素子本体へ入射光を入射させる波長変換素子本体の端部を入射端部と定義し、入射光が波長変換素子本体に入射して前記波長変換素子本体内を第１の波長λ１の光から第２の波長λ２の光への波長変換を受けながら進行して第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光として到達する前記波長変換素子本体の前記入射端部とは異なる端部もしくは前記端部近傍を波長変換素子本体の到達端部と定義し、前記到達端部のうちでそこに前記波長変換を受けて到達した光を出射光として取り出す端部もしくは前記端部近傍を波長変換素子本体の出射端部と定義し、波長変換素子本体に入射される前の第１の波長λ１の光を含む入射光と前記入射光が波長変換素子本体に入射され波長変換を施されながら波長変換素子本体内を進行する第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含む入射光と波長変換素子本体に入射された前記入射光が波長変換素子本体内を進行して波長変換を施されて波長変換素子本体から出射した出射光のそれぞれをあるいはそれらを総称して信号光ともいうことにし、波長変換素子本体に光学系等を配置したものや波長変換素子本体等をケース等に実装したものを波長変換素子ということにし、前記波長変換素子を少なくとも１つ用いた波長変換装置において、前記波長変換素子に入射される入射光ビームは、前記波長変換素子の所定位置に集光されるように前記波長変換素子に入射するように構成されており、前記波長変換素子の前記所定位置は、前記波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる前記反射体が配置されているが前記反射体と前記波長変換素子の端部の間の光路に集光レンズ（以下、再入射レンズともいう）が配置されていない場合には入射端部と出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であり、前記波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に前記反射体も再入射レンズも配置されていない場合には入射端部と出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であり、前記波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間の光路に前記反射体と再入射レンズが配置されている場合には入射端部と前記再入射レンズの直前の到達端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置。
21. 請求項２０に記載の波長変換装置において、少なくとも１つの波長変換素子は、少なくとも１つの再入射レンズを有しており、前記再入射レンズを通り当該波長変換素子に再入射する信号光ビームが、前記再入射レンズによって当該波長変換素子の所定位置に集光されるように当該波長変換素子に再入射するように構成されており、当該波長変換素子の前記所定位置は、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる反射体が配置されているが前記反射体と当該波長変換素子本体の間の光路に当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と当該波長変換素子本体の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に反射体も当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズも配置されていない場合には当該再入射レンズと出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズの直後の再入射端部と当該波長変換素子本体の出射端部の間の光路に反射体と当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されている場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と前記他の再入射レンズの直前の到達端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置。
22. 請求項２０または２１に記載の波長変換装置において、前記一方の波長変換素子に入射する入射光ビームが、前記一方の波長変換素子の所定位置に集光されるように前記一方の波長変換素子に入射するように構成されており、前記一方の波長変換素子の前記所定位置は、前記一方の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる前記反射体が配置されているが前記反射体と前記一方の波長変換素子の端部の間の光路に再入射レンズが配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記一方の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に前記反射体も再入射レンズも配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記一方の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間の光路に再入射レンズが配置されている場合には入射端部と前記再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置。
23. 請求項２０〜２２のいずれかに記載の波長変換装置において、少なくとも１つの波長変換素子は、少なくとも１つの再入射レンズを有しており、前記再入射レンズを通り当該波長変換素子に再入射する信号光ビームが、前記再入射レンズによって当該波長変換素子の所定位置に集光されるように当該波長変換素子に再入射するように構成されており、当該波長変換素子の前記所定位置は、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の前記再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる反射体が配置されているが前記反射体と当該波長変換素子本体の間の光路に当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と当該波長変換素子本体の出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に反射体も当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズも配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間の光路に反射体と当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されている場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と前記他の再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置。
24. 請求項２０〜２３のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の前記入射端部になる表面とそれと反対側の表面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換装置。
25. 請求項２０〜２４のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体が分極反転領域を有する分極反転素子であることを特徴とする波長変換装置。
26. 請求項２５に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の表面と分極反転領域の境界面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換装置。
27. 請求項２５または２６に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の複数の分極反転領域の境界面同志が１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換装置。
28. 請求項２５〜２７のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の分極反転領域の幅が、前記波長変換素子本体に最初に入射した入射光の光路に直交する方向でかつ前記光路とその次の再入射光の光路を含む面における幅において少なくとも２ｍｍあることを特徴とする波長変換装置。
29. 請求項２５〜２８のいずれかに記載の波長変換装置において、前記分極反転素子がＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＬｉＮｂＯ３）あるいはＰＰＬＴ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＬｉＴａＯ３）あるいはＰＰＫＴＰ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＫＴｉＯＰＯ４）であることを特徴とする波長変換装置。
30. 請求項２０〜２９のいずれかに記載の波長変換装置において、前記反射体が特定の波長の光の少なくとも一部を透過することが出きる機能素子であることを特徴とする波長変換装置。
31. 請求項３０に記載の波長変換装置において、前記反射体の第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光のいずれか一方または双方に対する反射率が９９．８％以上であることを特徴とする波長変換装置。
32. 請求項２０〜３１のいずれかに記載の波長変換装置において、少なくとも２つの前記再入射レンズが一体に構成されていることを特徴とする波長変換装置。
33. 請求項２０〜３２のいずれかに記載の波長変換装置において、信号光ビームの光路上における前記接続レンズの位置と前記光路に対する角度の少なくとも一方を変える手段を有していることを特徴とする波長変換装置。
34. 本発明において、後述の波長変換素子本体に入射される入射光に含まれる第１の波長λ１の光を第１の波長λ１とは異なる波長である第２の波長λ２の光へ波長変換を行うことができる素子自体を波長変換素子本体ということにし、波長変換素子本体へ入射光を入射させる波長変換素子本体の端部を入射端部と定義し、入射光が波長変換素子本体に入射して前記波長変換素子本体内を第１の波長λ１の光から第２の波長λ２の光への波長変換を受けながら進行して第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光として到達する前記波長変換素子本体の前記入射端部とは異なる端部もしくは前記端部近傍を波長変換素子本体の到達端部と定義し、前記到達端部のうちでそこに前記波長変換を受けて到達した光を出射光として取り出す端部もしくは前記端部近傍を波長変換素子本体の出射端部と定義し、波長変換素子本体に入射される前の第１の波長λ１の光を含む入射光と前記入射光が波長変換素子本体に入射され波長変換を施されながら波長変換素子本体内を進行する第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含む入射光と波長変換素子本体に入射された前記入射光が波長変換素子本体内を進行して波長変換を施されて波長変換素子本体から出射した出射光のそれぞれをあるいはそれらを総称して信号光ともいうことにし、波長変換素子本体に光学系等を配置したものや波長変換素子本体等をケース等に実装したものを波長変換素子ということにし、前記波長変換素子を少なくとも２つ用いた波長変換装置において、前記波長変換装置は、波長変換を施される信号光ビームの光路においてレンズ（以下、接続レンズともいう）を介して直列に接続されている少なくとも２つの波長変換素子を有する波長変換光回路部を少なくとも１つ有しており、前記波長変換装置の少なくとも１つの前記波長変換光回路部は、前記接続レンズを介して直列に接続されている２つの波長変換素子のうちの一方の波長変換素子（以下、第１の波長変換素子ともいう）の出射端部と他方の波長変換素子（以下、第２の波長変換素子ともいう）の入射端部の間の前記接続レンズを通る光路を含む信号光ビームの光路を接続レンズ光路ともいうことにして、前記第１の波長変換素子から出射した信号光ビームが、前記接続レンズ光路を通り前記接続レンズによって前記第２の波長変換素子の所定位置に集光されるように前記第２の波長変換素子に入射するように構成されており、前記第２の波長変換素子の前記所定位置は、前記第２の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる前記反射体が配置されているが前記反射体と前記第２の波長変換素子の端部の間の光路に集光レンズ（以下、再入射レンズともいう）が配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記第２の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に前記反射体も再入射レンズも配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記第２の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間の光路に再入射レンズが配置されている場合には入射端部と前記再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置。
35. 請求項３４に記載の波長変換装置において、前記第１の波長変換素子に入射する入射光ビームが、前記一方の波長変換素子の所定位置に集光されるように前記一方の波長変換素子に入射するように構成されており、前記一方の波長変換素子の前記所定位置は、前記一方の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる前記反射体が配置されているが前記反射体と前記一方の波長変換素子の端部の間の光路に再入射レンズが配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記一方の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に前記反射体も再入射レンズも配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記一方の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間の光路に再入射レンズが配置されている場合には入射端部と前記再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置。
36. 請求項３４または３５に記載の波長変換装置において、少なくとも１つの波長変換素子は、少なくとも１つの再入射レンズを有しており、前記再入射レンズを通り当該波長変換素子に再入射する信号光ビームが、前記再入射レンズによって当該波長変換素子の所定位置に集光されるように当該波長変換素子に再入射するように構成されており、当該波長変換素子の前記所定位置は、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる反射体が配置されているが前記反射体と当該波長変換素子本体の間の光路に当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と当該波長変換素子本体の出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に反射体も当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズも配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間の光路に反射体と当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されている場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と前記他の再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置。
37. 請求項３４〜３６のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の前記入射端部になる表面とそれと反対側の表面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換装置。
38. 請求項３４〜３７のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体が分極反転領域を有する分極反転素子であることを特徴とする波長変換装置。
39. 請求項３８に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の表面と分極反転領域の境界面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換装置。
40. 請求項３８または３９に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の複数の分極反転領域の境界面同志が１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換装置。
41. 請求項３８〜４０のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の分極反転領域の幅が、前記波長変換素子本体に最初に入射した入射光の光路に直交する方向でかつ前記光路とその次の再入射光の光路を含む面における幅において少なくとも２ｍｍあることを特徴とする波長変換装置。
42. 請求項３８〜４１のいずれかに記載の波長変換装置において、前記分極反転素子がＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＬｉＮｂＯ３）あるいはＰＰＬＴ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＬｉＴａＯ３）あるいはＰＰＫＴＰ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＫＴｉＯＰＯ４）であることを特徴とする波長変換装置。
43. 請求項３４〜４２のいずれかに記載の波長変換装置において、前記反射体が特定の波長の光の少なくとも一部を透過することが出きる機能素子であることを特徴とする波長変換装置。
44. 請求項４３に記載の波長変換装置において、前記反射体の第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光のいずれか一方または双方に対する反射率が９９．８％以上であることを特徴とする波長変換装置。
45. 請求項３４〜４４のいずれかに記載の波長変換装置において、少なくとも２つの前記再入射レンズが一体に構成されていることを特徴とする波長変換装置。
46. 請求項３４〜４５のいずれかに記載の波長変換装置において、２つの波長変換素子の間に前記接続レンズが複数個あることを特徴とする波長変換装置。
47. 請求項３４〜４６のいずれかに記載の波長変換装置において、信号光ビームの光路上における前記接続レンズの位置と前記光路に対する角度の少なくとも一方を変える手段を有していることを特徴とする波長変換装置。
48. 請求項３４〜４７のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換装置の少なくとも１つの前記波長変換光回路部は、前記波長変換光回路部を構成する前記接続レンズの一方の側に前記第１の波長変換素子と前記第２の波長変換素子が配置されており、前記接続レンズの他方の側に前記接続レンズ光路を進行する信号光ビームの光路を変えることができる反射体などの信号光光路変更手段が設けられており、前記接続レンズを通る信号光ビームはその少なくとも一部が前記信号光光路変更手段によって光路を折り変えされて、その光路が前記第１の波長変換素子と第２の波長変換素子のうちの一方の波長変換素子から出射した信号光ビームが他方の波長変換素子に入射するように折り返されていることを特徴とする波長変換装置。
49. 本発明において、後述の波長変換素子本体に入射される入射光に含まれる第１の波長λ１の光を第１の波長λ１とは異なる波長である第２の波長λ２の光へ波長変換を行うことができる素子自体を波長変換素子本体ということにし、波長変換素子本体へ入射光を入射させる波長変換素子本体の端部を入射端部と定義し、入射光が波長変換素子本体に入射して前記波長変換素子本体内を第１の波長λ１の光から第２の波長λ２の光への波長変換を受けながら進行して第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光として到達する前記波長変換素子本体の前記入射端部とは異なる端部もしくは前記端部近傍を波長変換素子本体の到達端部と定義し、前記到達端部のうちでそこに前記波長変換を受けて到達した光を出射光として取り出す端部もしくは前記端部近傍を波長変換素子本体の出射端部と定義し、波長変換素子本体に入射される前の第１の波長λ１の光を含む入射光と前記入射光が波長変換素子本体に入射され波長変換を施されながら波長変換素子本体内を進行する第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含む入射光と波長変換素子本体に入射された前記入射光が波長変換素子本体内を進行して波長変換を施されて波長変換素子本体から出射した出射光のそれぞれをあるいはそれらを総称して信号光ともいうことにし、波長変換素子本体に光学系等を配置したものや波長変換素子本体等をケース等に実装したものを波長変換素子ということにし、前記波長変換素子を少なくとも１つ用いた波長変換装置において、前記波長変換素子に入射される入射光ビームは、前記波長変換素子の所定位置に集光されるように前記波長変換素子に入射するように構成されており、前記波長変換素子の前記所定位置は、前記波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる前記反射体が配置されているが前記反射体と前記波長変換素子の端部の間の光路に集光レンズ（以下、再入射レンズともいう）が配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に前記反射体も再入射レンズも配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、前記波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間の光路に再入射レンズが配置されている場合には入射端部と前記再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置。
50. 請求項４９に記載の波長変換装置において、少なくとも１つの波長変換素子は、少なくとも１つの再入射レンズを有しており、前記再入射レンズを通り当該波長変換素子に再入射する信号光ビームが、前記再入射レンズによって当該波長変換素子の所定位置に集光されるように当該波長変換素子に再入射するように構成されており、当該波長変換素子の前記所定位置は、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる反射体が配置されているが前記反射体と当該波長変換素子本体の間の光路に再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズの直後の再入射端部と当該波長変換素子本体の出射端部の間に反射体も再入射レンズとは別の他の再入射レンズも配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であり、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間の光路に反射体と当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されている場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と前記他の再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍であることを特徴とする波長変換装置。
51. 請求項４９または５０に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の前記入射端部になる表面とそれと反対側の表面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換装置。
52. 請求項４９〜５１のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体が分極反転領域を有する分極反転素子であることを特徴とする波長変換装置。
53. 請求項５２に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の表面と分極反転領域の境界面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換装置。
54. 請求項５２または５３に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の複数の分極反転領域の境界面同志が１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換装置。
55. 請求項５２〜５４のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の分極反転領域の幅が、前記波長変換素子本体に最初に入射した入射光の光路に直交する方向でかつ前記光路とその次の再入射光の光路を含む面における幅において少なくとも２ｍｍあることを特徴とする波長変換装置。
56. 請求項５２〜５５のいずれかに記載の波長変換装置において、前記分極反転素子がＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＬｉＮｂＯ３）あるいはＰＰＬＴ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＬｉＴａＯ３）あるいはＰＰＫＴＰ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＫＴｉＯＰＯ４）であることを特徴とする波長変換装置。
57. 請求項４９〜５６のいずれかに記載の波長変換装置において、少なくとも２つの前記再入射レンズが一体に構成されていることを特徴とする波長変換装置。
58. 請求項４９〜５７のいずれかに記載の波長変換装置において、信号光ビームの光路上における前記接続レンズの位置と前記光路に対する角度の少なくとも一方を変える手段を有していることを特徴とする波長変換装置。
59. 本発明において、後述の波長変換素子本体に入射される入射光に含まれる第１の波長λ１の光を第１の波長λ１とは異なる波長である第２の波長λ２の光へ波長変換を行うことができる素子自体を波長変換素子本体ということにし、波長変換素子本体へ入射光を入射させる波長変換素子本体の端部を入射端部と定義し、入射光が波長変換素子本体に入射して前記波長変換素子本体内を第１の波長λ１の光から第２の波長λ２の光への波長変換を受けながら進行して第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光として到達する前記波長変換素子本体の前記入射端部とは異なる端部もしくは前記端部近傍を波長変換素子本体の到達端部と定義し、前記到達端部のうちでそこに前記波長変換を受けて到達した光を出射光として取り出す端部もしくは前記端部近傍を波長変換素子本体の出射端部と定義し、波長変換素子本体に入射される前の第１の波長λ１の光を含む入射光と前記入射光が波長変換素子本体に入射され波長変換を施されながら波長変換素子本体内を進行する第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含む入射光と波長変換素子本体に入射された前記入射光が波長変換素子本体内を進行して波長変換を施されて波長変換素子本体から出射した出射光のそれぞれをあるいはそれらを総称して信号光ともいうことにし、波長変換素子本体に光学系等を配置したものや波長変換素子本体等をケース等に実装したものを波長変換素子ということにし、前記波長変換素子を少なくとも２つ用いて信号光の波長を変換する波長変換方法において、前記波長変換方法は、波長変換を施される信号光ビームの光路においてレンズ（以下、接続レンズともいう）を介して直列に接続されている少なくとも２つの波長変換素子を用いており、前記接続レンズを介して直列に接続されている２つの波長変換素子のうちの一方の波長変換素子（以下、第１の波長変換素子ともいう）の出射端部と他方の波長変換素子（以下、第２の波長変換素子ともいう）の入射端部の間の前記接続レンズを通る光路を含む信号光ビームの光路を接続レンズ光路ともいうことにして、前記接続レンズ光路の中間点を挟んで、前記接続レンズ光路の一方の側に前記第１の波長変換素子を配置し、前記接続レンズ光路の他方の側に前記第２の波長変換素子を配置し、前記第１の波長変換素子から出射した信号光ビームを、前記接続レンズを通り前記接続レンズによって前記第２の波長変換素子の所定位置に集光されるように前記第２の波長変換素子に入射するように構成し、前記第２の波長変換素子の前記所定位置が、前記第２の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる前記反射体が配置されているが前記反射体と前記第２の波長変換素子の端部の間の光路に集光レンズ（以下、再入射レンズともいう）が配置されていない場合には入射端部と出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍になるようにして信号光の波長を変換し、前記第２の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に前記反射体も再入射レンズも配置されていない場合には入射端部と出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍になるようにして信号光の波長を変換し、前記第２の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間の光路に前記反射体と再入射レンズが配置されている場合には入射端部と前記再入射レンズの直前の到達端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍になるようにして信号光の波長を変換することを特徴とする波長変換方法。
60. 請求項５９に記載の波長変換方法において、少なくとも１つの波長変換素子は、少なくとも１つの再入射レンズを有しており、前記再入射レンズを通り当該波長変換素子に再入射する信号光ビームが、前記再入射レンズによって当該波長変換素子の所定位置に集光されるように当該波長変換素子に再入射するように構成されており、当該波長変換素子の前記所定位置が、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる反射体が配置されているが前記反射体と当該波長変換素子本体の間の光路に当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と当該波長変換素子本体の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍になるようにして信号光の波長を変換し、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に反射体も当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズも配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍になるようにして信号光の波長を変換し、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間の光路に反射体と当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されている場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と前記他の再入射レンズの直前の到達端部の間の全光路長の中間点に相当する位置もしくはその近傍になるようにして信号光の波長を変換することを特徴とする波長変換方法。
61. 請求項５９または６０に記載の波長変換方法において、前記波長変換素子本体に分極反転領域を有する分極反転素子を用いることを特徴とする波長変換方法。
62. 本発明において、後述の波長変換素子本体に入射される入射光に含まれる第１の波長λ１の光を第１の波長λ１とは異なる波長である第２の波長λ２の光へ波長変換を行うことができる素子自体を波長変換素子本体ということにし、波長変換素子本体へ入射光を入射させる波長変換素子本体の端部を入射端部と定義し、入射光が波長変換素子本体に入射して前記波長変換素子本体内を第１の波長λ１の光から第２の波長λ２の光への波長変換を受けながら進行して第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光として到達する前記波長変換素子本体の前記入射端部とは異なる端部もしくは前記端部近傍を波長変換素子本体の到達端部と定義し、前記到達端部のうちでそこに前記波長変換を受けて到達した光を出射光として取り出す端部もしくは前記端部近傍を波長変換素子本体の出射端部と定義し、波長変換素子本体に入射される前の第１の波長λ１の光を含む入射光と前記入射光が波長変換素子本体に入射され波長変換を施されながら波長変換素子本体内を進行する第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含む入射光と波長変換素子本体に入射された前記入射光が波長変換素子本体内を進行して波長変換を施されて波長変換素子本体から出射した出射光のそれぞれをあるいはそれらを総称して信号光ともいうことにし、波長変換素子本体に光学系等を配置したものや波長変換素子本体等をケース等に実装したものを波長変換素子ということにし、前記波長変換素子を少なくとも２つ用いて信号光の波長を変換する波長変換方法において、前記波長変換方法は、波長変換を施される信号光ビームの光路においてレンズ（以下、接続レンズともいう）を介して直列に接続されている少なくとも２つの波長変換素子を用いており、前記接続レンズを介して直列に接続されている２つの波長変換素子のうちの一方の波長変換素子（以下、第１の波長変換素子ともいう）の出射端部と他方の波長変換素子（以下、第２の波長変換素子ともいう）の入射端部の間の前記接続レンズを通る光路を含む信号光ビームの光路を接続レンズ光路ともいうことにして、前記接続レンズ光路の中間点を挟んで、前記接続レンズ光路の一方の側に前記第１の波長変換素子を配置し、前記接続レンズ光路の他方の側に前記第２の波長変換素子を配置し、前記第１の波長変換素子から出射した信号光ビームを、前記接続レンズを通り前記接続レンズによって前記第２の波長変換素子の所定位置に集光されるように前記第２の波長変換素子に入射させ、前記第２の波長変換素子の前記所定位置が、前記第２の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる前記反射体が配置されているが前記反射体と前記第２の波長変換素子の端部の間の光路に集光レンズ（以下、再入射レンズともいう）が配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍になるようにして信号光の波長を変換し、前記第２の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間に前記反射体も再入射レンズも配置されていない場合には入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍になるようにして信号光の波長を変換し、前記第２の波長変換素子を構成している波長変換素子本体の入射端部と出射端部の間の光路に再入射レンズが配置されている場合には入射端部と前記再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍になるようにして信号光の波長を変換することを特徴とする波長変換方法。
63. 請求項６２に記載の波長変換方法において、少なくとも１つの波長変換素子は、少なくとも１つの再入射レンズを有しており、前記再入射レンズを通り当該波長変換素子に再入射する信号光ビームが、前記再入射レンズによって当該波長変換素子の所定位置に集光されるように当該波長変換素子に再入射するように構成されており、当該波長変換素子の前記所定位置が、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に、到達端部に到達した信号光ビームあるいは前記到達端部から出射した信号光ビームを前記到達端部あるいはその近傍に配置した反射体で反射させて同一波長変換素子本体に再入射させる反射体が配置されているが前記反射体と当該波長変換素子本体の間の光路に当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と当該波長変換素子本体の出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍になるようにして信号光の波長を変換し、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間に反射体も当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズも配置されていない場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と出射端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍になるようにして信号光の波長を変換し、当該波長変換素子を構成している波長変換素子本体の当該再入射レンズと当該波長変換素子本体の出射端部の間の光路に反射体と当該再入射レンズとは別の他の再入射レンズが配置されている場合には当該再入射レンズの直後の再入射端部と前記他の再入射レンズの直前の到達端部の間で当該信号光ビームが通る光路の光路長としてみたときの波長変換素子本体内における当該信号光ビームの体積を最小にするような集光位置もしくはその近傍になるようにして信号光の波長を変換することを特徴とする波長変換方法。
64. 請求項６２または６３に記載の波長変換方法において、前記波長変換素子本体に分極反転領域を有する分極反転素子であることを特徴とする波長変換方法。
65. 本発明において、入射光に含まれる第１の波長λ１の光を第１の波長λ１とは異なる波長である第２の波長λ２の光へ波長変換を行うことができる素子自体を波長変換素子ということにし、波長変換素子へ入射光を入射させる波長変換素子の端部を入射端部と定義し、入射光が波長変換素子に入射して前記波長変換素子内を第１の波長λ１の光から第２の波長λ２の光への波長変換を受けながら進行して第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光として到達する前記波長変換素子の前記入射端部とは異なる端部もしくは前記端部近傍を波長変換素子の到達端部と定義し、前記到達端部のうちでそこに前記波長変換を受けて到達した光を出射光として取り出す端部もしくは前記端部近傍を波長変換素子の出射端部と定義し、波長変換素子に入射される前の第１の波長λ１の光を含む入射光と前記入射光が波長変換素子に入射され波長変換を施されながら波長変換素子内を進行する第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含む入射光と波長変換素子に入射された前記入射光が波長変換素子内を進行して波長変換を施されて波長変換素子から出射した出射光のそれぞれをあるいはそれらを総称して信号光ともいうことにし、波長変換素子において、前記波長変換素子は、入射端部と出射端部とは異なる到達端部を少なくとも１つ有しており、前記到達端部あるいはその近傍に、そこに到達した信号光としての少なくとも第１の波長λ１の光を反射して前記波長変換素子内を第２の波長λ２の光への波長変換を受けさせながら進行させるように作用する反射体が配置されており、前記波長変換素子には分極反転領域を有する分極反転素子が用いられており、条件１を波長変換素子の入射面と分極反転領域の境界面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることであるとし、条件２を波長変換素子の出射面と分極反転領域の境界面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることであるとし、条件３を複数の分極反転領域の境界面同志が１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることであるとし、条件４を前記分極反転領域の幅が、前記波長変換素子に最初に入射した入射光の光路に直交する方向でかつ前記光路とその次の再入射光の光路を含む面における幅において少なくとも２ｍｍあることとし、条件5を前記波長変換素子の前記入射端部になる表面とそれと反対側の表面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることして、前記波長変換素子は、前記条件１〜５のうちの少なくとも２つを満たしていることを特徴とする波長変換素子。
    

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