JP2686536B2 - 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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- 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
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- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
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- G—PHYSICS
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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- G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends
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- 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
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- G02F1/372—Means for homogenizing the output beam
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- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
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ピックアップが知られている
（特開昭61−50122号公報参照）。
ーザ光ビームの波長を半分に変換することにより、ディ
スクに対する情報の書込み及び読取りをより高密度にて
行ない得るようにした光ピ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SHG（Second Harmonics Generato
r;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
波の発生が可能である。第３図はその概念図である。
用いた光ファイバー型SHG（Second Harmonics Generato
r;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
とθの角をなす方向に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波が生成されたことにな
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
とθの角をなす方向に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波が生成されたことにな
る。
クラッドのSH波長に対する屈折率をnclad（２ω）と
すると、この位相整合条件は、図を参照して Ｎ（ω）＝nclad（２ω）cosθ ……（１） となる。すなわち、 Ｎ（ω）＜nclad（２ω） ……（２） でありさえすれば、SH波は自動的に位相整合のとれたθ
方向に発生されるのである。一般に、基本波に対するク
ラッドおよびコアの屈折率をnclad（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、 nclad（ω）＜Ｎ（ω）＜ｎ（ω） ……（３） である。また、クラッドの屈折率の波長分散を考える
と、nclad（ω）＜Nclad（２ω）であるから nclad（ω）＜ｎ（ω）＜nclad（２ω） ……（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）＜nclad（２ω）＜ｎ（ω） であってもある範囲のコア径で（２）式を満たす基本波
モードが存在する。
すると、この位相整合条件は、図を参照して Ｎ（ω）＝nclad（２ω）cosθ ……（１） となる。すなわち、 Ｎ（ω）＜nclad（２ω） ……（２） でありさえすれば、SH波は自動的に位相整合のとれたθ
方向に発生されるのである。一般に、基本波に対するク
ラッドおよびコアの屈折率をnclad（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、 nclad（ω）＜Ｎ（ω）＜ｎ（ω） ……（３） である。また、クラッドの屈折率の波長分散を考える
と、nclad（ω）＜Nclad（２ω）であるから nclad（ω）＜ｎ（ω）＜nclad（２ω） ……（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）＜nclad（２ω）＜ｎ（ω） であってもある範囲のコア径で（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光第２高調波は、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、ファイバー端面
からコアの中心軸に対して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第２高調波
の出射波面の等位相面はファイバーの中心軸を軸とした
円錐状の円錐面波になっている。
（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、ファイバー端面
からコアの中心軸に対して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第２高調波
の出射波面の等位相面はファイバーの中心軸を軸とした
円錐状の円錐面波になっている。
この第２高調波を有効にオプトエレクトロニクスに応
用するためには、この出射波面を平面することが好まし
く、第４図に示すように、光波長変換素子10のビーム出
射後の光路中に頂角が２αの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の作用によって第２
高調波をコリメートし（平行光にし）、円錐状の等位相
面を平面にすること、すなわち平面波にすることが可能
である。
用するためには、この出射波面を平面することが好まし
く、第４図に示すように、光波長変換素子10のビーム出
射後の光路中に頂角が２αの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の作用によって第２
高調波をコリメートし（平行光にし）、円錐状の等位相
面を平面にすること、すなわち平面波にすることが可能
である。
しかしながら、円錐プリズム20をプラスチック等で作
るとすると、円錐形であるが故に中心部の厚みが厚く、
プラスチックの成形により作るにはいわゆる“ひけ”や
“歪”等が発生し易く、これらをなくすことは容易では
ない。
るとすると、円錐形であるが故に中心部の厚みが厚く、
プラスチックの成形により作るにはいわゆる“ひけ”や
“歪”等が発生し易く、これらをなくすことは容易では
ない。
発明の概要 本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、
大量かつ安価に得られる光学部品によって第２高調波を
コリメートし得るようにした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。
大量かつ安価に得られる光学部品によって第２高調波を
コリメートし得るようにした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。
本発明によるファイバー型光波長変換装置は、コアと
これを囲むクラッドとからなり一方端面から入射された
基本波をその半波長の第２高調波に変換し、該第２高調
波を他方端面から所定放射角にて放射するチェレンコフ
放射方式のファイバー型光波長変換素子と、前記コアの
中心軸を光軸とし、これに垂直な入射面並びに、光軸を
含む平面における断面が鋸歯状である複数の輪帯からな
る出射面を有するフレネルレンズとを備え、前記フレネ
ルレンズは前記出射面における前記光軸となす頂角αが
一定であり、かつ前記第２高調波の前記入射面への入射
角をｘ、前記フレネルレンズの屈折率をｎ、前記入射面
における屈折角をｙ、前記周射面への入射角をｚとする
と、 sin ｘ＝ｎ・sin ｙ ｙ＋ｚ＝（π/2）−α cos α＝ｎ・sin ｚ なる条件を満足するように設定されることを特徴とす
る。
これを囲むクラッドとからなり一方端面から入射された
基本波をその半波長の第２高調波に変換し、該第２高調
波を他方端面から所定放射角にて放射するチェレンコフ
放射方式のファイバー型光波長変換素子と、前記コアの
中心軸を光軸とし、これに垂直な入射面並びに、光軸を
含む平面における断面が鋸歯状である複数の輪帯からな
る出射面を有するフレネルレンズとを備え、前記フレネ
ルレンズは前記出射面における前記光軸となす頂角αが
一定であり、かつ前記第２高調波の前記入射面への入射
角をｘ、前記フレネルレンズの屈折率をｎ、前記入射面
における屈折角をｙ、前記周射面への入射角をｚとする
と、 sin ｘ＝ｎ・sin ｙ ｙ＋ｚ＝（π/2）−α cos α＝ｎ・sin ｚ なる条件を満足するように設定されることを特徴とす
る。
実 施 例 以下、本発明の一実施例を図に基づいて詳細に説明す
る。
る。
第１図において、ファイバー型光波長変換素子10から
出射される第２高調波である２次光はフレネルレンズ30
の光軸に垂直な入射面に入射し、このフレネルレンズ30
において平行光に変換される。フレネルレンズ30は、第
４図に示す円錐プリズム20における光軸から円錐プリズ
ム面までの高さ断面鋸歯状の複数の輪帯に分割する如く
になされ、その輪帯においては出射面が頂角２αの円錐
面の一部になるように構成され、各輪帯における出射面
の頂角がαとなっている。このように、２次光を平行光
に変換する光学部品としてフレネルレンズ30を用いるこ
とにより、部品の厚みを薄くすることができる。また、
分割する輪帯数は任意であり、その数を多くする程フレ
ネルレンズ30の厚みを薄くすることができる。
出射される第２高調波である２次光はフレネルレンズ30
の光軸に垂直な入射面に入射し、このフレネルレンズ30
において平行光に変換される。フレネルレンズ30は、第
４図に示す円錐プリズム20における光軸から円錐プリズ
ム面までの高さ断面鋸歯状の複数の輪帯に分割する如く
になされ、その輪帯においては出射面が頂角２αの円錐
面の一部になるように構成され、各輪帯における出射面
の頂角がαとなっている。このように、２次光を平行光
に変換する光学部品としてフレネルレンズ30を用いるこ
とにより、部品の厚みを薄くすることができる。また、
分割する輪帯数は任意であり、その数を多くする程フレ
ネルレンズ30の厚みを薄くすることができる。
このフレネルレンズ30の作成に当っては、例えばコン
ピュータ制御の加工機によって金型を加工し、プラスチ
ックの射出成形により作成すれば、安価にかつ大量に作
ることができる。
ピュータ制御の加工機によって金型を加工し、プラスチ
ックの射出成形により作成すれば、安価にかつ大量に作
ることができる。
次に、かかる構成におけるフレネルレンズ30の作用に
ついて説明する。
ついて説明する。
ファイバー型光波長変換素子10によって波長変換され
た第２高周波（２次光）はフレネルレンズ30に入射する
と、各輪帯において、入射面で一度屈折され、さらに出
射面で屈折されて出射される。ここで、第２図に示すよ
うに、フレネルレンズ30の光軸に対する入射光の入射角
をｘ（ファイバー型光波中変換素子10からの出射角）フ
レネルレンズ30の屈折率をｎ、その入射面における屈折
角をｙ、その出射面への入射角をｚとしたとき、各輪帯
における出射面の頂角α（出射面が光軸となる角）を sin ｘ＝ｎ・sin ｙ ｙ＋ｚ＝（π/2）−α cos α＝ｎ・sin ｚ なる条件を満足するように設定すれば、入射光が各輪帯
においてコリメートされ、円錐面波の第２高調波はフレ
ネルレンズ30によって平面波の平行光に変換されること
になる。
た第２高周波（２次光）はフレネルレンズ30に入射する
と、各輪帯において、入射面で一度屈折され、さらに出
射面で屈折されて出射される。ここで、第２図に示すよ
うに、フレネルレンズ30の光軸に対する入射光の入射角
をｘ（ファイバー型光波中変換素子10からの出射角）フ
レネルレンズ30の屈折率をｎ、その入射面における屈折
角をｙ、その出射面への入射角をｚとしたとき、各輪帯
における出射面の頂角α（出射面が光軸となる角）を sin ｘ＝ｎ・sin ｙ ｙ＋ｚ＝（π/2）−α cos α＝ｎ・sin ｚ なる条件を満足するように設定すれば、入射光が各輪帯
においてコリメートされ、円錐面波の第２高調波はフレ
ネルレンズ30によって平面波の平行光に変換されること
になる。
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
長変換装置によれば、光波長変換素子によって波長変換
された光を平行光に変換するプリズムとしてフレネルレ
ンズを用いた構成となっているので、プラスチックの射
出成形により大量かつ安価に得られるフレネルレンズに
よって第２高調波をコリメートすることができる。
長変換装置によれば、光波長変換素子によって波長変換
された光を平行光に変換するプリズムとしてフレネルレ
ンズを用いた構成となっているので、プラスチックの射
出成形により大量かつ安価に得られるフレネルレンズに
よって第２高調波をコリメートすることができる。
第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は第１
図におけるフレネルレンズの作用を説明するための図、
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第２高調波をコリメート
す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 20……円錐プリズム 30……フレネルレンズ
図におけるフレネルレンズの作用を説明するための図、
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第２高調波をコリメート
す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 20……円錐プリズム 30……フレネルレンズ
Claims (1)
- 【請求項１】コアとこれを囲むクラッドとからなり一方
端面から入射された基本波をその半波長の第２高調波に
変換し、該第２高調波を他方端面から所定放射角にて放
射するチェレンコフ放射方式のファイバー型光波長変換
素子と、前記コアの中心軸を光軸とし、これに垂直な入
射面並びに、光軸を含む平面における断面が鋸歯状であ
る複数の輪帯からなる出射面を有するフレネルレンズと
を備え、前記フレネルレンズは前記出射面における前記
光軸となす頂角αが一定であり、かつ前記第２高調波の
前記入射面への入射角をｘ、前記フレネルレンズの屈折
率をｎ、前記入射面における屈折角をｙ、前記出射面へ
の入射角をｚとすると、 sin ｘ＝ｎ・sin ｙ ｙ＋ｚ＝（π/2）−α cos α＝ｎ・sin ｚ なる条件を満足するように設定されることを特徴とする
ファイバー型光波長変換装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63123415A JP2686536B2 (ja) | 1988-05-20 | 1988-05-20 | ファイバー型光波長変換装置 |
| US07/354,815 US4909587A (en) | 1988-05-20 | 1989-05-22 | Fibre-type light conversion device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63123415A JP2686536B2 (ja) | 1988-05-20 | 1988-05-20 | ファイバー型光波長変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01293327A JPH01293327A (ja) | 1989-11-27 |
| JP2686536B2 true JP2686536B2 (ja) | 1997-12-08 |
Family
ID=14859994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63123415A Expired - Fee Related JP2686536B2 (ja) | 1988-05-20 | 1988-05-20 | ファイバー型光波長変換装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4909587A (ja) |
| JP (1) | JP2686536B2 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0820657B2 (ja) * | 1988-07-26 | 1996-03-04 | 富士写真フイルム株式会社 | 光波長変換素子 |
| EP0352751B1 (en) * | 1988-07-26 | 1996-03-27 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Optical wavelength converter device and optical wavelength converter module |
| JPH02153328A (ja) * | 1988-12-05 | 1990-06-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光源装置 |
| JP2878701B2 (ja) * | 1989-01-13 | 1999-04-05 | 株式会社東芝 | 波長変換光学素子 |
| US5377291A (en) * | 1989-01-13 | 1994-12-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Wavelength converting optical device |
| JPH03111826A (ja) * | 1989-09-26 | 1991-05-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 波長変換素子 |
| US5080462A (en) * | 1989-11-02 | 1992-01-14 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Optical wavelength converter device and optical wavelength converter system |
| JPH03166531A (ja) * | 1989-11-27 | 1991-07-18 | Pioneer Electron Corp | ファイバー型光波長変換装置 |
| US5140469A (en) * | 1990-10-03 | 1992-08-18 | Raytheon Company | Illumination apparatus for semiconductor fabrication including conical optical means |
| JPH04215622A (ja) * | 1990-12-14 | 1992-08-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光源装置 |
| DE4230224A1 (de) * | 1992-09-10 | 1994-03-17 | Bundesrep Deutschland | Strahlaufspaltungs- und Fokussierungsoptik |
| US5812319A (en) * | 1995-10-31 | 1998-09-22 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Sacrificial micro-gratings |
| US7213874B2 (en) * | 2005-03-09 | 2007-05-08 | Nissan Technical Center North America, Inc. | Vehicle roof structure |
| US7474820B2 (en) * | 2006-04-27 | 2009-01-06 | Invuity, Inc. | Micro-optic adapters and tips for surgical illumination fibers |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57211125A (en) * | 1981-06-23 | 1982-12-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Light wavelength converting element |
| JPS6150122A (ja) * | 1984-08-18 | 1986-03-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光ピックアップ装置 |
| US4726662A (en) * | 1985-09-24 | 1988-02-23 | Talig Corporation | Display including a prismatic lens system or a prismatic reflective system |
| US4824227A (en) * | 1985-11-20 | 1989-04-25 | North American Philips Corporation | Optimum riser angle for fresnel lenses in projection screens |
| JPS62212608A (ja) * | 1986-03-14 | 1987-09-18 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 光フアイバ−用コリメ−タ−素子 |
| JPS6315235A (ja) * | 1986-07-08 | 1988-01-22 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光波長変換素子 |
| JPS63254424A (ja) * | 1987-04-13 | 1988-10-21 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光量モニタ−付光波長変換素子 |
-
1988
- 1988-05-20 JP JP63123415A patent/JP2686536B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1989
- 1989-05-22 US US07/354,815 patent/US4909587A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4909587A (en) | 1990-03-20 |
| JPH01293327A (ja) | 1989-11-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |