JPH02213823A

JPH02213823A - 光波長変換装置

Info

Publication number: JPH02213823A
Application number: JP3556989A
Authority: JP
Inventors: Chiaki Goto; 後藤　千秋; Ichiro Miyagawa; 一郎宮川
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1989-02-15
Filing date: 1989-02-15
Publication date: 1990-08-24

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】（産業上の利用分野）本発明は、基本波をその１／２の波長の第２高調波等に
変換する光波長変換装置に関し、特に詳細には基本波を
光波長変換素子に入力するための光学系が改良された光
波長変換装置に関するものである。

（従来の技術）従来より、非線形光学材料による第２高調波発生を利用
して、レーザ光を波長変換（短波長化）する試みが種々
なされている。このようにして波長変換を行なう光波長
変換素子として具体的には、例えば［光エレクトロニク
スの基礎Ｊ　Ａ、　ＹＡＲＩＶ著、多田邦雄、神谷武志
訳（丸善株式会社）のｐ２００〜２０４に示されるよう
なバルク結晶型のものがよく知られている。ところがこ
の光波長変換素子は、位相整合条件を満たすために結晶
の複屈折を利用するので、非線形性が大きくても複屈折
性が無い材料あるいは小さい材料は利用できない、とい
う問題があった。

上記のような問題を解決できる光波長変換素子として、
いわゆるファイバー型のものが提案されている。この光
波長変換素子は、クラッド内に非線形光学材料からなる
コアが充てんされた光ファイバーであり、応用物理学会
懇話会微小光学研究グループ機関誌ＶＯＬ、　　３．　
Ｎｏ、２．　　ｐ２８〜３２にはその一例が示されてい
る。このファイバー型の光波長変換素子は、基本波と第
２高調波との間の位相整合をとることも容易であるので
、最近ではこのファイバー型光波長変換素子についての
研究が盛んになされている。

また、例えば特開昭６３−１５２３３号、同６３−１５
２３４号公報に示されるように、クラッド部となる２枚
の基板の間に非線形光学材料からなる２次元光導波路を
形成した２次元光導波路型の光波長変換素子も知られて
いる。さらには、ガラス基板内に非線形光学材料からな
る３次元光導波路が埋め込まれてなり、ガラス基板中に
第２高調波を出射する３次元光導波路型の光波長変換素
子も知られている。これらの２次元あるいは３次元光導
波路型光波長変換素子も、上述のような特長を有してい
る。

また、特願昭６３−７２７５２号明細書において、和周
波および差周波も同様に、ファイバー型波長変換素子に
よって発生することが詳細に記されている。導波路型光
波長変換素子における和差周波発生についても特願昭６
３−７２７５３号明細書において詳細に記されている。

さらに３次の非線形性を利用した第３高調波発生も十分
に可能である。

なお以上列挙した光導波路型（ファイバー型のものも含
むものとする）の光波長変換素子は、主に導波部が非線
形光学材料から形成されたものであるが、クラッド部の
みを、あるいは導波部とクラッド部の双方を非線形光学
材料から形成してもよい。すなわち導波部を進行する導
波光の一部はエバネッセント波としてクラッド部に浸み
出すので、クラッド部が非線形光学材料から形成されて
いれば、このエバネッセント波が波長変換されうる。

（発明が解決しようとする課題）ところで上述のような光導波路型（ファイバー型のもの
も含むものとする）の光波長変換素子にあっては、光密
度を高めて波長変換効率を上げるために、導波部の断面
寸法（例えばファイバー型素子にあってはコア径、２次
元光導波路型素子にあっては導波路厚さ）が１〜２μｍ
と極めて小さくされることが多い。このような導波部に
基本波を入力させる方法としては従来より、基本波を集
束光学系によって小さなスポットに絞って導波部端面に
照射するという方法が広く採用されているが、導波部の
断面寸法が上述のように小さい場合は、光学調整を許容
誤差±０．１μｍ程度の精度で行なう必要がある。以下
、このことを実例を挙げて詳しく説明する。

例えば第４図に示すように、基本波光源である半導体レ
ーザ１６から発せられたレーザ光１５をコリメーターレ
ンズ１７に通して平行光とし、次にアナモルフィックプ
リズムペアー１８に通してビーム断面形状を正円形とし
、集束レンズ５０により小さなスポットに絞って、ファ
イバー型光波長変換素子５１のコア５２の端面に照射す
る場合を考える。ここで、コリメーターレンズ１７と集
束レンズ５０の焦点距離がそれぞれ８ｍｍ、４ｍｍ、コ
ア５２の直径が１．２μｍ１そしてレーザ光１５のスポ
ット径が同じ＜１．２μｍであるとする。また絞られた
スポットのコア端面に対する位置許容誤差（光軸に直角
なｘＳｙ方向のもの）が±０．１μｍ程度とする。レー
ザ光１５のスポットをコア５２の端面に対して同心かつ
同径状態で照射させるための光学調整を、■　光波長変
換素子５１の位置調整 ■　集束レンズ５０の位置調整 ■　コリメーターレンズ１７の位置調整■　半導体レー
ザ１６の位置調整によって行なうことを考えると、■および■の位置調整
の許容誤差は±０．１μｍ、■および■の場合の許容誤
差は±０．２μｍとなり、いずれにしても光学系の調整
は困難を極める。

一方、上記のような光学調整を容易にするために、光フ
ァイバーの入力端に屈折率分布型のロッドレンズを取り
付けたバーチャル・ファイバーが提案されており、ファ
イバー型の光波長変換素子にあってはこのようなロッド
レンズを採用することもできるが、そうしても上述の許
容誤差はたがだか２倍程度になるだけで、大幅な改善と
はなり得ない。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり
、導波部端面から基本波を効率良く入射させるための光
学調整を容易に行なうことができる光波長変換装置を提
供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段）本発明による光波長変換装置は、先に述べたような光導波型の光波長変換素子、すなわち
、クラッド部と、それよりも高屈折率で該クラッド部内
に配された導波部とを有し、これらクラッド部と導波部
の少なくとも一方が非線形光学材料から形成されてなり
、上記導波部を導波した基本波を波長変換する光波長変
換素子と、基本波としてのレーザ光を発するレーザ光源
と、上記レーザ光を小さなスポットに絞って上記導波部
の端面に照射する集束光学系とからなる光波長変換装置
において、上記集束光学系が、焦点距離の絶対値が比較的小さい第
１のレンズと、焦点距離の絶対値が比較的大きくて第１
のレンズよりも上記レーザ光源側に配された第２のレン
ズとを備え、この第２のレンズが、第１のレンズと独立して位置調整
可能とされていることを特徴とするものである。

（作　　用）上記の構成においては、第１、第２のレンズの焦点距離
絶対値をそれぞれｆｌｓｆＺとしたとき、第２のレンズ
の光軸と直角な方向への移動量ΔＸと、この移動による
ビームスポットの同方向への移動量ΔＸとは次の関係に
ある。

ΔＸ”　（ｆｔ　／ｆｚ　）ΔＸ　　　　−・−−−−
（１）一方第２のレンズの光軸方向への移動量Δ２と、
この移動によるビームスポットの同方向への移動量ΔＺ
とは次の関係にある。

ΔＺ＝　（ｆｔ　／　ｆｚ　）　２　Δｚ・・・・・・
（２）このように本発明装置においては、ビームスポッ
ト位置をある所定量移動させるために必要な第２のレン
ズの移動量は、両焦点距離の絶対値の比（ｆｌ／ｆｚ）
を小さく設定することにより、十分に大きくなり得る。

つまり本装置においてはビームスポット位置の微調整を
、第２のレンズを大きく動かして行なうことが可能とな
る。

（実　施　例）以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。

第１図は、本発明の一実施例による光波長変換装置を示
している。この光波長変換装置は、−例としてファイバ
ー型の光波長変換素子１ｏと、波長変換される基本波と
してのレーザ光１５を発する半導体レーザ１６と、この
レーザ光１５を光波長変換素子１０に入力させるための
集束光学系２ｏとを有している。

上記の光波長変換素子１０は第２図に詳しく示す通り、
クラッド１２の中心の中空部分内に、非線形光学材料か
らなるコア１１が充てんされた光ファイバーである。上
記非線形光学材料としては、波長変換効率が高い有機非
線形光学材料を用いるのが好ましい。本例では特に特開
昭６２−２１０４３２号公報に示される３、５−ジメチ
ル−１−（４ニトロフエニル）ピラゾール（以下、ＰＲ
Ａと称する）によってコア１１を形成している。なお、
このような有機非線形光学材料をコアとしてファイバー
型の光波長変換素子を作成する方法については、例えば
特開昭６２−２３１９４５号公報に詳しい記載がなされ
ている。

基本波発生手段としての半導体レーザ（波長：８７０　
ｎｍ）　１［１から射出された発散ビームであるレーザ
光（基本波）１５はコリメーターレンズ１７によって平
行ビームとされ、アナモルフィックプリズムペアー１８
によってビーム断面形状が正円形に整形され、さらに集
束光学系２０によって集光され、コア１１の端面１１ａ
上においてそれと同径（本例では１．２μｍ）の小さな
スポットＰに集束する。それにより該レーザ光１５が光
波長変換素子ｌｏ内に入射する。この基本波１５は、コ
ア１１を構成するＰＲＡにより、波長が１／２　（−４
３５ｎｍ）の第２高調波１５′　に変換される。この第
２高調波１５′　はクラッド１２中に放射し、その外表
面と周囲媒質（通常は空気）との界面の間で全反射を繰
り返して素子１０内を端面側に進行する。位相整合は、
基本波１５のコア部での導波モードと、第２高調波１５
′　のクラッド部への放射モードとの間で取られる（い
わゆるチェレンコフ放射の場合）。

光波長変換素子１０の出射端面ｆｏｂからは、上記第２
高調波１５′　を含むビーム１５”が出射する。この出
射ビーム１５“は図示しないフィルターに通され、第２
高調波１５’　のみが取り出されて利用される。

ここで、上述のように小さなビームスポットＰに集束し
たレーザ光１５は、光波長変換素子ＩＯへの入力結合効
率を高めるために、コア端面１１ａに対して、例えば誤
差±０．１μｍの精度で正確に同心かつ同径状に照射さ
れる必要がある。そのため本装置においては集束光学系
２０が、焦点距離ｆｌ−４ｍｍの第１のレンズ（凸レン
ズ）２１と、それよりも十分に長い焦点距離ｆｚ　＝２
００　ｍｍを有し、第１のレンズ２１よりも半導体レー
ザ１６側に配された第２のレンズ（凸レンズ）２２とか
ら構成されている。そしてこの第２のレンズ２２は、第
１のレンズ２１の保持枠２３とは別体の保持枠２４に保
持され、第１のレンズ２１とは独立して光軸方向２と、
光軸方向と直角でかつ互いに直交するＸＳ”／方向に移
動可能とされている。

前述の（１）式において、ΔＸ−０，１μｍとすると、
この場合ｆ　１／　ｆ　ｚ　−４／２００　＝０．０２
であるから、Δｘ−５μｍとなる。つまり換言すれば、
第２のレンズ２２のｘ、ｙ方向の位置調整を±５μｍの
誤差で行ない得れば（これは十分可能である）、上記ビ
ームスポットＰのＸ％Ｙ方向位置調整を誤差±０．１μ
ｍで精度良く行なうことかできる。

同様にして上記ビームスポットＰの２方向の位置調整に
ついては、前記（２）式より ΔＺ＝　（４／２００　）　２Δ２であるから、ビームスポット位置の許容誤差をΔＺ−±
１μｍとすれば、Δ２−±２．５　ｍｍとなる。

つまり、第２のレンズ２２の２方向の位置調整を±２’
、５ｍｍの誤差で行ない得れば（これも十分可能である
）、ビームスポットＰの２方向位置調整を誤差±１μｍ
で精度良く行なうことができる。

なお上記のように長い焦点距離の第２のレンズ２２が用
いられていても、コア端面１１ａの上で集束するレーザ
光１５は、最終的には焦点距離ｆ１−４ｍｍと短い第１
のレンズ２１から出射するようにされているので、装置
かいたずらに長大化することはない。

次に、第３図を参照して本発明の第２実施例について説
明する。なおこの第３図において、前記第２図中の要素
と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明
は特に必要の無い限り省略する。この装置においては集
束光学系２０が、前述の第１のレンズ２１および第２の
レンズ２２に加えて、さらに第３のレンズ３３を備えて
いる。本例では、この第３のレンズ３３の焦点距離ｆ３
＝２０００ｍｍとされている。そしてこの第３のレンズ
３３も、前述の保持枠２３．２４とは別の保持枠３４に
保持され、第１、第２のレンズ２１．２２とは独立して
位置調整可能とされている。

この場合、ΔＸ＝（ｆｘ／ｆ３）ΔＸであるので、ΔＸ＝　（４／２０００）ΔＸとなる。し
たがってこの第３のレンズ３３を移動させてビームスボ
ッｌ−Ｐのｘ、ｙ方向位置調整をすることにより、第１
実施例と比べればさらに１桁高い精度の光学調整が可能
となる。

なおこの構成においては、比較的粗い微調整を第２のレ
ンズ２２を用いて行ない、極めて精密な微調整は第３の
レンズ３３を用いて行なうようにすれば便利である。

以上述べた実施例においては、第２のレンズ２２として
凸レンズが用いられているが、本発明においてはこの第
２のレンズとして凹レンズが用いられてもよい。また第
１、第２および第３のレンズとしては、単レンズに限ら
ず、組合せレンズが用いられても構わない。

また本発明は、ファイバー型の光波長変換素子以外、前
述の２次元あるいは３次元光導波路型の光波長変換素子
を用いる場合においても同様に適用可能であり、さらに
は、基本波を第２高調波に変換する場合のみならす、前
述の第３高調波等に変換する場合においても適用可能で
ある。

（発明の効果）以上詳細に説明した通り本発明の光波長変換装置におい
ては、基本波を小さなビームスポットに絞って光波長変
換素子の導波部端面に照射する集束光学系か、焦点距離
の絶対値が比較的小さい第１のレンズと、焦点距離の絶
対値が比較的大きくて第１のレンズよりも光源側に配さ
れた第２のレンズとを備え、この第２のレンズが第１の
レンズと独立して位置調整可能とされているから、該第
２のレンズを比較的粗い精度で位置調整しても、上記ビ
ームスポットの位置調整を極めて高精度に行なうことが
可能となる。したがって本装置によれば、光学調整は容
易にして、光波長変換素子への基本波入力効率を高め、
高強度の波長変換波を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１−図は本発明の第１一実施例を示す概略側面図、第
２図は上記第１実施例装置の光波長変換素子を詳しく示
す斜視図、第３図は本発明の第２実施例を示す概略側面図、第４図
は従来の光波長変換装置の一例を示す概略側面図である
。１０・・・光波長変換素子　　１１・・・コア１２・・
・クラッド　　　　　１５・・・レーザ光（基本波）】
６・・・半導体レーザ　　　１７・・・コリメーターレ
ンズ２０・・・集束光学系　　　　２１・・・第１のレ
ンズ２２・・・第２のレンズ　　　２３．２４．３４・
・・保持枠３３・・・第３のレンズ

Claims

【特許請求の範囲】クラッド部と、それよりも高屈折率で該クラッド部内に
配された導波部とを有し、これらクラッド部と導波部の
少なくとも一方が非線形光学材料から形成されてなり、
前記導波部を導波した基本波を波長変換する光波長変換
素子と、基本波としてのレーザ光を発するレーザ光源と、このレ
ーザ光を小さなスポットに絞って前記導波部の端面に照
射する集束光学系とからなる光波長変換装置において、前記集束光学系が、焦点距離の絶対値が比較的小さい第
１のレンズと、焦点距離の絶対値が比較的大きくて第１
のレンズよりも前記レーザ光源側に配された第２のレン
ズとを備え、この第２のレンズが、第１のレンズと独立して位置調整
可能とされていることを特徴とする光波長変換装置。