JPH04225335A

JPH04225335A - 光源装置

Info

Publication number: JPH04225335A
Application number: JP40816990A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Hattori; 康弘服部
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1990-12-27
Filing date: 1990-12-27
Publication date: 1992-08-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２次高調波発生素子を
用いてレーザ光から２次高調波を発生させ、その２次高
調波およびもとの基本波を同時に平行光線として取り出
すことのできる光源装置に関する。

【０００２】

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

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

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

【０００５】この方式は、図１８に示すように、Ａ点に
おいて光導波部１１を伝搬している光から２次高調波が
発生し、角度θをもって基板１２およびオーバーレイヤ
ー１３に洩れ出したとすると、単位時間後Ｂ点において
ふたたびθ方向に出射した２次高調波の等位相面と、上
記２次高調波の等位相面が合致する場合に、この角度θ
方向に２次高調波が射出されるというものである。基本
波に対する基板の屈折率をｎｓ　（ω）、導波部の屈折
率をｎＧ　（ω）、２次高調波に対する基板の屈折率を
ｎＳ　（２ω）とすると、ｎＳ　（２ω）＞ｎＧ　（ω）＞ｎＳ　（ω）の条件さ
え満足すれば自動的に位相整合がとれ、チェレンコフ放
射が可能となるので、このチェレンコフ放射は最も簡単
に位相整合を取ることのできる方式として採用されてい
る。

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

【０００７】これに対し、光ファイバ型の２次高調波発
生素子は軸対称であるため、２次高調波はリング状に拡
がり、平行光線にすることもできる。そこで、レーザ光
源と、レーザ光源から出るレーザ光から２次高調波を発
生する光ファイバ型２次高調波発生素子と、円対称傾斜
面を有し、２次高調波発生素子から出射した２次高調波
を平行光線に変換するコリメートレンズとを備えた光源
装置が開示されている（特開平１−２８７５３１号公報
参照）。

【０００８】上記の構成の光源装置によれば、レーザ光
源から出るレーザ光を光ファイバ型２次高調波発生素子
に導き２次高調波を発生させると、２次高調波は軸対称
、かつ円錐形状の等位相面を有する波となって光ファイ
バの端面から拡がっていく。図１９は、この様子を示し
たものであり、２次高調波は光ファイバ４のクラッド４
２を通して、円錐状のビームＢとなって拡がっていく。そこで、円対称傾斜面を少なくとも部分的に有するコリ
メートレンズに、この２次高調波を通すことにより、２
次高調波の平行光線を得ることができる。

【０００９】なお、コリメートレンズは実際の円錐形状
をしていなくともよく、円錐形状の等位相面を有する波
面を平行波面に変換するものであればよい。例えば回折
格子を応用したグレーティングアクシコンレンズを使っ
てもよい（特開平２−１５３３２８号公報参照）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の光源
装置から出る光のうち、２次高調波は平行光線に変換さ
れるが、基本波は広がってしまい、迷光となって測定の
支障になる。図２０は、この様子を示したものであり、
２次高調波Ｂ２は平行光線に変換されても、基本波光束
Ｂ１　は、円錐レンズ５を通ったり通らなかったりして
広がってしまう。

【００１１】このため、例えば光ディスク再生装置にお
いて、集束された２次高調波を利用しようとしても、光
検出器が基本波に対して感応するものであれば、迷光と
なった基本波が反射して光検出器に入りノイズ成分とし
て信号に乗ってしまい、Ｓ／Ｎが悪くなるということが
あった。勿論波長フィルタを挿入して基本波をカットし
てもよいが、十分な程度にカットするには波長フィルタ
が何枚も必要なので、波長フィルタの挿入損失のために
、もともと光量の少ない２次高調波が減衰を受け、位置
制御（現在この種の装置では２次高調波を使って読出し
点の位置制御を行っている）が十分にできず、さらに取
り扱いにくいものになってしまう。

【００１２】本発明は、レーザ光源から出るレーザ光に
基づき２次高調波を発生する光ファイバ型２次高調波発
生素子と、２次高調波発生素子から出射した２次高調波
を平行光線に変換するコリメートレンズとを備えた光源
装置において、基本波光線の無駄な広がりを防止し迷光
の発生を押さえることができるようにした光源装置を提
供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の光源装置は、コリメートレンズに、光ファ
イバ型２次高調波発生素子から出射され球面状に広がる
基本波を平行光線に変換する変換面が形成されているも
のである（請求項１）。また、上記コリメートレンズに
は、２次高調波発生素子から出射され球面状に広がる基
本波を曲率の異なる球面波に変換する変換面が形成され
ているものである（請求項２）。

【００１４】これらの「変換面」は、例えば球面でもよ
いし、球面と同様の機能を果たす環状回折格子パターン
を有する面でもよい。変換面の開口数は２次高調波発生
素子の開口数以上であることが好ましい。

【００１５】

【作用】上記請求項１の構成によれば、光ファイバ型２
次高調波発生素子から球面波として放射された基本波光
束は、変換面により波面が変形され、平行光線となって
進行する。したがって、２次高調波および基本波の両光
束について同時に平行光線を得ることができ、ともにレ
ンズ等を用いて集光可能となる。

【００１６】上記請求項２の構成によれば、光ファイバ
型２次高調波発生素子から球面波として放射された基本
波光束は、変換面により曲率の異なる球面波となって放
射される。したがって、２次高調波および基本波ともに
レンズ等を用いて集光可能となるのは請求項１の場合と
同じであるが、請求項１の発明では、レンズ等の色収差
のために２次高調波および基本波のスポットが必ず異な
る位置にできるのに対して、請求項２の発明ではレンズ
等の色収差を逆に利用してスポットの結像位置を調節す
ることが可能となる。

【００１７】

【実施例】次いで、本発明の実施例について図を参照し
ながら以下に説明する。図１は、半導体レーザ等のレー
ザ光源１と、レーザ光源１から発生するレーザ光をコリ
メートする球面レンズ２と、コリメートされた光線を集
光する集光球面レンズ３と、コア４１、クラッド４２の
いずれかまたは双方にＭＮＡ等の公知非線形光学材料を
用いた光ファイバ型の２次高調波発生素子４と、２次高
調波発生素子４から発生した２次高調波の光束（以下単
に「２次高調波」という）をコリメートする円錐面５１
（頂角２α）および基本波の光束（以下単に「基本波」
という）をコリメートする球面５２（半径Ｒ）を持った
屈折率ｎのコリメートレンズ５とから構成された光源装
置を示している。なお、コリメートレンズ５の回転対称
軸が２次高調波発生素子４の回転対称軸（長軸）と一致
するように配置している。

【００１８】上記の光源装置において、２次高調波発生
素子４から出射した２次高調波Ｂ２は、図１に示すよう
に、回転対称軸と一定角θｏをなす。コリメートレンズ
５は、頂角２αの円錐面５１を持っているので、コリメ
ートレンズ５の回転対称軸を光ファイバの回転対称軸に
設定し、ｔａｎ　α＝（ｎ−ｃｏｓ　θｏ）／ｓｉｎ　θｏとな
るようにｎ，αを選ぶと、２次高調波について平行光線
が得られる。円錐面５１の大きさは、クラッド４２の直
径、２次高調波発生素子４の出射端とレンズ５との距離
Ｌおよび２次高調波発生素子４から出射する２次高調波
の上記広がり角度θｏに応じて決定すればよい。実施例
では、外径ｄ１　、内径ｄ２　のリング状の円錐面とな
っている。

【００１９】また、２次高調波発生素子４の出射端と球
面５２と光軸上の距離をＬとすると、球面５２の中心を
光ファイバの回転対称軸の上に設定し、１／Ｌ＝（ｎ−
１）／Ｒとなるように半径Ｒを設定すると基本波について平行光
線が得られる。この条件は球面レンズの焦点距離ｆと距
離Ｌとが等しいということと同じである。

【００２０】さらに、光ファイバの開口数と球面５２か
らなる球面レンズの開口数とを等しくすれば、球面レン
ズの好ましい大きさが決まる。この条件は次式のとおり
である。（ｎ１　２　−ｎ２　２　）　１／２　＝Ｄ／ｆただし
、Ｄは球面５２の半径、ｎ１　は基本波に対するコア４
１の屈折率、ｎ２　は基本波に対するクラッド４２の屈
折率である。球面レンズの半径がこの式で示される半径
Ｄよりも小さいとその程度に応じて基本波の一部が逃げ
ていき、それに応じて多少の迷光が発生する。

【００２１】上記の構成において、２次高調波は円錐面
５１において平行となり、基本波は球面５２において平
行となる。その結果、中心部は基本波からなる光束、そ
の外側にリング状の２次高調波からなる光束、さらにそ
の外側にリング状の基本波からなる光束が得られる。上
記したコリメートレンズ５の形状は、図１の球面と円錐
面とを組み合わせた形状に限定されるものではない。例
えば、図２（ａ）　に示すように、円錐レンズの代わり
にグレーティングアクシコンレンズ５３を採用してもよ
い。この場合、２次高調波の出射角θｏと、回折格子のピッ
チｄと、回折格子面の傾斜角αとは、ｓｉｎ　θｏ＝λ／θｏｔａｎ　α＝（　ｎ−ｃｏｓθｏ）　／ｓｉｎ　θｏの
関係を満たすようにすれば平行光線が得られる（図２（
ｂ）　参照）。ここに、λは２次高調波の空気中の波長
、ｎは回折格子の材質の屈折率である。

【００２２】また、球面レンズの代わりに、非球面レン
ズ５４（図３参照）、屈折率分布型レンズ５５（図４参
照）、グレーティングレンズ（図５参照）５６等を用い
てもよい。また、使用条件によっては、基本波からなる
平行光束は、２次高調波の内側または外側のみに形成さ
れるようにしてもよい（図６，７参照）。

【００２３】さらに、円錐面５１、球面５２を２次高調
波発生素子４の外側に設定してもよい（図８参照）。両
側に設置してもよい（図９〜１４参照）。また、基本波
を平行光線にするレンズは、円錐レンズの内側と外側で
別の種類のレンズとしてもよい。例えば図１５に示すよ
うに、内側は球面レンズ５２、外側はグレーティングレ
ンズ５６で構成してもよい。

【００２４】この外、コリメートレンズに無反射コーテ
ィング６０を施せば（図１６）、表面での反射を押さえ
ることができ、迷光の削減にいっそう寄与することがで
きる。上記いずれの場合もコリメートレンズ５を用いて
、基本波を平行光線に集束させることができる。したが
って、基本波が逃げていく割合を減少させ、迷光の発生
を極力押さえることができる。

【００２５】また、基本波の出射角は平行光線ゆえ一定
となるから、例えば誘電体多層膜反射鏡を用いて基本波
を十分な程度に減衰させることができるようになり、波
長フィルタを使った場合と比べてＳ／Ｎを向上させるこ
とができる。また、光ディスク再生装置に用いた場合、
２次高調波からなる集光光束と基本波からなる集光光束
とを別々の位置に集光させることができ、２次高調波の
スポットを読出し専用に、基本波のスポットを位置制御
専用に用いることによって精度の高い読出しが可能にな
る。

【００２６】次に、請求項２に係る発明の実施例を図１
７を用いて説明する。図１７において、図１と同一の符
号を付した部分は同一の部材を示す。図１と異なること
は、レンズ５には、２次高調波発生素子４から出射され
球面状に広がる基本波を曲率の異なる球面波に変換する
変換面５８が形成されており、この球面波および平行光
線となった２次高調波は、同一のスポットＱに集光され
るよう、集光レンズ７の材質が選ばれていることである
。

【００２７】このように、構成することにより、同一の
集光レンズ７を用いて同一の位置Ｑにスポットを得るこ
とができるので、その点に受光素子を配置すれば、受光
素子の数は１つで済み、光源装置を含んだ光学系におけ
る信号処理が容易にできるようになる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１の光源
装置によれば、光ファイバ型２次高調波発生素子から球
面波として放射された基本波光束は、変換面により波面
が変換され、平行光線となって進行する。したがって、
２次高調波および基本波の両光束について平行光線を得
ることができるので、迷光を減らし受光時のＳ／Ｎを向
上させることができる。

【００２９】また、請求項２の光源装置によれば、迷光
を減らすことができるほか、適当な色収差を持ったレン
ズ等で集光することによって２次高調波および基本波を
同一の点に集光させることができるようになり、信号処
理系の構成を簡単にすることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光源装置の実施例を示す構成図である。

【図２】コリメートレンズの一部をグレーティングアク
シコンレンズで構成した変更例を示す図である。

【図３】コリメートレンズの一部を非球面レンズで構成
した変更例を示す図である。

【図４】コリメートレンズの一部を屈折率分布型レンズ
で構成した変更例を示す図である。

【図５】コリメートレンズの一部をグレーティングレン
ズで構成したの変更例を示す図である。

【図６】基本波からなる平行光束は２次高調波の内側の
みに形成されるようにしたコリメートレンズの変更例を
示す図である。

【図７】基本波からなる平行光束は２次高調波の外側の
みに形成されるようにしたコリメートレンズの変更例を
示す図である。

【図８】変換面を２次高調波発生素子の外側に設けたコ
リメートレンズの変更例を示す図である。

【図９】コリメートレンズを２つの別体からなるレンズ
で構成し変換面を両外側に設けた変更例を示す図である
。

【図１０】変換面および円錐面をレンズの両側に設けた
コリメートレンズの変更例を示す図である。

【図１１】変換面をレンズの両側に設けたコリメートレ
ンズの変更例を示す図である。

【図１２】円錐面をレンズの両側に設けたコリメートレ
ンズの変更例を示す図である。

【図１３】変換面および円錐面をレンズの両側に設けた
コリメートレンズの変更例を示す図である。

【図１４】変換面および円錐面をそれぞれレンズの片側
に設けたコリメートレンズの変更例を示す図である。

【図１５】変換面を種類の違うレンスで構成したコリメ
ートレンズの変更例を示す図である。

【図１６】レンズ面に無反射コーティングを施して迷光
をさらに減少させた実施例を示す図である。

【図１７】請求項２の発明に係る光源装置の実施例を示
す構成図である。

【図１８】チェレンコフ放射方式を示す説明図である。

【図１９】円錐波面状に出射されたビームを示す図であ
る。

【図２０】円錐レンズを通ったり通らなかったりして広
がっていく基本波光束Ｂ１　を示す図である。

【符号の説明】

１　　レーザ光源４　　２次高調波発生素子４１　　コア４２　　クラッド５　　コリメートレンズ５１　　円錐面５２　　球面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源と、レーザ光源から出るレーザ
光の２次高調波を発生する光ファイバ型の２次高調波発
生素子と、この２次高調波発生素子から出射した２次高
調波を平行光線に変換するコリメートレンズとを備えた
光源装置において、上記コリメートレンズには、２次高
調波発生素子から出射され球面状に広がる基本波を平行
光線に変換する変換面が形成されていることを特徴とす
る光源装置。
【請求項２】レーザ光源と、レーザ光源から出るレーザ
光の２次高調波を発生する光ファイバ型の２次高調波発
生素子と、この２次高調波発生素子から出射した２次高
調波を平行光線に変換するコリメートレンズとを備えた
光源装置において、上記コリメートレンズには、２次高
調波発生素子から出射され球面状に広がる基本波を曲率
の異なる球面波に変換する変換面が形成されていること
を特徴とする光源装置。