JPS63254424A - 光量モニタ−付光波長変換素子 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 （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高調波に変
換する光波長変換素子、特に詳細には入！８される基本
波の光量を一定に保つための光量モニター機能を備えた
光波長変換素子に関するものぐある。

（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、レーザー光を波長変換（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ＪＡ、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４Ｉ］！１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
光学懇話会微小光学研究グループ機関誌ＶＯＬ、３、Ｎ
００２、ｐ２８〜３２　　ＡＰＲＩＬ　　２５　　（１
９８５）にはその−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、例えば本出願人による特願昭６１−１５
９２９２号、同６１−１５９２９３号に示されるように
、クラッド層となる２枚の基板の間に非線形光学材料か
らなる光導波路を形成した光導波路型の光波長変換素子
も知られている。この光導波路型の光波長変換素子も、
上述のような特長を有している。

ところで、上述のような光波長変ｊｉＡ素子によって得
られる第２高調波の光量を安定化するためには、入射さ
れる基本波の光量を厳密に安定化することが望まれる。

基本波発生手段として半導体レーザーを用いる場合には
、レーザー後方光の九ΦをＰＩＮフォトダイオード等で
検出し、この検出光量信号をレーザ駆動回路にフィード
バックしてレーザー光出力を安定化づることが行なわれ
ている。

（発明が解決しようとする問題点） このような光出力安定化方法は、光波長変換を行なう場
合以外においても広く実行されており４概して良好な結
果を得ているが、光波長変換を行なう場合には、第２高
調波の光量を安定化する上で難があることが認められて
いる。すなわら、この後方光をモニターする方法におい
ては、実際に光波長変換素子に入射する基本波の光量を
検出しているのではないから、光出力安定化制御を行な
っても基本波の光量は変動しやすい。このような僅かの
制ｉｌｌ誤差は、光波長変換以外の場合においてはさほ
ど問題とならないことが多いが、光波長変換素子による
波長変換効率は基本波の強度の２乗に比例するので、上
記のような僅かの制御誤差も第２高調波の大きな光量変
動につながるのである。

このような問題を解決するために、光波長変換素子に入
射する直前の基本波をハーフミラ−等の光学系で分岐し
てその光量をモニターすることも考えられている。しか
しその場合には、ビーム分岐光学系のために光波長変換
デバイスが大型化する、さらには該光学系で反射したビ
ームが戻り光となってレーザーに入射してモードポツピ
ングを起こし、大きな光量変動を招く、といった問題も
生じる。

そこで本発明は、上記のような問題を１ａりことなく基
本波の光量を正値に検出することができる、光量モニタ
ー機能を齢えた光波長変換素子を提供することを目的と
するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の光量モニター付光波長変換素子は、素子の光入
射端面に、基本波を透過させる透明充電材料と、この光
電材料に接する電極とからなる光検出器が取り付けられ
たことを特徴とするものである。

（作　　用） 上記のように光波長変換素子の基本波入射端面に直接取
り付けた光検出器を用いれば、該素子に入射する基本波
そのものの光量を検出できるから、前述のように半導体
レーザー後方光から間接的に基本波光量を検出する場合
に比べれば、より精度良く基本波光量を検出可能となる
。

（実　施　例） 以下、図面に示す実施例に基づいて本光明を詳細に説明
する。

第１図は本発明の第１実施例による光波長変換素子１０
を示すものである。この光波長変換素子１０は、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、無機材料に比べて非線形光学定数
が極めて大きい有機非線形光学材料を用いるのが好まし
い。この有機非線形光学材料としては、例えば特開昭６
０−２５０３３４号及び’Ｎｏｎ１ｉｎｅｒＯｐｔｉｃ
ａｌ　　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　　Ｏｒｇａｎｉ
ｃ　ａｎｄ　　ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ　　Ｍａｔｅｒｉａ
ｌｓ″ＡＣ８ＳＹＭＰＯ８ＩＵＭ　　　５ＥＲＩＥＳ２
３３、Ｄａｖｉｄ　　Ｊ、　　Ｗｉｌｌｉａｍｓ　ｇ　
（ＡｎｃｒｉｃａｎＣｈｅｎｉｃａｌ　３ｏｃｉｅｔｙ
、　１９８３年刊）、［有機非線形光学材料」加藤政雄
、中西へ部監修（シー・エム・シー社、１９８５年刊）
等に示されるＭＮＡ　（２−メチル−４−ニトロアニリ
ン）　、ｍＮＡ　（メタニトロアニリン）、ＰＯＭ（３
−メチル−４−二トロピニジン−１−オキサイド）、尿
素等が挙げられる。例えばＭＮＡは、無機非線形光学材
料であるＬ！Ｎｔ）Ｏｌに比べると２０００倍程度高い
波長変換効率を有するので、この有機非線形光学材料か
らコア１１を形成すれば、一般的な小型かつ低コストの
半導体レーザーからの赤外レーザー光を基本波として第
２高調波を発生させることにより、青領域の短波長レー
ザー光を臂ることも可能となる。

一方クラッド１２は、上記非線形光学材料よりも低屈折
率の材料から形成されている。

ここで、−例としてコア１１を上述のＭＮＡ、クラッド
１２をパイレックスガラスから形成する場合について、
この光波長変換素子１０の製造方法を説明する。まずク
ラッド１２となる中空のガラスファイバー１２′が用意
される。このガラスファイバー１２′は一例として、外
径が１００μｍ程度で、中空部の径が２〜１０μｍ程度
のものである。そして第２図に示すように、炉内等にお
いてＭ　Ｎ　Ａ　１１’を融液状態に保ち、この融液内
にガラスファイバー１２′の一端部を浸入させる。する
と毛細管現象により、融液状態のＭ　Ｎ　Ａ　ｉｔ’が
ガラスファイバー１２゛の中空部内に進入する。なお該
融液の温度は、Ｍ　Ｎ　Ａ　１１’の分解を防止するた
め、その融点（１３２℃）よりも僅かに高い温度とする
。ぞの後ガラスファイバー１２′を急冷させると、中空
部に進入していたＭ　Ｎ　Ａ　１１’が多結晶化する。

なお、さらに好ましくはこの光ファイバー１２′を、Ｍ
　Ｎ　Ａ　１１’の融点より高い温度に保たれた炉内か
ら、該融点より低い温度に保たれた炉外に徐々に引き出
すことにより、溶融状態のＭ　Ｎ　Ａ　１１’を炉外へ
の引出し部分から栄枯晶化させる。それにより、極めて
長いψ結晶状態で結晶方位も一定に揃ったコア１１が形
成され、光波長変換素子１０を十分に長くすることがで
きる。周知のようにこの種の光波長変換素子の波長変換
効率・よ素子の長さに比例するので、光波長変換素子は
長いほど実用的価値が高くなる。

以上述べたようにしてコア１１が充てんされたガラスフ
ァイバー１２′は適宜両端が切断され、第１図に示すよ
うな光波長変換素子１０が得られる。次いでこの素子１
０の一端面（第１図中左側の端面）１０ａには、電＋Ｆ
Ａ２Ｇ、薄膜アモルファスシリコン２１、電極２２がこ
の順に積層される。薄膜アモルファスシリコン２１を挟
む１対の電極２０．２２はＩＴＯ（透明ガラス電極）か
らなり、可視領域の光は約８０％程度透過させる。一方
薄膜アモルファスシリコン２１は、−例として膜厚的０
゜０３μｍに形成されている。

上記光波長変換素子１０は第１図図示のようにして使用
される。すなわち基本波１５は、前記素子端面１０ａ側
からコア１１内に入射される。基本波発生手段としては
例えば半導体レーザー（波長：０゜７８μｍ）１６が用
いられ、対物レンズ１７で集光したレーデ−光（基本波
）１５を上記素子端面（光入射端面）１０ａに照射する
ことにより、該レーデ−光１５を光波長変換素子１０内
に入射さゼる。この基本波１５は、コア１１を構成する
ＭＮＡにより、波長が１／２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の外表面
の間で全反射を繰り返して素子１０内を進行する。位相
整合は例えば、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
行なわれる（いわゆるブエレンコフ放射の場合）。

光波長変換素子１０の光出射端面１０ｂ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’Ｍよ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。

次に、第２高調波１５′の光量を一定に安定させる点に
ついて説明する。

１）ム述した１対の電極２０．２２は制御回路２３に接
続されでおり、この制御回路２３はレーザ駆動回路２４
に接続されている。基本波１５Ｇよ、光波長変換素子１
０の光入射端面１０ａに入射する前に電極２０．薄膜ア
モルファスシリコン２１および電極２２を透過づ”る。

これらＩＩＩＡアモルファスシリコン２１および電極２
０．２２によってフォトダイオードが形成されており、
電極２０．２２から制御回路２３に、この基本波１５の
光量に対応した伯の電流ｌが送られる。ｆｔｊｌＪ　ｆ
ｄＤ回路２３は公知の内路からなるものであり、上記電
流Ｉが示す基本波光量が所定値を上回ったならばレーザ
駆動電流１ｄを下げ、反対に基本波光量が所定値を下回
ったならばレーザ駆動電流１ｄを上げるように指令する
制御信丹Ｓをレーザ駆動回路２４に入力する。それによ
り、基本波１５の光量が一定に安定する。

なお薄膜アモルファスシリコン２１は、本例のように膜
厚的０．０３μｍに形成された場合、０．７８μ兜の基
本波１５を約３％吸収し、９７％透過さぜる。

また電極２０．２２による光吸収率は前述の通りであり
、したがって大部分の基本波１５は光波長変換素子１０
内に入射し、第２高調波発生のために有効に利用される
。

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２図において、前記第１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
ｔよ特に必要の照い限り省略する。この光波長変換素子
５０においては、光入射端面である素子端面５０ａ上に
薄膜アモルファスシリコン２１が層成され、１対の電極
２０．２２は、この薄膜アモルファスシリコン２１の上
において、基本波１５の入射位置から外して設けられて
いる。このような構成においても、光波長変換素子５０
に入射する基本波１５の光量を直接検出することができ
る。

そしてこの実施例においては、基本波１５は電極２０゜
２１に吸収されないので基本波１５の利用効率を第１実
施例におけるよりもさらに高めることが可能となる。

以上、本発明をファイバー型の光波長変換素子に適用し
た実施例について説明したが、本発明は、前述した光導
波路型の光波長変換素子に対しても同様に適用されうる
ものである。

なお光検出器を構成する透明光電材料としては、以上説
明したｉ［アモルフ７・スシリコンに限らず、利用され
る基本波の波長を考慮して、基本波吸収率が低い適当な
ものを選択使用することができる。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り本発明の光量モニター付光波長
変換素子によれば、該素子に入射する基本波そのものの
光量を直接検出できるので、基本波光量を極めて正確に
検出可能となり、したがって基本波光量ひいては第２高
調波光量を極めて高精度に安定化させることが可能にな
る。また本発明の光波長変換素子は、基本波光量をモニ
ターするために光ビーム分岐光学系を必要としないから
、該素子を用いれば、光波長変換デバイスを小型軽量に
形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例による光波長変換素子を示
す概略側面図、 第２図は上記光波長変換素子の製造方法を説明する概略
図。 第３図は本発明の第２実施例による光波長変換素子を示
す概略側面図である。 １０．５０・・・光波長変換素子 １０ａ　、５０ａ・・・光入射端面 １１・・・コ　　ア　　　　　　　１２・・・クラッド
１５・・・基　本　波　　　　　　１５′・・・第２高
調波２０．２２・・・電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）光入射端面から入射された基本波を第２高調波に
   変換して出射させる光波長変換素子において、前記光入
   射端面に、前記基本波を透過させる透明光電材料と、こ
   の光電材料に接する電極とからなる光検出器が取り付け
   られていることを特徴とする光量モニター付光波長変換
   素子。
2. （２）前記透明光電材料が薄膜アモルファスシリコンか
   らなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光
   量モニター付光波長変換素子。
3. （３）前記電極が透明電極からなり、その一方が前記光
   入射端面上に密着して取り付けられ、その上に前記透明
   光電材料および他方の電極がこの順に積層されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載
   の光量モニター付光波長変換素子。
4. （４）前記透明光電材料が前記光入射端面上に密着して
   取り付けられ、その上に前記電極が、基本波の入射位置
   から外れて取り付けられていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の光量モニター付光波
   長変換素子。