JP2934535B2 - 導波路型波長可変リングレーザ - Google Patents
導波路型波長可変リングレーザInfo
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- JP2934535B2 JP2934535B2 JP19785291A JP19785291A JP2934535B2 JP 2934535 B2 JP2934535 B2 JP 2934535B2 JP 19785291 A JP19785291 A JP 19785291A JP 19785291 A JP19785291 A JP 19785291A JP 2934535 B2 JP2934535 B2 JP 2934535B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は分光分析用光源等に適
用可能な導波路型波長可変リングレーザに関する。
用可能な導波路型波長可変リングレーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光導波路型波長可変光源の一例と
して図４に示す分布反射型高分子色素レーザがある。
して図４に示す分布反射型高分子色素レーザがある。
【０００３】分布反射型高分子色素レーザは、基板１
と、この基板１上に色素を分散した高分子薄膜である導
波層２とにより構成されている。上記基板１と導波層２
との境界には間隔Ｌｃをおいた２箇所に格子周期Λの回
折格子３ａ，３ｂが設けられている。回折格子３ａと回
折格子３ｂとの間（間隔Ｌｃ）の導波層２を活性部４と
してこれに励起光５を照射することにより活性部４内に
波長λの光波が生じる。そして、この波長λの位相定数
をβ（λ）とすると ２β（λ）＝２πｑ／１ （ｑ＝１，２，…）
と、この基板１上に色素を分散した高分子薄膜である導
波層２とにより構成されている。上記基板１と導波層２
との境界には間隔Ｌｃをおいた２箇所に格子周期Λの回
折格子３ａ，３ｂが設けられている。回折格子３ａと回
折格子３ｂとの間（間隔Ｌｃ）の導波層２を活性部４と
してこれに励起光５を照射することにより活性部４内に
波長λの光波が生じる。そして、この波長λの位相定数
をβ（λ）とすると ２β（λ）＝２πｑ／１ （ｑ＝１，２，…）
【０００４】の関係を満たす光が上記２個の回折格子３
ａ，３ｂにより繰り返し反射される。これにより活性部
４にて定在波を生じる波長の光がレーザ発振を起こし、
導波層２にレーザ光６を出力する。
ａ，３ｂにより繰り返し反射される。これにより活性部
４にて定在波を生じる波長の光がレーザ発振を起こし、
導波層２にレーザ光６を出力する。
【０００５】このレーザ光の波長は、位相定数β（λ）
と格子周期Λ及び２個の回折格子３ａ，３ｂの間隔Ｌｃ
で決まる。通常回折格子３ａ，３ｂにおいて強く反射す
る光の波長幅は狭く、レーザ発振波長λは回折格子３
ａ，３ｂによって操作される。従って、回折格子３ａ，
３ｂの周期Λを変化させるか位相定数βを変化させるこ
とによってレーザ発振波長を変化させることができる。
尚、位相定数βを操作するには、回折格子３ａ，３ｂの
近傍の屈折率ｎを変化することにより可能である。
と格子周期Λ及び２個の回折格子３ａ，３ｂの間隔Ｌｃ
で決まる。通常回折格子３ａ，３ｂにおいて強く反射す
る光の波長幅は狭く、レーザ発振波長λは回折格子３
ａ，３ｂによって操作される。従って、回折格子３ａ，
３ｂの周期Λを変化させるか位相定数βを変化させるこ
とによってレーザ発振波長を変化させることができる。
尚、位相定数βを操作するには、回折格子３ａ，３ｂの
近傍の屈折率ｎを変化することにより可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の方
法では、１種類の設計によって得られるレーザ構造にお
いて、レーザ波長の可変範囲は１種類の色素に対応する
のみである。そのため、多種の色素に対応するには、各
色素に応じたレーザ構造（回折格子周期）ごとに設計し
なければならない。さらに、紫外光に近い短波長のレー
ザ光を得るためには、回折格子の格子周期を０．１μｍ
程度にする必要があり、回折格子の加工精度上、大変困
難である。
法では、１種類の設計によって得られるレーザ構造にお
いて、レーザ波長の可変範囲は１種類の色素に対応する
のみである。そのため、多種の色素に対応するには、各
色素に応じたレーザ構造（回折格子周期）ごとに設計し
なければならない。さらに、紫外光に近い短波長のレー
ザ光を得るためには、回折格子の格子周期を０．１μｍ
程度にする必要があり、回折格子の加工精度上、大変困
難である。
【０００７】この発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、１種類の設計のみにより広範囲な波長の変化が可能
な導波路型波長可変リングレーザを提供することを目的
とする。
で、１種類の設計のみにより広範囲な波長の変化が可能
な導波路型波長可変リングレーザを提供することを目的
とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明に係る導波路型
波長可変レーザは、光導波路が形成された基板と、この
光導波路中に設けられた利得媒質、例えば色素を有する
活性部と、この活性部を挟み上記光導波路中に設けられ
た回折格子と、上記活性部に励起光を供給する励起光源
と、上記基板の活性部と対向して設置され、且つ遠近移
動可能な反射鏡とを具備することを特徴とする。
波長可変レーザは、光導波路が形成された基板と、この
光導波路中に設けられた利得媒質、例えば色素を有する
活性部と、この活性部を挟み上記光導波路中に設けられ
た回折格子と、上記活性部に励起光を供給する励起光源
と、上記基板の活性部と対向して設置され、且つ遠近移
動可能な反射鏡とを具備することを特徴とする。
【０００９】
【作用】励起光源より励起光を活性部へ照射することに
より、活性部内に光波が生じる。この光波は、第１の回
折格子→反射鏡→第２の回折格子→活性部より成るリン
グ共振器内を伝搬する。伝搬する光波の内、共振した共
振光はレーザ発振を起こして導波路へ出力光として出力
する。
より、活性部内に光波が生じる。この光波は、第１の回
折格子→反射鏡→第２の回折格子→活性部より成るリン
グ共振器内を伝搬する。伝搬する光波の内、共振した共
振光はレーザ発振を起こして導波路へ出力光として出力
する。
【００１０】また、光波が上記リング共振器内を伝搬す
る際、反射鏡の位置を導波路の表面に近付けることによ
り出力光の波長を短く、逆に遠ざけることにより波長を
長く操作することが可能である。
る際、反射鏡の位置を導波路の表面に近付けることによ
り出力光の波長を短く、逆に遠ざけることにより波長を
長く操作することが可能である。
【００１１】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。この発明に係る導波路型波長可変リングレー
ザは、図１に示すように構成される。
説明する。この発明に係る導波路型波長可変リングレー
ザは、図１に示すように構成される。
【００１２】基板１１上には導波路１２が形成され、こ
の基板１１と導波路１２との境界には、２つの回折格子
１３ａ，１３ｂが設けられる。回折格子１３ａ，１３ｂ
間の導波路は色素を用いた活性部１４とし、ここへ励起
光源（図示せず）より励起光１５を照射することにより
この活性部１４内に光波が生じ、回折格子１３ａ，１３
ｂへ出力される。
の基板１１と導波路１２との境界には、２つの回折格子
１３ａ，１３ｂが設けられる。回折格子１３ａ，１３ｂ
間の導波路は色素を用いた活性部１４とし、ここへ励起
光源（図示せず）より励起光１５を照射することにより
この活性部１４内に光波が生じ、回折格子１３ａ，１３
ｂへ出力される。
【００１３】また、上記回折格子１３ａ，１３ｂは、反
射器としてではなく、活性部１４内に発生して導波路１
２を伝搬する光波を導波路１２の外部へ取り出したり、
導波路外部の光を導波路１２内の光波と結合したりする
光結合器の機能を有する。そこで、回折格子１３ａより
導波路１２外へ出射した光波を上記基板１１に対向して
設置された反射鏡１６により反射し、回折格子１３ｂへ
入射させることにより、活性部１４→回折格子１３ａ→
反射鏡１６→回折格子１３ｂ→活性部１４を順路とする
リング共振器が形成される。このリング共振器を伝搬す
る光波の内、共振した共振光１７がレーザ発振を起こし
出力光１８として導波路１２に生じる。ここで、図２を
参照して、上記回折格子１３ａ，１３ｂが光結合器とし
ての特徴を有することを説明する。
射器としてではなく、活性部１４内に発生して導波路１
２を伝搬する光波を導波路１２の外部へ取り出したり、
導波路外部の光を導波路１２内の光波と結合したりする
光結合器の機能を有する。そこで、回折格子１３ａより
導波路１２外へ出射した光波を上記基板１１に対向して
設置された反射鏡１６により反射し、回折格子１３ｂへ
入射させることにより、活性部１４→回折格子１３ａ→
反射鏡１６→回折格子１３ｂ→活性部１４を順路とする
リング共振器が形成される。このリング共振器を伝搬す
る光波の内、共振した共振光１７がレーザ発振を起こし
出力光１８として導波路１２に生じる。ここで、図２を
参照して、上記回折格子１３ａ，１３ｂが光結合器とし
ての特徴を有することを説明する。
【００１４】同図２は、上記活性部１４より出力された
導波光２１が回折格子１３により結合されて導波路１２
の外部へ出射光２２として出射された状態を示すブロッ
ク図である。通常回折格子を利用したレーザ発振器で
は、活性部を挟む格子の間隔が一定であれば、発振され
るレーザの波長は、１次、２次、…、のモードのものに
なる。しかし、この他に０次モード（基板と直交方向に
放出）や、その中間のもの（角度θで放出）も活性部か
ら放出さているので、特定の波長を共振させることによ
りレーザ光として取り出すことができる。即ち、回折格
子であっても１次や２次の波長に対しては反射器とな
り、その他の波長では分岐・結合器となる。
導波光２１が回折格子１３により結合されて導波路１２
の外部へ出射光２２として出射された状態を示すブロッ
ク図である。通常回折格子を利用したレーザ発振器で
は、活性部を挟む格子の間隔が一定であれば、発振され
るレーザの波長は、１次、２次、…、のモードのものに
なる。しかし、この他に０次モード（基板と直交方向に
放出）や、その中間のもの（角度θで放出）も活性部か
ら放出さているので、特定の波長を共振させることによ
りレーザ光として取り出すことができる。即ち、回折格
子であっても１次や２次の波長に対しては反射器とな
り、その他の波長では分岐・結合器となる。
【００１５】同図２に示すように上記回折格子１３ａ
は、格子周期Λを有する。導波路１２内を伝搬する導波
光２１の位相速度と、自由空間中を波長λで伝搬する出
射光２２の位相速度との比を等価屈折率Ｎとし、さら
に、自由空間、導波路１２及び基板１１の各屈折率は、
ｎｃ、ｎｆ、ｎｓとする。但し、上記等価屈折率Ｎとｎ
ｓ及びｎｆとは、 ｎｓ＜Ｎ＜ｎｆ …（１） の関係を有する。
は、格子周期Λを有する。導波路１２内を伝搬する導波
光２１の位相速度と、自由空間中を波長λで伝搬する出
射光２２の位相速度との比を等価屈折率Ｎとし、さら
に、自由空間、導波路１２及び基板１１の各屈折率は、
ｎｃ、ｎｆ、ｎｓとする。但し、上記等価屈折率Ｎとｎ
ｓ及びｎｆとは、 ｎｓ＜Ｎ＜ｎｆ …（１） の関係を有する。
【００１６】導波光２１と結合する出射光２２は、導波
路１２の表面の法線方向から法線と導波光２１の進行方
向によってつくられる平面内でθ傾いた方向に出力され
る。格子周期Λが一定の場合、角度θによって出射光の
波長λが決まり、 λ＝（Ｎ＋ｎｃ・ｓｉｎθ）Λ …（２） という関係が成り立つ。尚、逆に導波路１２外部から波
長λの光が角度θで入射した場合、同図２に示した導波
光２１と逆の方向に導波光が生じる。また、図３を参照
して、上記導波路型波長可変リングレーザが波長可変機
構を有することを説明する。
路１２の表面の法線方向から法線と導波光２１の進行方
向によってつくられる平面内でθ傾いた方向に出力され
る。格子周期Λが一定の場合、角度θによって出射光の
波長λが決まり、 λ＝（Ｎ＋ｎｃ・ｓｉｎθ）Λ …（２） という関係が成り立つ。尚、逆に導波路１２外部から波
長λの光が角度θで入射した場合、同図２に示した導波
光２１と逆の方向に導波光が生じる。また、図３を参照
して、上記導波路型波長可変リングレーザが波長可変機
構を有することを説明する。
【００１７】同図３に示すように、２つの回折格子１３
ａ，１３ｂの中間を通る直線ａ−ｂと導波路１２から出
射される出射光とが交わる位置に反射鏡１６を導波路１
２の表面と平行に設置する。回折格子１３ａで結合さ
れ、導波路１２より出射された光は、上記反射鏡１６に
よって反射され、回折格子１３ｂに入射して結合し、活
性部１４に導波光を生じさせる。
ａ，１３ｂの中間を通る直線ａ−ｂと導波路１２から出
射される出射光とが交わる位置に反射鏡１６を導波路１
２の表面と平行に設置する。回折格子１３ａで結合さ
れ、導波路１２より出射された光は、上記反射鏡１６に
よって反射され、回折格子１３ｂに入射して結合し、活
性部１４に導波光を生じさせる。
【００１８】また、上記（２）式より角度θが大きくな
るほど出射光の波長が長く、θが小さくなる程波長が短
くなることがわかる。これより、出射光の波長は、図３
に示す反射鏡１６をｃの位置より、ａ−ｂにそって導波
路に近づけてｄの位置にすると短波長に、遠ざけてｅの
位置にすると長波長に操作できる。次に上記実施例の動
作を説明する。
るほど出射光の波長が長く、θが小さくなる程波長が短
くなることがわかる。これより、出射光の波長は、図３
に示す反射鏡１６をｃの位置より、ａ−ｂにそって導波
路に近づけてｄの位置にすると短波長に、遠ざけてｅの
位置にすると長波長に操作できる。次に上記実施例の動
作を説明する。
【００１９】励起光源より励起光１５を活性部１４へ照
射することにより、活性部１４内に光波が生じる。活性
部１４内に生じた光波は、上記リング共振器、即ち、回
折格子１３ａ→反射鏡１６→回折格子１３ｂ→活性部１
４を伝搬する。伝搬する光波の内、共振した共振光１７
はレーザ発振を起こして上記導波路１２へ出力光１８と
して出力する。ここで、反射鏡１６の位置を導波路１２
の表面に近付けることにより出力光１８の波長を短く、
遠ざけることにより同波長を長くに操作することができ
る。次に、この発明において具体的な数値を用いた例を
説明する。
射することにより、活性部１４内に光波が生じる。活性
部１４内に生じた光波は、上記リング共振器、即ち、回
折格子１３ａ→反射鏡１６→回折格子１３ｂ→活性部１
４を伝搬する。伝搬する光波の内、共振した共振光１７
はレーザ発振を起こして上記導波路１２へ出力光１８と
して出力する。ここで、反射鏡１６の位置を導波路１２
の表面に近付けることにより出力光１８の波長を短く、
遠ざけることにより同波長を長くに操作することができ
る。次に、この発明において具体的な数値を用いた例を
説明する。
【００２０】基板１１に合成石英、導波路１２に高分子
ＰＭＭＡ（ポリメタクリレート）、そして活性部１４に
は色素を用いる。回折格子１３ａ，１３ｂはそれぞれの
出射光が波長６００ｎｍとし、さらに出射角が６０°と
なるように周期Λを２５６ｎｍとし、２光束干渉露光法
と反応制イオンエッチングにより基板１１表面に２００
ｎｍの凹凸を長さ１ｍｍに亘って形成する。両回折格子
１３ａ，１３ｂの間隔、即ち、活性部１４の長さは３０
０μｍする。
ＰＭＭＡ（ポリメタクリレート）、そして活性部１４に
は色素を用いる。回折格子１３ａ，１３ｂはそれぞれの
出射光が波長６００ｎｍとし、さらに出射角が６０°と
なるように周期Λを２５６ｎｍとし、２光束干渉露光法
と反応制イオンエッチングにより基板１１表面に２００
ｎｍの凹凸を長さ１ｍｍに亘って形成する。両回折格子
１３ａ，１３ｂの間隔、即ち、活性部１４の長さは３０
０μｍする。
【００２１】この形状においては、導波路１２の表面か
ら１０μｍの位置から１ｍｍまで反射鏡１６を移動する
ことで波長を６３４μｍから４２３ｎｍまで変化させる
ことが可能であり、１つのレーザ構造による活性部１４
の色素を交換するだけで赤から青までの広い範囲の波長
を取り出すことができる。色素としては、短波長側から
スリルベン３、クマリン４７、クマリン５００、ローダ
ミン１１０、ローダミン６Ｇ、キトンレッド６２０を使
用する。尚、励起源としてはＡｒ+ レーザを使用し、波
長変換によって紫外光から可視光までを必要に応じて使
い分ける。
ら１０μｍの位置から１ｍｍまで反射鏡１６を移動する
ことで波長を６３４μｍから４２３ｎｍまで変化させる
ことが可能であり、１つのレーザ構造による活性部１４
の色素を交換するだけで赤から青までの広い範囲の波長
を取り出すことができる。色素としては、短波長側から
スリルベン３、クマリン４７、クマリン５００、ローダ
ミン１１０、ローダミン６Ｇ、キトンレッド６２０を使
用する。尚、励起源としてはＡｒ+ レーザを使用し、波
長変換によって紫外光から可視光までを必要に応じて使
い分ける。
【００２２】
【発明の効果】以上詳記したようにこの発明によれば、
光導波路中の２つの回折格子と、導波路外部の反射鏡と
を用いてリング共振器を設けたことにより、２つの回折
格子の間の活性部にレーザ発振可能な波長範囲の広い利
得媒質を用いた場合、上記反射鏡と、導波路表面との距
離を変化させることで、非常に広い範囲の波長が生成で
きる。これにより、従来分光分析用に適用された大型の
色素レーザの小型化が可能になる。
光導波路中の２つの回折格子と、導波路外部の反射鏡と
を用いてリング共振器を設けたことにより、２つの回折
格子の間の活性部にレーザ発振可能な波長範囲の広い利
得媒質を用いた場合、上記反射鏡と、導波路表面との距
離を変化させることで、非常に広い範囲の波長が生成で
きる。これにより、従来分光分析用に適用された大型の
色素レーザの小型化が可能になる。
【図１】この発明の一実施例に係る導波路型波長可変リ
ングレーザのブロック図。
ングレーザのブロック図。
【図２】光結合器として機能する回折格子のブロック
図。
図。
【図３】導波路型波長可変リングレーザの波長可変機構
のブロック図。
のブロック図。
【図４】従来の分布反射型高分子色素レーザのブロック
図。
図。
１１…基板、１２…導波路、１３ａ，１３ｂ…回折格
子、１４…活性部、１５…励起光、１６…反射鏡、１７
…共振光、１８…出力光。
子、１４…活性部、１５…励起光、１６…反射鏡、１７
…共振光、１８…出力光。
Claims (1)
- 【請求項１】 光導波路が形成された基板と、この基板
の光導波路中に設けられた利得媒質を有する活性部と、
この活性部を挟み上記光導波路中に設けられた回折格子
と、上記活性部に励起光を供給する励起光源と、上記基
板の活性部と対向し、且つ遠近移動可能に設置された反
射鏡とを具備することを特徴とする導波路型波長可変リ
ングレーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19785291A JP2934535B2 (ja) | 1991-08-07 | 1991-08-07 | 導波路型波長可変リングレーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19785291A JP2934535B2 (ja) | 1991-08-07 | 1991-08-07 | 導波路型波長可変リングレーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0548179A JPH0548179A (ja) | 1993-02-26 |
| JP2934535B2 true JP2934535B2 (ja) | 1999-08-16 |
Family
ID=16381411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19785291A Expired - Fee Related JP2934535B2 (ja) | 1991-08-07 | 1991-08-07 | 導波路型波長可変リングレーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2934535B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005249961A (ja) * | 2004-03-02 | 2005-09-15 | Fukuoka Pref Gov Sangyo Kagaku Gijutsu Shinko Zaidan | 固体色素レーザーチップ |
| KR101725637B1 (ko) * | 2015-06-10 | 2017-04-11 | 홍익대학교 산학협력단 | 주파수 대역폭이 향상된 그레이팅-투-그레이팅 커플러를 이용한 광 신호 커플링 장치 및 광 신호 커플링 방법 |
-
1991
- 1991-08-07 JP JP19785291A patent/JP2934535B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0548179A (ja) | 1993-02-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990427 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |