JPH02287519A - 波長変換素子 - Google Patents
波長変換素子Info
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- JPH02287519A JPH02287519A JP1110293A JP11029389A JPH02287519A JP H02287519 A JPH02287519 A JP H02287519A JP 1110293 A JP1110293 A JP 1110293A JP 11029389 A JP11029389 A JP 11029389A JP H02287519 A JPH02287519 A JP H02287519A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- 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
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
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-
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
この発明は波長変換素子に係り、特に非線形材料からな
る光導波路を含みSHG光及び和差周波光を発生させる
波長変換素子に関する。
る光導波路を含みSHG光及び和差周波光を発生させる
波長変換素子に関する。
従来、Li Nb 03結晶にプロトン交換法で作った
光導波路によって、チェレンコフ放射光を発生させる波
長変換素子がある。 この場合、半導体レーザ光を入射することによって第2
高調波(SHG光)の、1%の変換効率を得ることがで
きる。 又上記と同様の光導波路を備えた波長変換素子において
、チェレンコフ放射による和差周波光を発生させること
ができる。 例えば、λ+=1.06μlとλ2=0.824μIの
入力光から、1/λ1+1/λ2=1/λ3の関係があ
るλs=0.463μlの和周波光が得られることが知
られている。
光導波路によって、チェレンコフ放射光を発生させる波
長変換素子がある。 この場合、半導体レーザ光を入射することによって第2
高調波(SHG光)の、1%の変換効率を得ることがで
きる。 又上記と同様の光導波路を備えた波長変換素子において
、チェレンコフ放射による和差周波光を発生させること
ができる。 例えば、λ+=1.06μlとλ2=0.824μIの
入力光から、1/λ1+1/λ2=1/λ3の関係があ
るλs=0.463μlの和周波光が得られることが知
られている。
しかしながら、上記のような波長変換素子においては、
光導波路に導入された導波光の多くが波長変換されない
まま出力されてしまい、効率が低いという問題点がある
。 変換効率を改善するためには、光導波路の光路長を長く
する必要があるが、このためには波長変換素子自体を長
くしなければならず、大型化してしまうという問題点が
ある。 更に、上記従来の波長変換素子においては、1方向にの
み出力光が得られ、他方向の出力光を得ることができな
いという問題点がある。 又、和差周波発生素子を考えた場合、上記光導波路は、
単純な直線状であるので、λ1とλ2の2つの入力光を
光導波路に導くためには、該光導波路の前に、ダイクロ
イックミラー等の合波手段を設けなければならないとい
う問題点がある。 このため、例えば光ファイバーから波長λ1とλ2の2
つの光を導く場合には、該光ファイバーの出力端から一
旦対物レンズでコリメート光にし、これを合波して、再
び対物レンズで集光してがら光導波路に導入しなければ
ならず、λ、とλ2の光軸を一致させるのに非常に困難
であり、更に装置が複雑化、大型化してしまうという問
題点がある。 この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
って、素子そのものを長大化することなく光路長即ち相
互作用長を長くして効率よく波長変換することができる
ようにした波長変換素子を提供することを目的とする。 又、波長変換光を多方向に得られるようにした波長変換
素子を提供することを目的とする。 更に、本発明は、ダイクロイックミラー等の合波手段を
用いることなく、波長の異なる2つの光を、光ファイバ
ーから直接導波路に導くことができるようにした波長変
換素子を提供することを目的とする。
光導波路に導入された導波光の多くが波長変換されない
まま出力されてしまい、効率が低いという問題点がある
。 変換効率を改善するためには、光導波路の光路長を長く
する必要があるが、このためには波長変換素子自体を長
くしなければならず、大型化してしまうという問題点が
ある。 更に、上記従来の波長変換素子においては、1方向にの
み出力光が得られ、他方向の出力光を得ることができな
いという問題点がある。 又、和差周波発生素子を考えた場合、上記光導波路は、
単純な直線状であるので、λ1とλ2の2つの入力光を
光導波路に導くためには、該光導波路の前に、ダイクロ
イックミラー等の合波手段を設けなければならないとい
う問題点がある。 このため、例えば光ファイバーから波長λ1とλ2の2
つの光を導く場合には、該光ファイバーの出力端から一
旦対物レンズでコリメート光にし、これを合波して、再
び対物レンズで集光してがら光導波路に導入しなければ
ならず、λ、とλ2の光軸を一致させるのに非常に困難
であり、更に装置が複雑化、大型化してしまうという問
題点がある。 この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
って、素子そのものを長大化することなく光路長即ち相
互作用長を長くして効率よく波長変換することができる
ようにした波長変換素子を提供することを目的とする。 又、波長変換光を多方向に得られるようにした波長変換
素子を提供することを目的とする。 更に、本発明は、ダイクロイックミラー等の合波手段を
用いることなく、波長の異なる2つの光を、光ファイバ
ーから直接導波路に導くことができるようにした波長変
換素子を提供することを目的とする。
この発明は、非線形光学材料からなる光導波路によって
チェレンコフ放射光を発生させる波長変換素子において
、前記光導波路の端部に、伝搬される導波光を反射させ
る反射手段を設けることにより上記目的を達成するもの
である。 又、前記光導波路を、1本の直線状の導波路とし、前記
反射手段を、該直線状の光導波路の少なくとも一方の端
部に配置することにより上記目的を達成するものである
。 又、前記光導波路を、前記反射手段によりllli次リ
ング状に連結された複数の光導波路から構成されたリン
グ型光導波路とすることにより上記目的を達成するもの
である。 又、前記光導波路を、2本の略平行な直線状の光導入部
と、両者を滑らかに合流させる合流部と、この合流部に
接続される1本の直線状の光発生部とからなる略Y字形
状とすると共に、前記反射手段を、前記光発生部の端部
に配置することにより上記目的を達成するものである。 又、前記反射手段の少なくとも1つを、全反射ミラーと
することにより上記目的を達成するものである。 又、前記反射手段の少なくとも1つを誘電体多層膜ミラ
ーとすることにより上記目的を達成するものである。 又、前記光導波路を、SHG素子とすることにより上記
目的を達成するものである。 又、前記光導波路を和差周波発生素子とすることにより
上記目的を達成するものである。 又、前記光導波路への光入力に対して、発生するSHG
光及び和差周波光の少なくとも一方を所定の方向に導く
反射手段を備えることにより上記目的を達成するもので
ある。 又、第2発明は、非線形光学材料からなる光導波路を含
む波長変換素子において、前記光導波路を、先入路及び
これに滑らかに接続する湾曲光導波路から構成すること
により上記目的を達成するものである。 又、前記湾曲光導波路を、円形無端状とすることにより
上記目的を達成するものである。 又、前記湾曲光導波路を、スパイラル状とすることによ
り上記目的を達成するものである。 又、前記スパイラル状湾曲光導波路の前記先入路と反対
側の端部に、伝搬される導波光を反射させる反射手段を
備えることにより上記目的を達成するものである。 又、前記先入路を複数とすることにより上記目的を達成
するものである。 又、前記先入路の光導入端には、光ファイバーの光出力
端を接続することにより上記目的を達成するものである
。 又、前記先入路を、2本の略平行な直線状の光導波部と
、両者を滑らかに合流させる合流部と、一端がこの合流
部に接続され、他端が前記湾曲光導入部に、その接線方
向に湾曲接続される接続部とから略Y字形状に構成さす
ることにより上記目的を達成するものである。 又、前記先入路は複数とし、前記湾曲光導波路の湾曲部
に対して、少なくとも該湾曲部への接続部が、該湾曲部
の接線方向に接続するようにして上記目的を達成するも
のである。 又第3発明は、非線形光学材料からなる光導波路を含む
波長変換素子において、前記光導波路を、2本の略平行
な直線状の光導入部と、両者を滑らかに合流させる合流
部と、この合流部に接続される1本の直線状の光発生部
とからなる略Y字形状とすることにより上記目的を達成
するものである。
チェレンコフ放射光を発生させる波長変換素子において
、前記光導波路の端部に、伝搬される導波光を反射させ
る反射手段を設けることにより上記目的を達成するもの
である。 又、前記光導波路を、1本の直線状の導波路とし、前記
反射手段を、該直線状の光導波路の少なくとも一方の端
部に配置することにより上記目的を達成するものである
。 又、前記光導波路を、前記反射手段によりllli次リ
ング状に連結された複数の光導波路から構成されたリン
グ型光導波路とすることにより上記目的を達成するもの
である。 又、前記光導波路を、2本の略平行な直線状の光導入部
と、両者を滑らかに合流させる合流部と、この合流部に
接続される1本の直線状の光発生部とからなる略Y字形
状とすると共に、前記反射手段を、前記光発生部の端部
に配置することにより上記目的を達成するものである。 又、前記反射手段の少なくとも1つを、全反射ミラーと
することにより上記目的を達成するものである。 又、前記反射手段の少なくとも1つを誘電体多層膜ミラ
ーとすることにより上記目的を達成するものである。 又、前記光導波路を、SHG素子とすることにより上記
目的を達成するものである。 又、前記光導波路を和差周波発生素子とすることにより
上記目的を達成するものである。 又、前記光導波路への光入力に対して、発生するSHG
光及び和差周波光の少なくとも一方を所定の方向に導く
反射手段を備えることにより上記目的を達成するもので
ある。 又、第2発明は、非線形光学材料からなる光導波路を含
む波長変換素子において、前記光導波路を、先入路及び
これに滑らかに接続する湾曲光導波路から構成すること
により上記目的を達成するものである。 又、前記湾曲光導波路を、円形無端状とすることにより
上記目的を達成するものである。 又、前記湾曲光導波路を、スパイラル状とすることによ
り上記目的を達成するものである。 又、前記スパイラル状湾曲光導波路の前記先入路と反対
側の端部に、伝搬される導波光を反射させる反射手段を
備えることにより上記目的を達成するものである。 又、前記先入路を複数とすることにより上記目的を達成
するものである。 又、前記先入路の光導入端には、光ファイバーの光出力
端を接続することにより上記目的を達成するものである
。 又、前記先入路を、2本の略平行な直線状の光導波部と
、両者を滑らかに合流させる合流部と、一端がこの合流
部に接続され、他端が前記湾曲光導入部に、その接線方
向に湾曲接続される接続部とから略Y字形状に構成さす
ることにより上記目的を達成するものである。 又、前記先入路は複数とし、前記湾曲光導波路の湾曲部
に対して、少なくとも該湾曲部への接続部が、該湾曲部
の接線方向に接続するようにして上記目的を達成するも
のである。 又第3発明は、非線形光学材料からなる光導波路を含む
波長変換素子において、前記光導波路を、2本の略平行
な直線状の光導入部と、両者を滑らかに合流させる合流
部と、この合流部に接続される1本の直線状の光発生部
とからなる略Y字形状とすることにより上記目的を達成
するものである。
この発明においては、光導波路の端部に、伝搬される導
波光を反射させる反射手段が設けられているので、光導
波路へ導入された導波光及びその反射光の両方からSM
C光が発生するので実質的に相互作用長を2倍にでき、
変換効率を高くすることができる。 又SMC光は2方向に取り出すことができる。 このとき、素子の長さを2倍にした場合と比較して、S
MC光の結晶中における伝搬距離が短いので、散乱が少
ない。 ス、和差周波光を得る場合でも、相互作用長が実質的に
2倍になるので、SMC光の場合と同様に、変換効率の
向上を図ると共に、2方自から出力光を取り出すことが
できる。 又、光導波路を、リング状に構成した場合は、更に相互
作用長を長くでき、従って素子を大型化することなく、
効率よく波長変換することができると共に、多方向に波
長変換光を取り出すことができる。 又、光導波路を、2本の略平行な直線状の光導入部を含
む略Y字形状とした場合、ダイクロイックミラー等の、
光導波路外の合波手段を設けることなく、簡単な構造で
、2つの光を導入することができる。 又、光導波路を、光入路及びこれに滑らかに接続する円
形やスパイラル状の湾曲光等波路から構成した場合は、
相互作用長を大幅に長くして変換効率を向上させると共
に、多方向から出力光を得ることができ、更に、光入路
を複数設けることによって、高出力とすることができる
。 又、光ファイバーからの出力光を光導波路に導く際に、
対物レンズ等を用いることなく、単に光ファイバーの出
力端を光導波路の光導入部に接続することによって合波
することができる。
波光を反射させる反射手段が設けられているので、光導
波路へ導入された導波光及びその反射光の両方からSM
C光が発生するので実質的に相互作用長を2倍にでき、
変換効率を高くすることができる。 又SMC光は2方向に取り出すことができる。 このとき、素子の長さを2倍にした場合と比較して、S
MC光の結晶中における伝搬距離が短いので、散乱が少
ない。 ス、和差周波光を得る場合でも、相互作用長が実質的に
2倍になるので、SMC光の場合と同様に、変換効率の
向上を図ると共に、2方自から出力光を取り出すことが
できる。 又、光導波路を、リング状に構成した場合は、更に相互
作用長を長くでき、従って素子を大型化することなく、
効率よく波長変換することができると共に、多方向に波
長変換光を取り出すことができる。 又、光導波路を、2本の略平行な直線状の光導入部を含
む略Y字形状とした場合、ダイクロイックミラー等の、
光導波路外の合波手段を設けることなく、簡単な構造で
、2つの光を導入することができる。 又、光導波路を、光入路及びこれに滑らかに接続する円
形やスパイラル状の湾曲光等波路から構成した場合は、
相互作用長を大幅に長くして変換効率を向上させると共
に、多方向から出力光を得ることができ、更に、光入路
を複数設けることによって、高出力とすることができる
。 又、光ファイバーからの出力光を光導波路に導く際に、
対物レンズ等を用いることなく、単に光ファイバーの出
力端を光導波路の光導入部に接続することによって合波
することができる。
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
まず第1図に示される本発明の第1実施例につき説明す
る。 この第1実施例は、Li Nb O3結晶からなる基板
10上にプロトン交換LiNbO3光導波路12を形成
すると共に、該光導波路12の一方の端部に金IIjJ
tl!の全反射ミラー14を真空蒸着等により設けたも
のである。このとき、光導波路12は、チェレンコフ放
射光を発生させる波長変換素子として働く。 この実施例において、前記光導波路12に、全反射ミラ
ー14と反対側から該直線状の光導波路12に同軸的に
入射光16を導入すると、導波光が光導波路12を通っ
て全反射ミラー14に至り、ここで反射して再度光導波
路12を通り、この際に、2方向にSHG光18が発生
される。 従って、この実施例においては、相互作用長を実質的に
2倍にできるので、変換効率を増大させることができる
。 又、相互作用長を2倍にするために、光導波路12を2
倍の長さにしな場合と比較して、SMC光の基板10中
の伝搬距離が短いので、散乱が少ないという利点がある
。 この第1実施例における波長変換素子により和差周波を
発生させる場合は、光導波路12に、第2図に示される
ように、ダイクロイックミラー11を介して波長λ1及
びλ2の光を入力させると、波長λ3の和差周波光が、
前記SMC光18と同様に2方向に取り出すことができ
る。このダイクロイックミラー11は、波長λ1の光を
透過させ、且つ波長λ2の光を反射するものである。 又、この場合も、実質的に相互作用長が2倍になるので
、変換効率が増大される。 次に第3図に示される本発明の第2実施例につき説明す
る。 この第2実施例は、前記第1実施例における全反射ミラ
ー14の代わりに、分光ミラー即ち誘電体多層膜ミラー
20を設けたものである。 この誘電体多層膜ミラー20は、波長λ1の光を反射さ
せ、且つ波長λ2の光を透過するものである。 この第2実施例においては、誘電体多層膜ミラー20口
から波長λ2の光を入力させ、且つ該誘電体多層膜ミラ
ー20の反対側から光導波路12中に波長λ1の光を入
力させると、波長λ3の和差周波光が、波長λ1と反対
方向で且つ斜め下方に出力される。 次に第4図に示される本発明の第3実施例につき説明す
る。 この実施例は、前記第1実施例における光導波路12の
両端に誘電多層膜ミラー20及び22を形成したもので
ある。 この誘電体多層膜ミラー20は、前述と同様に入電光を
反射、λ2光を透過し、誘電体多層膜ミラー22は入電
光を透過し、λ2光を反射させるものである。 この実施例においては、波長λ3の和差周波光が前記第
2図の場合と同様に2方向に得られる。 ここで、前記第1及び、第3実施例において、S HG
光18あるいは波長λ3の和差周波光は、2方向に得ら
れる場合でも方向が異なり分散してしまうが、これらの
複数の出力光を、同一方向に取り出す場合は、第5図又
は第6図に示される第4又は第5実施例のように、全反
射ミラーを用いる。 即ち、第5図に示される第4実施例は、2方向に取り出
されたSHG光又はλ3光を一対の全反射ミラー24A
、24Bで平行光線とし、これを集光レンズ26で集光
させて1方向に取り出すものである。 第6図の第5実施例は、全反射ミラー27A、27Bを
集光レンズ形状の集光材料27と一体的に設けたもので
ある。この集光レンズ形状の集光材料27は基板10を
集光レンズ形状に加工したものであってもよい。 この場合、全反射ミラー27A、27Bに変えて、集光
材料27の所要個所に金属膜あるいは誘電体多層膜を蒸
着して形成するようにしてもよい。 次に第7図に示される本発明の第6実施例について説明
する。 この第6実施例は、3本の直線状の光導波路12A〜1
2Cを2個の全反射ミラー14A、14Bとを介して正
三角形状に連結して、リング型光導波路を構成したもの
である。 光導波路12A〜12Cを形成した基板10Aは、各頂
点を面取りした正三角形状とされ、面取りした2面に前
記全反射ミラー14A、14Bを配置し、且つ残りの面
取りした面に無反射コーティング(以下ARコート)1
5を施したものである。 このARコート15を施した面に入電光及びλ2光を入
射させると、チェレンコフ光であるλ3光が3つの面取
り面の下側から出力されることになる。 このとき、実質的な相互作用長は3倍となっているので
、高変換率を得ることができる。 なお、第7図で2点鎖線で示されるように、第1実施例
と同様に入射光16を入射させ、SHG光1光音8り出
すようにしてもよい。 この第7図の第6実施例は、1個所から入電光とλ2光
を同時に入射させたものであるが、これは第8図に示さ
れる第7実施例のように、入電光とλ2光を異なる位置
から入射すようにしてもよい この第7実施例では、第7図の第6実施例と相違して、
面取り平面に各々誘電体多層膜ミラー20A〜20Cが
施されている。 これらのうち誘電体多層膜ミラー2OAは、λ2光を透
過し、入電光を反射させ、誘電体多層膜ミラー20B及
び20Cは、λ2光を反射させ、入電光を透過させるよ
うに形成されている。 この実施例においては、誘電体多層膜ミラー20Aから
λ2光、誘電体多層膜ミラー20B、20Cからはそれ
ぞれ入電光を、各々30°の入射角度で光導波路12A
〜12Cに入射させる。 即ち、λ2の被測定光を、λ1v)ポンプ光を使ってλ
3に変換する系が構成されている。 ここで、波長λ1のポンプ光は、2個所から入射させる
ことができるので、効率よく波長変換をすることができ
る。 又波長変換光であるλ3光は、同時に3個所から取り出
すことができる。 上記第6及び第7実施例において、λ3光を一方向に取
り出したい場合は、前記第5図又は第6図の第4又は第
5実施例の場合と同様に、全反射ミラーと集光レンズと
を用いればよい。 上記第6図及び第7実施例の変形例として第17図に示
されるように、リングの終端に全反射ミラー14を設け
てもよい、この変形例においてもS HG光及び和差周
波波光の両方を発生させることができる。 次に第9図に示される本発明の第8実施例につき説明す
る。 この第8実施例は、光導波路28を直線状の光導入部2
8Aとこれに滑らかに接続される円形光導波路28Bと
から構成したものである。光導入部28Aの端部には光
ファイバー29が接続され、ここから入射光が導入され
る。 この実施例の場合は、相互作用長を実質的に無限大にす
ることができるので、高効率で波長変換を行うことがで
きる。 次に第10図に示される本発明の第9実施例について説
明する。 この第9実施例は、スパイラル状の光導波路30を形成
したものである。 この実施例の場合も、装置面積を太きぐすることなく、
光導波路30を長くして、従って相互作用長を長くして
、波長変換効率を向上させることができる。 このようなスパイラル状の光導波路30を用いる場合は
、第11図に示される第10実施例のように、スパイラ
ル中心の端部に全反射ミラー32を設ければ、更に相互
作用長を長くして、高効率で波長変換を行うことができ
る。 上記第8〜第1O実施例において、波長変換光を一方向
に取り出したい場合は、前記第5図又は第6の場合と同
様に、全反射ミラーと集光レンズを用いればよい、但し
、このとき、全反射ミラーは、円錐形であり、全反射光
を反射できるようにする必要がある。 上記各第2図〜第4図、第7図、第8図においては、い
ずれも和差周波光を得るために、λ1光及びλ2光を同
一個所から又は異なる個所から光導波路に入射させるも
のであるが、同一個所から入射させる場合は、ダイクロ
イックミラーが必要となる。 以下の実施例は、ダイクロイックミラーを用いることな
く、実質的に同一個所からλ1光及びλ2光を光導波路
に入射して、和差周波光を得るものである。 まず第12図に示される本発明の第11実施例について
説明する。 この第11実施例は、光導波路34を、2本の略平行な
直線状の光導入部34Aと、これら2本の光導入部34
Aを滑かに合流させる合流部34Bと、この合流部34
Bに接続される1本の直線状の光発生部34Cと、から
なる略Y字形状として、且つ、前記2本の光導入部34
A、34Aそれぞれに、λ1光を導く光ファイバー36
A、λ2光を導く光ファイバー36Bをそれぞれ同軸的
に、それぞれの出力端を接続したものである。 この実施例において、光ファイバー36A、36Bから
導入される入射光であるλ1光及びλ2光は、導波光と
なり、合流部34Bで1本に集められ、光発生部34C
で、チェレンコフ光として、λ3光が出力される。 ここで、合流部34Bは、2本の光導入部34Aを滑か
に合流させるものであって、そのテーパーが非常に緩か
になっていて、合流による減衰、散乱は非常に少ない。 このため、光発生部34Cに、λ1光及びλ2光を効率
よく導くことができるので、強い出力光λ3を得ること
ができる。 又、この実施例においては、光導波路34にλ1光及び
λ2光を導入する前に、ダイクロイックミラー等の合流
手段を設ける必要がないので、装置を小型化させること
ができる。 特に、光ファイバーでλ1光及びλ2光を導入する場合
、従来は、光ファイバーからの出力光を−旦対物レンズ
でコリメート光に直してから合波して、再び対物レンズ
で集光する必要があるが、この実施例ではそのような煩
雑な過程を経る必要がない。 第13図は、第12図の第11実施例を、赤外光検出装
置に応用した実施例である。 この場合、λ+=1.55μlの被測定光を光ファイバ
ー36Aから導入し、これに対して、ポンプ光として、
半導体レーザー38からλ2=0゜85μlの光を、光
ファイバー36Bから導入する。 光発生部34Cからチェレンコフ光として発生する和周
波光(λ3=0.55μl)は、光電子増倍管40で受
光され、信号処理部42で処理されて、測定値が得られ
る。このときの光導波路34における変換効率は、ポン
プ光の出力を40μlwとすれば、約1%程度が得られ
る。 前記光電子増倍管40で、直接λz=1.55μlの被
測定光を測定した場合と比較して100倍の感度向上が
得られる。 即ち、前記光電子増倍管40は、λ1光に比叔して、λ
3光に対しては1万倍の感度を持ち、和周波光λ3発生
の変換効率が1%であるので、結局、光電子増倍管40
は、直接λ1光を測定する場合と比較して、100倍の
感度となる。 ここで、ポンプ光であるλ2光をパルス光とすると、λ
3光は、λ、光をポンプ光でサンプリングしたものとな
る。 この場合、λ2のタイミングをλ1に対して徐々にずら
していくと、光サンプリング・オシロスコープが実現で
きる。 このときの時間分解能は、光電子増倍管40の能力によ
るものでなく、λ2光のパルス幅に依存するので、tp
s以下の時間分解能が容易に得られる。 次に第14図に示される本発明の第13実施例について
説明する。 この第13実施例は、前記第11実施例における光発生
部34Cの、光導入部34Aと反対側の端部に、反射ミ
ラー34Dを設けたものである。 この反射ミラー34Dは金属蒸着膜から成る全反射ミラ
ーあるいは誘電体多層膜ミラーより構成する。 この第13実施例では、前記第11実施例と比較して、
反射ミラー34Dで反射した導波光からも和差周波光を
取出せるので、実質的に相互作用長を2倍にでき、変換
効率を向上させることができる。 次に第15図に示される本発明の第14実施例について
説明する。 この第14実維例は、前記第12図の第14実施例にお
ける直線状の光発生部34Cの代わりに、円形の光発生
部34Eを設けたものである。 この第14実施例では、光発生部34Eの相互作用長を
実質的に無限大にできるので、高効率で波長変換を行う
ことができる。又、光発生部34Eは円形であるので、
出力光であるλ3光は全ての方向から取出すことができ
る。 次に第16図に示される本発明の第15実施例について
説明する。 この第15実施例は、円形の先発生部34Eに対して直
線状光導入部34F、34Gを、円形の光発生部34E
に対して反対方向から、且つ、同一接線方向に、接続し
たものである。 又、λ1光及びλ2を導入する光ファイバー36A、3
6Bは、これら直線状光導入部34F及び34Gに独立
して接続されている。 この第15実施例の場合は、前記第14実施例等と比較
して、合流部が不要となり、光導波路の構成が容易であ
る。 又、直線状光導入部34F及び34Gを任意の方向から
円形光発生部34Eにその接線方向に接続できるので、
光ファイバー36A、36Bの取り口しの自由度が非常
に大きくなる。 上記、第13〜第15実施例において、波長変換光を一
方向に取り出したい場合は、前記第8〜第10実施例の
場合と同様に、例えば、円錐形の全反射ミラーと集光レ
ンズを用いればよい。 なお上記実施例において、和差周波発生素子で、光ファ
イバーから光導入部を介して光発生部にλ1光及びλ2
光を導入する場合、光発生部を直線状あるいは円形状と
したものであるが、これは、例えば、第10図あるいは
第11図に示されるようにスパイラル状又はスパイラル
状の端部に反射ミラーを設けた光発生部であってもよい
、更に、第7図あるいは第8図に示されるような、リン
グ型光導波路としてもよい。 更に、上記各実施例において、光発生部は、三角形のリ
ング形状、円形、スパイラル状以外の形状であっても、
実質的に相互作用長を長く取ることができ、且つ装置面
積を大きくしないものであればよい。
る。 この第1実施例は、Li Nb O3結晶からなる基板
10上にプロトン交換LiNbO3光導波路12を形成
すると共に、該光導波路12の一方の端部に金IIjJ
tl!の全反射ミラー14を真空蒸着等により設けたも
のである。このとき、光導波路12は、チェレンコフ放
射光を発生させる波長変換素子として働く。 この実施例において、前記光導波路12に、全反射ミラ
ー14と反対側から該直線状の光導波路12に同軸的に
入射光16を導入すると、導波光が光導波路12を通っ
て全反射ミラー14に至り、ここで反射して再度光導波
路12を通り、この際に、2方向にSHG光18が発生
される。 従って、この実施例においては、相互作用長を実質的に
2倍にできるので、変換効率を増大させることができる
。 又、相互作用長を2倍にするために、光導波路12を2
倍の長さにしな場合と比較して、SMC光の基板10中
の伝搬距離が短いので、散乱が少ないという利点がある
。 この第1実施例における波長変換素子により和差周波を
発生させる場合は、光導波路12に、第2図に示される
ように、ダイクロイックミラー11を介して波長λ1及
びλ2の光を入力させると、波長λ3の和差周波光が、
前記SMC光18と同様に2方向に取り出すことができ
る。このダイクロイックミラー11は、波長λ1の光を
透過させ、且つ波長λ2の光を反射するものである。 又、この場合も、実質的に相互作用長が2倍になるので
、変換効率が増大される。 次に第3図に示される本発明の第2実施例につき説明す
る。 この第2実施例は、前記第1実施例における全反射ミラ
ー14の代わりに、分光ミラー即ち誘電体多層膜ミラー
20を設けたものである。 この誘電体多層膜ミラー20は、波長λ1の光を反射さ
せ、且つ波長λ2の光を透過するものである。 この第2実施例においては、誘電体多層膜ミラー20口
から波長λ2の光を入力させ、且つ該誘電体多層膜ミラ
ー20の反対側から光導波路12中に波長λ1の光を入
力させると、波長λ3の和差周波光が、波長λ1と反対
方向で且つ斜め下方に出力される。 次に第4図に示される本発明の第3実施例につき説明す
る。 この実施例は、前記第1実施例における光導波路12の
両端に誘電多層膜ミラー20及び22を形成したもので
ある。 この誘電体多層膜ミラー20は、前述と同様に入電光を
反射、λ2光を透過し、誘電体多層膜ミラー22は入電
光を透過し、λ2光を反射させるものである。 この実施例においては、波長λ3の和差周波光が前記第
2図の場合と同様に2方向に得られる。 ここで、前記第1及び、第3実施例において、S HG
光18あるいは波長λ3の和差周波光は、2方向に得ら
れる場合でも方向が異なり分散してしまうが、これらの
複数の出力光を、同一方向に取り出す場合は、第5図又
は第6図に示される第4又は第5実施例のように、全反
射ミラーを用いる。 即ち、第5図に示される第4実施例は、2方向に取り出
されたSHG光又はλ3光を一対の全反射ミラー24A
、24Bで平行光線とし、これを集光レンズ26で集光
させて1方向に取り出すものである。 第6図の第5実施例は、全反射ミラー27A、27Bを
集光レンズ形状の集光材料27と一体的に設けたもので
ある。この集光レンズ形状の集光材料27は基板10を
集光レンズ形状に加工したものであってもよい。 この場合、全反射ミラー27A、27Bに変えて、集光
材料27の所要個所に金属膜あるいは誘電体多層膜を蒸
着して形成するようにしてもよい。 次に第7図に示される本発明の第6実施例について説明
する。 この第6実施例は、3本の直線状の光導波路12A〜1
2Cを2個の全反射ミラー14A、14Bとを介して正
三角形状に連結して、リング型光導波路を構成したもの
である。 光導波路12A〜12Cを形成した基板10Aは、各頂
点を面取りした正三角形状とされ、面取りした2面に前
記全反射ミラー14A、14Bを配置し、且つ残りの面
取りした面に無反射コーティング(以下ARコート)1
5を施したものである。 このARコート15を施した面に入電光及びλ2光を入
射させると、チェレンコフ光であるλ3光が3つの面取
り面の下側から出力されることになる。 このとき、実質的な相互作用長は3倍となっているので
、高変換率を得ることができる。 なお、第7図で2点鎖線で示されるように、第1実施例
と同様に入射光16を入射させ、SHG光1光音8り出
すようにしてもよい。 この第7図の第6実施例は、1個所から入電光とλ2光
を同時に入射させたものであるが、これは第8図に示さ
れる第7実施例のように、入電光とλ2光を異なる位置
から入射すようにしてもよい この第7実施例では、第7図の第6実施例と相違して、
面取り平面に各々誘電体多層膜ミラー20A〜20Cが
施されている。 これらのうち誘電体多層膜ミラー2OAは、λ2光を透
過し、入電光を反射させ、誘電体多層膜ミラー20B及
び20Cは、λ2光を反射させ、入電光を透過させるよ
うに形成されている。 この実施例においては、誘電体多層膜ミラー20Aから
λ2光、誘電体多層膜ミラー20B、20Cからはそれ
ぞれ入電光を、各々30°の入射角度で光導波路12A
〜12Cに入射させる。 即ち、λ2の被測定光を、λ1v)ポンプ光を使ってλ
3に変換する系が構成されている。 ここで、波長λ1のポンプ光は、2個所から入射させる
ことができるので、効率よく波長変換をすることができ
る。 又波長変換光であるλ3光は、同時に3個所から取り出
すことができる。 上記第6及び第7実施例において、λ3光を一方向に取
り出したい場合は、前記第5図又は第6図の第4又は第
5実施例の場合と同様に、全反射ミラーと集光レンズと
を用いればよい。 上記第6図及び第7実施例の変形例として第17図に示
されるように、リングの終端に全反射ミラー14を設け
てもよい、この変形例においてもS HG光及び和差周
波波光の両方を発生させることができる。 次に第9図に示される本発明の第8実施例につき説明す
る。 この第8実施例は、光導波路28を直線状の光導入部2
8Aとこれに滑らかに接続される円形光導波路28Bと
から構成したものである。光導入部28Aの端部には光
ファイバー29が接続され、ここから入射光が導入され
る。 この実施例の場合は、相互作用長を実質的に無限大にす
ることができるので、高効率で波長変換を行うことがで
きる。 次に第10図に示される本発明の第9実施例について説
明する。 この第9実施例は、スパイラル状の光導波路30を形成
したものである。 この実施例の場合も、装置面積を太きぐすることなく、
光導波路30を長くして、従って相互作用長を長くして
、波長変換効率を向上させることができる。 このようなスパイラル状の光導波路30を用いる場合は
、第11図に示される第10実施例のように、スパイラ
ル中心の端部に全反射ミラー32を設ければ、更に相互
作用長を長くして、高効率で波長変換を行うことができ
る。 上記第8〜第1O実施例において、波長変換光を一方向
に取り出したい場合は、前記第5図又は第6の場合と同
様に、全反射ミラーと集光レンズを用いればよい、但し
、このとき、全反射ミラーは、円錐形であり、全反射光
を反射できるようにする必要がある。 上記各第2図〜第4図、第7図、第8図においては、い
ずれも和差周波光を得るために、λ1光及びλ2光を同
一個所から又は異なる個所から光導波路に入射させるも
のであるが、同一個所から入射させる場合は、ダイクロ
イックミラーが必要となる。 以下の実施例は、ダイクロイックミラーを用いることな
く、実質的に同一個所からλ1光及びλ2光を光導波路
に入射して、和差周波光を得るものである。 まず第12図に示される本発明の第11実施例について
説明する。 この第11実施例は、光導波路34を、2本の略平行な
直線状の光導入部34Aと、これら2本の光導入部34
Aを滑かに合流させる合流部34Bと、この合流部34
Bに接続される1本の直線状の光発生部34Cと、から
なる略Y字形状として、且つ、前記2本の光導入部34
A、34Aそれぞれに、λ1光を導く光ファイバー36
A、λ2光を導く光ファイバー36Bをそれぞれ同軸的
に、それぞれの出力端を接続したものである。 この実施例において、光ファイバー36A、36Bから
導入される入射光であるλ1光及びλ2光は、導波光と
なり、合流部34Bで1本に集められ、光発生部34C
で、チェレンコフ光として、λ3光が出力される。 ここで、合流部34Bは、2本の光導入部34Aを滑か
に合流させるものであって、そのテーパーが非常に緩か
になっていて、合流による減衰、散乱は非常に少ない。 このため、光発生部34Cに、λ1光及びλ2光を効率
よく導くことができるので、強い出力光λ3を得ること
ができる。 又、この実施例においては、光導波路34にλ1光及び
λ2光を導入する前に、ダイクロイックミラー等の合流
手段を設ける必要がないので、装置を小型化させること
ができる。 特に、光ファイバーでλ1光及びλ2光を導入する場合
、従来は、光ファイバーからの出力光を−旦対物レンズ
でコリメート光に直してから合波して、再び対物レンズ
で集光する必要があるが、この実施例ではそのような煩
雑な過程を経る必要がない。 第13図は、第12図の第11実施例を、赤外光検出装
置に応用した実施例である。 この場合、λ+=1.55μlの被測定光を光ファイバ
ー36Aから導入し、これに対して、ポンプ光として、
半導体レーザー38からλ2=0゜85μlの光を、光
ファイバー36Bから導入する。 光発生部34Cからチェレンコフ光として発生する和周
波光(λ3=0.55μl)は、光電子増倍管40で受
光され、信号処理部42で処理されて、測定値が得られ
る。このときの光導波路34における変換効率は、ポン
プ光の出力を40μlwとすれば、約1%程度が得られ
る。 前記光電子増倍管40で、直接λz=1.55μlの被
測定光を測定した場合と比較して100倍の感度向上が
得られる。 即ち、前記光電子増倍管40は、λ1光に比叔して、λ
3光に対しては1万倍の感度を持ち、和周波光λ3発生
の変換効率が1%であるので、結局、光電子増倍管40
は、直接λ1光を測定する場合と比較して、100倍の
感度となる。 ここで、ポンプ光であるλ2光をパルス光とすると、λ
3光は、λ、光をポンプ光でサンプリングしたものとな
る。 この場合、λ2のタイミングをλ1に対して徐々にずら
していくと、光サンプリング・オシロスコープが実現で
きる。 このときの時間分解能は、光電子増倍管40の能力によ
るものでなく、λ2光のパルス幅に依存するので、tp
s以下の時間分解能が容易に得られる。 次に第14図に示される本発明の第13実施例について
説明する。 この第13実施例は、前記第11実施例における光発生
部34Cの、光導入部34Aと反対側の端部に、反射ミ
ラー34Dを設けたものである。 この反射ミラー34Dは金属蒸着膜から成る全反射ミラ
ーあるいは誘電体多層膜ミラーより構成する。 この第13実施例では、前記第11実施例と比較して、
反射ミラー34Dで反射した導波光からも和差周波光を
取出せるので、実質的に相互作用長を2倍にでき、変換
効率を向上させることができる。 次に第15図に示される本発明の第14実施例について
説明する。 この第14実維例は、前記第12図の第14実施例にお
ける直線状の光発生部34Cの代わりに、円形の光発生
部34Eを設けたものである。 この第14実施例では、光発生部34Eの相互作用長を
実質的に無限大にできるので、高効率で波長変換を行う
ことができる。又、光発生部34Eは円形であるので、
出力光であるλ3光は全ての方向から取出すことができ
る。 次に第16図に示される本発明の第15実施例について
説明する。 この第15実施例は、円形の先発生部34Eに対して直
線状光導入部34F、34Gを、円形の光発生部34E
に対して反対方向から、且つ、同一接線方向に、接続し
たものである。 又、λ1光及びλ2を導入する光ファイバー36A、3
6Bは、これら直線状光導入部34F及び34Gに独立
して接続されている。 この第15実施例の場合は、前記第14実施例等と比較
して、合流部が不要となり、光導波路の構成が容易であ
る。 又、直線状光導入部34F及び34Gを任意の方向から
円形光発生部34Eにその接線方向に接続できるので、
光ファイバー36A、36Bの取り口しの自由度が非常
に大きくなる。 上記、第13〜第15実施例において、波長変換光を一
方向に取り出したい場合は、前記第8〜第10実施例の
場合と同様に、例えば、円錐形の全反射ミラーと集光レ
ンズを用いればよい。 なお上記実施例において、和差周波発生素子で、光ファ
イバーから光導入部を介して光発生部にλ1光及びλ2
光を導入する場合、光発生部を直線状あるいは円形状と
したものであるが、これは、例えば、第10図あるいは
第11図に示されるようにスパイラル状又はスパイラル
状の端部に反射ミラーを設けた光発生部であってもよい
、更に、第7図あるいは第8図に示されるような、リン
グ型光導波路としてもよい。 更に、上記各実施例において、光発生部は、三角形のリ
ング形状、円形、スパイラル状以外の形状であっても、
実質的に相互作用長を長く取ることができ、且つ装置面
積を大きくしないものであればよい。
本発明は、上記のように構成したので、波長変換素子に
おいてこれを大型化することなく、実質的な相互作用長
を増大して、高い変換効率を得ることができるという優
れた効果を有する。 又、光導波路を、光入路及びこれに滑かに接続する湾曲
光導波路から構成しているので、小型であっても更に相
互作用長を大きくすることができ、変換効率をより向上
させることができる。 更に又、波長変換素子を和差周波発生素子としたとき、
素子内で2本の光導入部から光発生部に光を導入できる
ので、ダイクロイックミラー等の合波手段が不要となる
と共に、光ファイバーから直接、光を導入することがで
きるという優れた効果を有する。
おいてこれを大型化することなく、実質的な相互作用長
を増大して、高い変換効率を得ることができるという優
れた効果を有する。 又、光導波路を、光入路及びこれに滑かに接続する湾曲
光導波路から構成しているので、小型であっても更に相
互作用長を大きくすることができ、変換効率をより向上
させることができる。 更に又、波長変換素子を和差周波発生素子としたとき、
素子内で2本の光導入部から光発生部に光を導入できる
ので、ダイクロイックミラー等の合波手段が不要となる
と共に、光ファイバーから直接、光を導入することがで
きるという優れた効果を有する。
第1図は本発明に係る波長変換素子の第1実施例を示す
断面図、第2図は同第1実施例の波長変換素子を和差周
波発生素子とした場合の状態を示す断面図、第3図〜第
6図は本発明の第2〜第5実施例を示す断面図、第7図
〜第11図は本発明の第6〜第10実施例を示す平面図
、第12図は本発明の第11実施例を示す斜視図、第1
3図は本発明の第12実施例を示す一部ブツロク図を含
む斜視図、第14〜第16図は本発明の第13〜第15
実施例を示す斜視図、第17図は第6、第7実施例の変
形例を示す平面図である。 10・・・基板、 12・・・光導波路、14.
14A、 14B、24A、24B、32・・・全反
射ミラー 16・・・入射光、 18・・・SMC光、20.
20A〜20C122、 ・・・誘電体多層膜ミラー 26・・・集光レンズ、 27・・・集光材料、 28.34・・・光導波路、 28A・・・光導入部、 28B・・・円形光導波路、 29.36A、36B・・・光ファイバー30・・・(
スパイラル状)光導波路、34A・・・光導入部、 34B・・・合流部、 34C・・・光発生部、 34D・・・反射ミラー
断面図、第2図は同第1実施例の波長変換素子を和差周
波発生素子とした場合の状態を示す断面図、第3図〜第
6図は本発明の第2〜第5実施例を示す断面図、第7図
〜第11図は本発明の第6〜第10実施例を示す平面図
、第12図は本発明の第11実施例を示す斜視図、第1
3図は本発明の第12実施例を示す一部ブツロク図を含
む斜視図、第14〜第16図は本発明の第13〜第15
実施例を示す斜視図、第17図は第6、第7実施例の変
形例を示す平面図である。 10・・・基板、 12・・・光導波路、14.
14A、 14B、24A、24B、32・・・全反
射ミラー 16・・・入射光、 18・・・SMC光、20.
20A〜20C122、 ・・・誘電体多層膜ミラー 26・・・集光レンズ、 27・・・集光材料、 28.34・・・光導波路、 28A・・・光導入部、 28B・・・円形光導波路、 29.36A、36B・・・光ファイバー30・・・(
スパイラル状)光導波路、34A・・・光導入部、 34B・・・合流部、 34C・・・光発生部、 34D・・・反射ミラー
Claims (19)
- (1)非線形光学材料からなる光導波路を含む波長変換
素子において、前記光導波路の端部に、伝搬される導波
光を反射させる反射手段を設けてなる波長変換素子。 - (2)請求項1において、前記光導波路は1本の直線状
の導波路とされ、前記反射手段は、該直線状の光導波路
の少なくとも一方の端部に配置されたことを特徴とする
波長変換素子。 - (3)請求項1において、前記光導波路は、前記反射手
段により順次リング状に連結された複数の光導波路から
構成されたリング型光導波路であることを特徴とする波
長変換素子。 - (4)請求項1において、前記光導波路は、2本の略平
行な直線状の光導入部と、両者を滑らかに合流させる合
流部と、この合流部に接続される1本の直線状の光発生
部と、からなる略Y字形状とされ、前記反射手段は前記
光発生部の端部に配置されていることを特徴とする波長
変換素子。 - (5)請求項1、2、3又は4において、前記反射手段
の少なくとも1つは、全反射ミラーであることを特徴と
する波長変換素子。 - (6)請求項1、2、3又は4において、前記反射手段
の少なくとも1つは誘電体多層膜ミラーであることを特
徴とする波長変換素子。 - (7)請求項1乃至6のいずれかにおいて、前記光導波
路は、SHG素子であることを特徴とする波長変換素子
。 - (8)請求項1乃至6のいずれかにおいて、前記光導波
路は、和差周波発生素子であることを特徴とする波長変
換素子。 - (9)請求項1乃至8のいずれかにおいて、前記光導波
路への光入力に対して、発生するSHG光及び和差周波
光の少なくとも一方を所定の方向に導く反射手段を備え
たことを特徴とする波長変換素子。 - (10)非線形光学材料からなる光導波路を含む波長変
換素子において、前記光導波路は、光入路及びこれに滑
らかに接続する湾曲光導波路から構成されている波長変
換素子。 - (11)請求項10において、前記湾曲光導波路は円形
無端状であることを特徴とする波長変換素子。 - (12)請求項10において、前記湾曲光導波路は、ス
パイラル状であることを特徴とする波長変換素子。 - (13)請求項12において、前記スパイラル状湾曲光
導波路の前記光入路と反対側の端部に、伝搬される導波
光を反射させる反射手段を備えたことを特徴とする波長
変換素子。 - (14)請求項10、11、12又は13において、前
記光入路は複数とされたことを特徴とする波長変換素子
。 - (15)請求項10乃至14のうちいずれかにおいて、
前記光入路は、2本の略平行な直線状の光導波部と、両
者を滑らかに合流させる合流部と、一端がこの合流部に
接続され、他端が前記湾曲光導入部に、その接線方向に
接続される接続部と、から略Y字形状に構成されたこと
を特徴とする波長変換素子。 - (16)請求項10乃至15のうちいずれかにおいて、
前記光入路は複数であつて、前記湾曲光導波路の湾曲部
に対して、少なくとも該湾曲部への接続部が、該湾曲部
の接線方向に接続されたことを特徴とする波長変換素子
。 - (17)請求項10乃至16のうちいずれかにおいて、
前記光入路の光導入端には、光ファイバーの光出力端が
接続されたことを特徴とする波長変換素子。 - (18)非線形光学材料からなる光導波路を含む波長変
換素子において、前記光導波路は2本の略平行な直線状
の光導波部と、両者を滑らかに合流させる合流部と、こ
の合流部に接続される略直線状の光発生部とから略Y字
形状に構成されたことを特徴とする波長変換素子。 - (19)請求項18において、前記光導波路の光導入部
には、光ファイバーが接続されたことを特徴とする波長
変換素子。
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