(57)【要約】【課題】  分極反転素子の入射端から入射し他端に達した光をそのまま分極反転素子から出力させていたバルクタイプの分極反転素子では変換効率が低く、変換効率が高い導波路タイプではハイパワー化に問題があった。変換効率を高めるために素子長を長くすると、構成条件が難しくなり、共振器型は波長に合わせて共振器長を調整しなければならず、特にハイパワー応用での、実用に適した波長変換素子の実現が強く望まれていた。【解決手段】  分極反転素子の入射端から入射し波長変換を施され他端に達した光を、分極反転素子の他端に配置した反射体で反射させ、当該分極反転素子に光路を変えて再入射させ、再び分極反転素子内を進行させて波長変換を行うようにして課題を解決した。【選択図】  図１
2006208629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本発明において、後述の波長変換素子本体に入射される入射光に含まれる第１の波長λ１の光を第１の波長λ１とは異なる波長である第２の波長λ２の光へ波長変換を行うことができる素子自体を波長変換素子本体ということにし、波長変換素子本体の入射光を入射させる端部を入射端部と定義し、以下において、波長変換素子本体に後述の反射体を配置したものや波長変換素子本体等をケース等に実装したものを波長変換素子ということにして、波長変換素子本体の入射端部から前記波長変換素子本体に第１の波長λ１の光を含む光を入射光として入射させ、前記入射光を前記波長変換素子本体内を進行させることによって第１の波長λ１とは異なる第２の波長λ２の光を生成して前記波長変換素子本体から出射させることができる波長変換素子本体を有する波長変換素子において、前記波長変換素子本体に入射端部から入射された入射光が、前記波長変換素子本体内を進行して第１の波長λ１の光から第２の波長λ２の光への波長変換を受けた結果として第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光となって最初に到達する前記波長変換素子本体の前記入射端部とは異なる端部もしくは前記端部近傍（以下、前記波長変換素子本体に入射し前記波長変換素子本体内を波長変換を受けながら進行した第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光が到達する前記波長変換素子本体の端部もしくは前記端部近傍を波長変換素子本体の到達端部ともいう。また、前記波長変換素子本体内を進行して前記到達端部に到達する第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光を到達光ともいう。そして、前記波長変換素子本体に前記入射端部から入射された前記入射光が前記波長変換素子本体内を進行して前記到達光として最初に到達する前記波長変換素子本体の前記入射端部とは異なる端部もしくは前記端部近傍を第１の到達端部ともいう）に、前記第１の到達端部に到達した前記到達光のうちの少なくとも第１の波長λ１の光を反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができる反射体を配置したことを特徴とする波長変換素子。
【請求項２】
請求項１に記載の波長変換素子において、前記反射体が第２の波長λ２の光をも反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができることを特徴とする波長変換素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の波長変換素子において、前記波長変換素子本体が分極反転領域を有する分極反転素子であることを特徴とする波長変換素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の波長変換素子において、前記反射体によって反射されて前記波長変換素子本体に再入射した光ビームの光路と前記反射体によって反射される直前の前記到達光ビームの光路が前記波長変換素子本体内において平行でないことを特徴とする波長変換素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の波長変換素子において、前記反射体の前記第１の波長λ１の光と前記第２の波長λ２の光のいずれか一方または双方に対する反射率が９９％以上であることを特徴とする波長変換素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の波長変換素子において、Ｎを１以上の整数とし、前記第１の到達端部で前記反射体で反射されて前記波長変換素子本体に再入射して前記波長変換素子本体内を進行した第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光が次に到達する到達端部を第２の到達端部ということにし、以下同様に、第Ｎの到達端部で反射体で反射されて前記波長変換素子本体に再入射して前記波長変換素子本体内を進行した第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ到達光が次に到達する到達端部を第Ｎ＋１の到達端部ということにして、前記第Ｎの到達端部に到達し前記反射体で反射されて前記波長変換素子本体に再入射して前記波長変換素子本体内を進行した第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ到達光が次に到達する第Ｎ＋１の到達端部に、前記到達光の第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光のいずれか一方または双方を反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができる反射体を配置したことを特徴とする波長変換素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の波長変換素子において、少なくとも１つの前記反射体が、あるいは前記反射体の少なくとも一部が、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面に形成された多層膜から成る反射膜であることを特徴とする波長変換素子。
【請求項８】
請求項７に記載の波長変換素子において、前記反射膜が、前記波長変換素子本体の複数箇所の前記到達端部の表面に連続した状態に形成された反射膜であることを特徴とする波長変換素子。
【請求項９】
請求項７または８に記載の波長変換素子において、前記反射膜が前記波長λ１の光と前記波長λ２の光のいずれか一方または双方に対して９９．８％以上の反射率を有する多層膜からなる反射膜であることを特徴とする波長変換素子。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の波長変換素子において、少なくとも１つの前記反射体が、あるいは前記反射体の少なくとも一部が、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面に対向して、前記波長変換素子本体の外部に配置された外部反射鏡であることを特徴とする波長変換素子。
【請求項１１】
請求項１０に記載の波長変換素子において、前記波長変換素子が、少なくとも１つの前記外部反射鏡のそこに入射する前記到達光に対する角度を調節する手段を有することを特徴とする波長変換素子。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の波長変換素子において、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面と前記表面に対向して配置されている前記外部反射鏡の間にレンズを配置したことを特徴とする波長変換素子。
【請求項１３】
請求項１２に記載の波長変換素子において、前記レンズ（以下、第１のレンズともいう）は、前記外部反射鏡で反射されて前記波長変換素子本体に再入射される少なくとも第１の波長λ１の光を含んだ光ビームを、当該波長変換素子において、前記再入射された再入射点から後段の光路で当該波長変換素子の出射端部までの間に集光レンズ（以下、第２のレンズともいう）が配置されている場合には前記第１のレンズの中心と前記第２のレンズの中心の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであり、前記再入射された再入射点から後段の光路で当該波長変換素子の出射端部までの間に前記第２のレンズが配置されていない場合には前記第１のレンズの中心と当該波長変換素子の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであることを特徴とする波長変換素子。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の波長変換素子において、前記波長変換素子本体の少なくとも前記入射端部になる表面と前記外部反射鏡に対向している表面と前記到達光を外部に取り出す到達端部になる表面に反射防止膜が形成されていることを特徴とする波長変換素子。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれかに記載の波長変換素子において、前記波長変換素子本体の少なくとも１つの前記到達端部になる表面に対向して、前記到達端部から前記波長変換素子本体の外部に出た到達光を、前記到達光の前記到達端部から前記波長変換素子本体の外部に出る前の光路（以下、反射前光路ともいう）に平行でかつ前記波長変換素子本体内部の前記反射前光路から離れた位置を前記反射前光路と逆方向に進行する光路（以下、逆方向光路ともいう）になるように前記波長変換素子本体に再入射するように反射する反射体（以下、逆光路反射体ともいう）が配置されていることを特徴とする波長変換素子。
【請求項１６】
請求項１５に記載の波長変換素子において、前記逆光路反射体と前記波長変換素子本体の表面の間にレンズ（以下、第７のレンズともいう）が配置されており、前記第７のレンズは、当該レンズを通り前記逆方向光路の入射点に入射させる入射光を、前記逆方向光路の入射点から、当該光路の後段の光路において、当該波長変換素子の出射端部までの間に集光レンズ（以下、第８のレンズともいう）が配置されている場合には前記第７のレンズの中心と前記第８のレンズの中心の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであり、前記逆方向光路の入射点から、当該光路の後段の光路において、当該波長変換素子の出射端部までの間に前記第８のレンズが配置されていない場合には前記第７のレンズの中心と当該波長変換素子の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであることを特徴とする波長変換素子。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかに記載の波長変換素子において、前記波長変換素子本体の前記入射端部になる表面とそれと反対側の表面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換素子。
【請求項１８】
請求項３〜１７のいずれかに記載の波長変換素子において、前記波長変換素子本体の表面と各分極反転領域の境界面とが１分以内の開き角で互いに平行であることを特徴とする波長変換素子。
【請求項１９】
請求項３〜１８のいずれかに記載の波長変換素子において、前記波長変換素子本体の分極反転領域の幅が、前記波長変換素子本体に最初に入射した入射光の光路に直交する方向でかつ前記光路とその次の再入射光の光路を含む面における幅において少なくとも２ｍｍあることを特徴とする波長変換素子。
【請求項２０】
請求項３〜１９のいずれかに記載の波長変換素子において、前記分極反転素子がＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  ＬｉＮｂＯ３）であることを特徴とする波長変換素子。
【請求項２１】
請求項３〜１９のいずれかに記載の波長変換素子において、前記分極反転素子がＰＰＫＴＰ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  ＫＴｉＯＰＯ４）であることを特徴とする波長変換素子。
【請求項２２】
本発明において、後述の波長変換素子本体に入射される入射光に含まれる第１の波長λ１の光を第１の波長λ１とは異なる波長である第２の波長λ２の光へ波長変換を行うことができる素子自体を波長変換素子本体ということにし、波長変換素子本体の入射光を入射させる端部を入射端部と定義し、以下において、波長変換素子本体に後述の反射体を配置したものや波長変換素子本体等をケース等に実装したものを波長変換素子ということにして、波長変換素子本体の入射端部から前記波長変換素子本体に第１の波長λ１の光を含む光を入射光として入射させ、前記入射光を前記波長変換素子本体内を進行させることによって第１の波長λ１とは異なる第２の波長λ２の光を生成して前記波長変換素子本体から出射させることができる波長変換素子本体を有する波長変換素子を少なくとも１つ用いた波長変換装置において、少なくとも１つの前記波長変換素子が、前記入射端部から波長変換素子本体に入射された前記入射光が、前記波長変換素子本体内を進行して第１の波長λ１の光から第２の波長λ２の光への波長変換を受けた結果として第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光となって最初に到達する前記波長変換素子本体の前記入射端部とは異なる端部もしくは前記端部近傍（以下、前記波長変換素子本体に入射し前記波長変換素子本体内を波長変換を受けながら進行した第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光が到達する前記波長変換素子本体の端部もしくは前記端部近傍を波長変換素子本体の到達端部ともいう。また、前記波長変換素子本体内を進行して前記到達端部に到達する第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光を到達光ともいう。そして、前記波長変換素子本体に前記入射端部から入射された前記入射光が前記波長変換素子本体内を進行して前記到達光として最初に到達する前記波長変換素子本体の前記入射端部とは異なる端部もしくは前記端部近傍を第１の到達端部ともいう）に、前記第１の到達端部に到達した前記到達光のうちの少なくとも第１の波長λ１の光を反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができる反射体を配置した波長変換素子であることを特徴とする波長変換装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の波長変換装置において、前記反射体が第２の波長λ２の光をも反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができることを特徴とする波長変換装置。
【請求項２４】
請求項２２または２３に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体が分極反転領域を有する分極反転素子であることを特徴とする波長変換装置。
【請求項２５】
請求項２２〜２４のいずれかに記載の波長変換装置において、前記反射体によって反射されて前記波長変換素子本体に再入射した光ビームの光路と前記反射体によって反射される直前の前記到達光ビームの光路が前記波長変換素子本体内において平行でないことを特徴とする波長変換装置。
【請求項２６】
請求項２２〜２５のいずれかに記載の波長変換装置において、前記反射体の前記第１の波長λ１の光と前記第２の波長λ２の光のいずれか一方または双方に対する反射率が９９％以上であることを特徴とする波長変換装置。
【請求項２７】
請求項２２〜２６のいずれかに記載の波長変換装置において、Ｎを１以上の整数とし、前記第１の到達端部で前記反射体で反射されて前記波長変換素子本体に再入射して前記波長変換素子本体内を進行した第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光が次に到達する到達端部を第２の到達端部ということにし、以下同様に、第Ｎの到達端部で反射体で反射されて前記波長変換素子本体に再入射して前記波長変換素子本体内を進行した第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ到達光が次に到達する到達端部を第Ｎ＋１の到達端部ということにして、少なくとも１つの前記波長変換素子が、前記第Ｎの到達端部に到達し前記反射体で反射されて前記波長変換素子本体に再入射して前記波長変換素子本体内を進行した第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ到達光が次に到達する第Ｎ＋１の到達端部に、前記到達光の第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光のいずれか一方または双方を反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができる反射体を配置した波長変換素子であることを特徴とする波長変換装置。
【請求項２８】
請求項２２〜２７のいずれかに記載の波長変換装置において、少なくとも１つの前記反射体が、あるいは前記反射体の少なくとも一部が、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面に形成された多層膜から成る反射膜であることを特徴とする波長変換装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載の波長変換素子において、前記反射膜が、前記波長変換素子本体の複数箇所の前記到達端部の表面に連続した状態に形成された反射膜であることを特徴とする波長変換素子。
【請求項３０】
請求項２８または２９に記載の波長変換装置において、前記反射膜が前記波長λ１の光と前記波長λ２の光のいずれか一方または双方に対して９９．８％以上の反射率を有する多層膜からなる反射膜であることを特徴とする波長変換装置。
【請求項３１】
請求項２２〜３０のいずれかに記載の波長変換装置において、少なくとも１つの前記反射体が、あるいは前記反射体の少なくとも一部が、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面に対向して、前記波長変換素子本体の外部に配置された外部反射鏡であることを特徴とする波長変換装置。
【請求項３２】
請求項３１に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子が、少なくとも１つの前記外部反射鏡のそこに入射する前記到達光に対する角度を調節する手段を有することを特徴とする波長変換装置。
【請求項３３】
請求項３１または３２に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面と前記表面に対向して配置されている前記外部反射鏡の間にレンズを配置したことを特徴とする波長変換装置。
【請求項３４】
請求項３３に記載の波長変換装置において、前記レンズ（以下、第３のレンズともいう）は、前記外部反射鏡で反射されて前記波長変換素子本体に再入射される少なくとも第１の波長λ１の光を含んだ光ビームを、当該波長変換素子において、前記再入射された再入射点から後段の光路で当該波長変換素子の出射端部までの間に集光レンズ（以下、第４のレンズともいう）が配置されている場合には前記第３のレンズの中心と前記第４のレンズの中心の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであり、前記再入射された再入射点から後段の光路で当該波長変換素子の出射端部までの間に前記第４のレンズが配置されていない場合には前記第３のレンズの中心と当該波長変換素子の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであることを特徴とする波長変換装置。
【請求項３５】
請求項２２〜３４のいずれかに記載の波長変換装置において、少なくとも１つの前記波長変換素子本体の少なくとも前記入射端部になる表面と前記外部反射鏡に対向している表面と前記到達光を外部に取り出す到達端部になる表面に反射防止膜が形成されていることを特徴とする波長変換装置。
【請求項３６】
請求項２２〜３５のいずれかに記載の波長変換装置において、少なくとも１つの前記波長変換素子本体の少なくとも１つの前記到達端部になる表面に対向して、前記到達端部から前記波長変換素子本体の外部に出た到達光を、前記到達光の前記到達端部から前記波長変換素子本体の外部に出る前の光路（以下、反射前光路ともいう）に平行でかつ前記波長変換素子本体内部の前記反射前光路から離れた位置を前記反射前光路と逆方向に進行する光路（以下、逆方向光路ともいう）になるように前記波長変換素子本体に再入射するように反射する反射体（以下、逆光路反射体ともいう）が配置されていることを特徴とする波長変換装置。
【請求項３７】
請求項３６に記載の波長変換装置において、前記逆光路反射体と前記波長変換素子本体の表面の間にレンズ（以下、第９のレンズともいう）が配置されており、前記第７のレンズは、当該レンズを通り前記逆方向光路の入射点に入射させる入射光を、前記逆方向光路の入射点から、当該光路の後段の光路において、当該波長変換素子の出射端部までの間に集光レンズ（以下、第１０のレンズともいう）が配置されている場合には前記第９のレンズの中心と前記第１０のレンズの中心の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであり、前記逆方向光路の入射点から、当該光路の後段の光路において、当該波長変換素子の出射端部までの間に前記第１０のレンズが配置されていない場合には前記第９のレンズの中心と当該波長変換素子の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであることを特徴とする波長変換装置。
【請求項３８】
請求項２２〜３７のいずれかに記載の波長変換装置において、少なくとも１つの前記波長変換素子本体が、前記波長変換素子本体の前記入射端部が形成されている表面とそれと反対側の表面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されている波長変換素子本体であることを特徴とする波長変換装置。
【請求項３９】
請求項２４〜３８のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の表面と各分極反転領域の境界面とが１分以内の開き角で互いに平行であることを特徴とする波長変換装置。
【請求項４０】
請求項２４〜３９のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の分極反転領域の幅が、前記波長変換素子本体に最初に入射した入射光の光路に直交する方向でかつ前記光路とその次の再入射光の光路を含む面における幅において少なくとも２ｍｍあることを特徴とする波長変換装置。
【請求項４１】
請求項２４〜４０のいずれかに記載の波長変換装置において、前記分極反転素子がＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  ＬｉＮｂＯ３）であることを特徴とする波長変換装置。
【請求項４２】
請求項２４〜４０のいずれかに記載の波長変換装置において、前記分極反転素子がＰＰＫＴＰ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  ＫＴｉＯＰＯ４）であることを特徴とする波長変換装置。
【請求項４３】
請求項２２〜４２のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換装置が、前記光ビームの光路において前記波長変換素子を少なくとも２つ直列に配置して構成されている装置であることを特徴とする波長変換装置。
【請求項４４】
請求項４３に記載の波長変換装置において、前記光ビームの光路において、少なくとも１組の直列に接続されている２つの前記波長変換素子の間にレンズが配置されていることを特徴とする波長変換装置。
【請求項４５】
請求項４４に記載の波長変換装置において、前記レンズ（以下、第１１のレンズともいう）が、入射光を、当該レンズの後段の光路において、後段の波長変換素子の出射端部までの間に集光レンズ（以下、第１２のレンズともいう）が配置されている場合には前記第１１のレンズの中心と前記第１２のレンズの中心の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであり、後段の波長変換素子の出射端部までの間に前記第１２のレンズが配置されていない場合には前記第１１のレンズの中心と後段の波長変換素子の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであることを特徴とする波長変換装置。
【請求項４６】
請求項２２〜４５のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換装置が、波長変換された出力光を、前記入射端部の近傍において、前記入射光の入射位置から所定距離離れた位置で取り出すことができることを特徴とする波長変換装置。
【請求項４７】
本発明において、後述の波長変換素子本体に入射される入射光に含まれる第１の波長λ１の光を第１の波長λ１とは異なる波長である第２の波長λ２の光へ波長変換を行うことができる素子自体を波長変換素子本体ということにし、波長変換素子本体の入射光を入射させる端部を入射端部と定義し、以下において、波長変換素子本体に後述の反射体を配置したものや波長変換素子本体等をケース等に実装したものを波長変換素子ということにして、波長変換素子本体の入射端部から前記波長変換素子本体に第１の波長λ１の光を含む光を入射光として入射させ、前記入射光を前記波長変換素子本体内を進行させることによって第１の波長λ１とは異なる第２の波長λ２の光を生成して前記波長変換素子本体から出射させることができる波長変換素子本体を有する波長変換素子あるいは前記波長変換素子を有する波長変換装置を少なくとも１つ用いて波長変換を行う波長変換方法において、前記波長変換方法に用いる少なくとも１つの前記波長変換素子が、前記入射端部から波長変換素子本体に入射された前記入射光が、前記波長変換素子本体内を進行して第１の波長λ１の光から第２の波長λ２の光への波長変換を受けた結果として第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光となって最初に到達する前記波長変換素子本体の前記入射端部とは異なる端部もしくは前記端部近傍（以下、前記波長変換素子本体に入射し前記波長変換素子本体内を波長変換を受けながら進行した第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光が到達する前記波長変換素子本体の端部もしくは前記端部近傍を波長変換素子本体の到達端部ともいう。また、前記波長変換素子本体内を進行して前記到達端部に到達する第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光を到達光ともいう。そして、前記波長変換素子本体に前記入射端部から入射された前記入射光が前記波長変換素子本体内を進行して前記到達光として最初に到達する前記波長変換素子本体の前記入射端部とは異なる端部もしくは前記端部近傍を第１の到達端部ともいう）に、前記第１の到達端部に到達した前記到達光のうちの少なくとも第１の波長λ１の光を反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができる反射体を配置した波長変換素子であることを特徴とする波長変換方法。
【請求項４８】
請求項４７に記載の波長変換方法において、前記反射体が第２の波長λ２の光をも反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができることを特徴とする波長変換方法。
【請求項４９】
請求項４７または４８に記載の波長変換方法において、前記波長変換素子本体が分極反転領域を有する分極反転素子であることを特徴とする波長変換方法。
【請求項５０】
請求項４７〜４９のいずれかに記載の波長変換方法において、前記反射体として、前記反射体によって反射されて前記波長変換素子本体に再入射した光ビームの光路と前記反射体によって反射される直前の前記到達光ビームの光路が前記波長変換素子本体内において平行でないような反射体を用いることを特徴とする波長変換方法。
【請求項５１】
請求項４７〜５０のいずれかに記載の波長変換方法において、前記反射体として、前記第１の波長λ１の光と前記第２の波長λ２の光のいずれか一方または双方に対する反射率が９９％以上である反射体を用いることを特徴とする波長変換方法。
【請求項５２】
請求項４７〜５１のいずれかに記載の波長変換方法において、Ｎを１以上の整数とし、前記第１の到達端部で前記反射体で反射されて前記波長変換素子本体に再入射して前記波長変換素子本体内を進行した第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光が次に到達する到達端部を第２の到達端部ということにし、以下同様に、第Ｎの到達端部で反射体で反射されて前記波長変換素子本体に再入射して前記波長変換素子本体内を進行した第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ到達光が次に到達する到達端部を第Ｎ＋１の到達端部ということにして、少なくとも１つの前記波長変換素子が、前記第Ｎの到達端部に到達し前記反射体で反射されて前記波長変換素子本体に再入射して前記波長変換素子本体内を進行した第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ到達光が次に到達する第Ｎ＋１の到達端部に、前記到達光の第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光のいずれか一方または双方を反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができる反射体を配置した波長変換素子であることを特徴とする波長変換方法。
【請求項５３】
請求項４７〜５２のいずれかに記載の波長変換方法において、少なくとも１つの前記反射体が、あるいは前記反射体の少なくとも一部が、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面に形成された多層膜から成る反射膜であることを特徴とする波長変換方法。
【請求項５４】
請求項５３に記載の波長変換方法において、前記反射膜が、前記波長変換素子本体の複数箇所の前記到達端部の表面に連続した状態に形成された反射膜であることを特徴とする波長変換方法。
【請求項５５】
請求項５３または５４に記載の波長変換方法において、前記反射膜が前記波長λ１の光と前記波長λ２の光のいずれか一方または双方に対して９９．８％以上の反射率を有する多層膜からなる反射膜であることを特徴とする波長変換方法。
【請求項５６】
請求項４７〜５５のいずれかに記載の波長変換方法において、少なくとも１つの前記反射体が、あるいは前記反射体の少なくとも一部が、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面に対向して、前記波長変換素子本体の外部に配置された外部反射鏡であることを特徴とする波長変換方法。
【請求項５７】
請求項５６に記載の波長変換方法において、前記波長変換素子が、少なくとも１つの前記外部反射鏡のそこに入射する前記到達光に対する角度を調節する手段を有することを特徴とする波長変換方法。
【請求項５８】
請求項５６または５７に記載の波長変換方法において、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面と前記表面に対向して配置されている前記外部反射鏡の間にレンズを配置したことを特徴とする波長変換方法。
【請求項５９】
請求項５８に記載の波長変換方法において、前記レンズ（以下、第５のレンズともいう）は、前記外部反射鏡で反射されて前記波長変換素子本体に再入射される少なくとも第１の波長λ１の光を含んだ光ビームを、当該波長変換素子において、前記再入射された再入射点から後段の光路で当該波長変換素子の出射端部までの間に集光レンズ（以下、第６のレンズともいう）が配置されている場合には前記第５のレンズの中心と前記第６のレンズの中心の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであり、前記再入射された再入射点から後段の光路で当該波長変換素子の出射端部までの間に前記第６のレンズが配置されていない場合には前記第５のレンズの中心と当該波長変換素子の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであることを特徴とする波長変換方法。
【請求項６０】
請求項４７〜５９のいずれかに記載の波長変換方法において、少なくとも１つの前記波長変換素子本体の少なくとも前記入射端部になる表面と前記外部反射鏡に対向している表面と前記到達光を外部に取り出す到達端部になる表面に反射防止膜が形成されていることを特徴とする波長変換方法。
【請求項６１】
請求項４７〜６０のいずれかに記載の波長変換方法において、少なくとも１つの前記波長変換素子本体の少なくとも１つの前記到達端部になる表面に対向して、前記到達端部から前記波長変換素子本体の外部に出た到達光を、前記到達光の前記到達端部から前記波長変換素子本体の外部に出る前の光路（以下、反射前光路ともいう）に平行でかつ前記波長変換素子本体内部の前記反射前光路から離れた位置を前記反射前光路と逆方向に進行する光路（以下、逆方向光路ともいう）になるように前記波長変換素子本体に再入射するように反射する反射体（以下、逆光路反射体ともいう）が配置されていることを特徴とする波長変換方法。
【請求項６２】
請求項６１に記載の波長変換方法において、前記逆光路反射体と前記波長変換素子本体の表面の間にレンズ（以下、第１３のレンズともいう）が配置されており、前記第１３のレンズは、当該レンズを通り前記逆方向光路の入射点に入射させる入射光を、前記逆方向光路の入射点から、当該光路の後段の光路において、当該波長変換素子の出射端部までの間に集光レンズ（以下、第１４のレンズともいう）が配置されている場合には前記第１３のレンズの中心と前記第１４のレンズの中心の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであり、前記逆方向光路の入射点から、当該光路の後段の光路において、当該波長変換素子の出射端部までの間に前記第１４のレンズが配置されていない場合には前記第１３のレンズの中心と当該波長変換素子の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであることを特徴とする波長変換方法。
【請求項６３】
請求項４７〜６２のいずれかに記載の波長変換方法において、少なくとも１つの前記波長変換素子本体が、前記波長変換素子本体の前記入射端部が形成されている表面とそれと反対側の表面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されている波長変換素子本体であることを特徴とする波長変換方法。
【請求項６４】
請求項４９〜６３のいずれかに記載の波長変換方法において、前記波長変換素子本体の表面と各分極反転領域の境界面とが１分以内の開き角で互いに平行であることを特徴とする波長変換方法。
【請求項６５】
請求項４９〜６４のいずれかに記載の波長変換方法において、前記波長変換素子本体の分極反転領域の幅が、前記波長変換素子本体に最初に入射した入射光の光路に直交する方向でかつ前記光路とその次の再入射光の光路を含む面における幅において少なくとも２ｍｍあることを特徴とする波長変換方法。
【請求項６６】
請求項４９〜６５のいずれかに記載の波長変換方法において、前記分極反転素子がＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  ＬｉＮｂＯ３）であることを特徴とする波長変換方法。
【請求項６７】
請求項４９〜６５のいずれかに記載の波長変換方法において、前記分極反転素子がＰＰＫＴＰ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  ＫＴｉＯＰＯ４）であることを特徴とする波長変換方法。
【請求項６８】
請求項４７〜６７のいずれかに記載の波長変換方法において、前記波長変換方法に用いる波長変換素子が、前記光ビームの光路において前記波長変換素子を少なくとも２つ直列に配置して構成されている波長変換素子であることを特徴とする波長変換方法。
【請求項６９】
請求項６８に記載の波長変換方法において、前記光ビームの光路において、少なくとも１組の直列に接続されている２つの前記波長変換素子の間にレンズが配置されていることを特徴とする波長変換方法。
【請求項７０】
請求項６９に記載の波長変換方法において、前記レンズ（以下、第１５のレンズともいう）が、入射光を、当該レンズの後段の光路において、後段の波長変換素子の出射端部までの間に集光レンズ（以下、第１６のレンズともいう）が配置されている場合には前記第１５のレンズの中心と前記第１６のレンズの中心の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであり、後段の波長変換素子の出射端部までの間に前記第１６のレンズが配置されていない場合には前記第１５のレンズの中心と後段の波長変換素子の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであることを特徴とする波長変換方法。
【請求項７１】
請求項４７〜７０のいずれかに記載の波長変換方法において、前記波長変換方法に用いる波長変換素子が、波長変換された出力光を、前記入射端部の近傍において、前記入射光の入射位置から所定距離離れた位置で取り出すことができる波長変換素子であることを特徴とする波長変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明において、後述の波長変換素子本体に入射された第１の波長λ１の光から前記第１の波長λ１とは異なる波長である第２の波長λ２の光への波長変換を行うことができる素子自体を波長変換素子本体ということにし、前記波長変換素子本体に後述の反射体を配置したものや前記波長変換素子本体等をケース等に実装したものを波長変換素子ということにする。
【０００２】
本発明は第１の波長λ１を有する光（可視光以外の光も含む）を、分極反転素子のような波長変換素子本体に入射し、前記第１の波長λ１とは異なる第２の波長λ２の光を前記波長変換素子本体から出力させることができる波長変換素子本体を有する波長変換素子と、前記波長変換素子を用いた波長変換装置、ならびに前記波長変換素子および前記波長変換装置における波長変換に用いることができる非線形波長変換方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
コヒーレント光源は光通信分野のみならず、医療分野や顕微鏡など計測分野などにおいても欠かせないものとなっている。そして、コヒーレント光の波長も、たとえば医療分野においてはその目的によって種々の波長が使われようとしている。
【０００４】
コヒーレント光の光源としては、半導体レーザーや固体レーザーなど各種のレーザー発振器が知られているが、波長によっては、レーザー発振器から直接得られないものがある。その場合、必要な波長を得るために、非線形波長変換方法が用いられている。
【０００５】
たとえば、ＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  ＬｉＮｂＯ３）やＰＰＫＴＰ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  ＫＴｉＯＰＯ４）などの分極反転素子の疑似位相整合による波長変換は、波長変換効率が比較的高く、１μｍ帯から５００ｎｍ付近の可視光帯へのＳＨＧ波長変換等で広く利用されている。
【０００６】
短波長のコヒーレント光を得る波長変換方法や波長変換素子については多くの提案がなされている。
【０００７】
特開２００４−２１９８４５（以下、特許文献１ともいう）の図１には、本発明の明細書に図１０として示したＳＨＧ（第２高調波発生）素子である光導波路デバイス１２８を用いて半導体レーザ１２１の出力波長よりも短波長のコヒーレント光を出力するコヒーレント光源１２０について記載されている。光導波路デバイス１２８は、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）基板１２２上にオフカットのＭｇドープＬｉＮｂＯ３結晶の薄膜層１２３が接合層１２４を介して接着され、薄膜層１２３には分極反転領域１２５とリッジ導波路としての凸部１２６が形成された構成となっている。
【０００８】
特開２００２−３７２７３１（以下、特許文献２ともいう）の図１には、本発明の明細書に図１１として示した分極反転領域を有する非線形光学結晶１を用いたＳＨＧ素子が記載されている。実施例として、入射光が１．５μｍ（中心波長１．５５μｍ）、出射光が０．７８μｍの場合について記載されている。
【０００９】
特開２００４−２８００１９（以下、特許文献３ともいう）の図１には、本発明の明細書に図１２として示した光パラメトリック発振器が記載されている。図１２では、励起光源共振器１０１からの励起光パルス列はレンズ１０４により非線形結晶１０６中に結焦され、非線形結晶１０６でシグナル光とアイドラ光を生成し、アイドラ光は集光鏡１０７を透過して共振器外へ出され、シグナル光は集光鏡１０７で反射されて近似的平行光とされ、端面鏡１０８を経て、出力結合鏡１０９に達し、その一部が出力結合鏡１０９から出力として取り出され、残りは出力結合鏡１０９で反射されて集光鏡１０５に達し、その後、集光鏡１０５−非線形結晶１０６−集光鏡１０７−端面鏡１０８−出力結合鏡１０９−集光鏡１０５−の共振器が構成されていることにより、シグナル光が出力結合鏡１０９に達する毎に所定の出力光が出力されるとともに、次の励起光パルスが所定間隔で非線形結晶１０６に入射し、共振器内に別のシグナル光が生成される。
【００１０】
分極反転波長変換素子には、バルクタイプのものと導波路タイプのものがある。
【００１１】
バルクタイプのものは、入力光（入射光）をレンズで集光して素子に入力させ、そのビーム伝搬のプロファイルに応じた光密度の条件で波長変換が行われる。
【００１２】
導波路タイプのものは、入力光をレンズ等で素子の導波路に結合させ、その導波路モード径に応じた光密度の条件で波長変換が行われる。
【００１３】
両タイプとも、素子長が長くなると、入力光との相互作用長が長くなり、変換効率が高まるが、導波路タイプのものは光密度が素子長に関係なく一定であるのに対し、バルクタイプのものは素子長が長くなると最適な集光径が大きくなり、光密度が小さくなる。このため、基本的に、導波路タイプのものは素子長の２乗に比例して変換効率が高まるが、バルクタイプのものは素子長の１乗に比例して変換効率が高まる。
【００１４】
導波路タイプのものの方が変換効率が高いが、入出力のパワーがワット（Ｗ）レベルで光密度が大きくなりすぎ、素子にダメージを与えるなどの問題を生じる場合があり、高出力の応用ではバルクタイプのものも多く利用されている。
【００１５】
従来用いられているバルクタイプの分極反転素子の疑似位相整合を利用した波長変換においては、図１３に示したように、波長変換素子２００の分極反転領域を形成した分極反転素子２０１に、入射光２０４を反射防止膜２０２を配置した入力端部から入射させ、入射光２０５を分極反転素子２０１中を通過させて波長変換を行い、分極反転素子２０１の反射防止膜２０３を配置した出力端部から、波長変換された出力光２０６として出射させている。
【００１６】
ＰＰＬＮやＰＰＫＴＰなどの分極反転素子によるＳＨＧ波長変換の場合でも、１μｍ帯の入力光が〜１Ｗレベルの連続光（ＣＷ光）の場合、５００ｎｍ帯への変換効率は数％で、大部分の入力光は変換されないまま分極反転素子を透過してしまう。
【００１７】
変換効率を高めるために、素子中での光密度を高めることができる導波路タイプの分極反転素子が利用される場合があるが、出力光のビーム品質が劣化する問題や、入力が〜１Ｗレベルのハイパワーでは、光密度が高くなりすぎて、素子にダメージを与えるなどの問題がある。
【００１８】
素子長を長くして変換効率を高める方法も提案されているが、変換効率に波長特性があり、素子長が長くなるほど波長許容範囲が狭くなるため、入力光の波長条件が厳しくなる。波長許容範囲Δλと素子長Ｌの間に、Δλ×Ｌ＝一定という関係がある。また、素子長が長くなると、素子全体にわたって均質な分極反転構造を形成することも難しくなる。
【００１９】
共振器を構成して、入力光をその中に閉じこめた状態をつくり、実効的に変換効率を高める方法も利用されており、変換効率が通常の構成に比べて数十倍になる場合もあるが、入力光の波長に合わせて共振器の共振周波数を制御する必要があり、離調成分の検出とそのフィードバック制御等が必要になる。
【００２０】
【特許文献１】特開２００４−２１９８４５
【特許文献２】特開２００２−３７２７３１
【特許文献３】特開２００４−２８００１９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
以上説明したように、バルクタイプの分極反転素子による波長変換は変換効率が低く、変換効率が高い導波路タイプのものによる波長変換ではハイパワー化に問題がある。変換効率を高めるために素子長を長くすると、構成条件が難しくなり、共振器型は波長に合わせて共振器長を調整しなければならない。特にハイパワー応用で、実用に適した波長変換素子が得られないのが現状である。
【００２２】
各利用分野で、簡単な構造で、変換効率が高く、高光出力が可能で、安価な波長変換素子、波長変換方法の実現が強く望まれている。
【００２３】
本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、本発明の目的の一つは、簡単な構成で、波長変換効率を高めた、高光出力が可能な波長変換素子と、前記波長変換素子を用いた波長変換装置、ならびに前記波長変換素子および前記波長変換装置における波長変換に用いることができる非線形波長変換方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は前記の課題を解決せんとしてなされたものである。
【００２５】
前記課題を解決する手段として本発明で用いている技術の基本思想は、従来は、たとえば、ＰＰＬＮのような分極反転素子の一端から入射光を入射させて分極反転素子内を前記図１３のように進行させて波長変換を行い、従来は分極反転素子の他端に達した光を図１３のようにそのまま分極反転素子から出力させていたのを、本発明では、分極反転素子の他端に反射体を配置して、分極反転素子の前記他端に達した光を前記反射体で反射させ、当該分極反転素子に、光路を変えて再入射させ、再び分極反転素子内を進行させて波長変換を行うことを基本とするものである。
【００２６】
以下、本発明をさらに具体的に説明する。
【００２７】
本発明の第１の基本発明（以下、発明１ともいう）による波長変換素子は、後述の波長変換素子本体に入射される入射光に含まれる第１の波長λ１の光を第１の波長λ１とは異なる波長である第２の波長λ２の光へ波長変換を行うことができる素子自体を波長変換素子本体ということにし、波長変換素子本体の入射光を入射させる端部を入射端部と定義し、以下において、前記波長変換素子本体に後述の反射体を配置したものや前記波長変換素子本体等をケース等に実装したものを波長変換素子ということにして、波長変換素子本体の入射端部から前記波長変換素子本体に第１の波長λ１の光を含む光を入射光として入射させ、前記入射光を前記波長変換素子本体内を進行させることによって第１の波長λ１とは異なる第２の波長λ２の光を生成して前記波長変換素子本体から出射させることができる波長変換素子本体を有する波長変換素子において、前記波長変換素子本体に前記入射端部から入射された前記入射光が、前記波長変換素子本体内を進行して第１の波長λ１の光から第２の波長λ２の光への波長変換を受けた結果として第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光となって最初に到達する前記波長変換素子本体の前記入射端部とは異なる端部もしくは前記端部近傍（以下、前記波長変換素子本体内を波長変換を受けながら進行して第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光が到達する前記波長変換素子本体の端部もしくは前記端部近傍を波長変換素子本体の到達端部ともいう。また、前記波長変換素子本体内を進行して前記到達端部に到達する第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光を到達光ともいう。そして、前記波長変換素子本体に前記入射端部から入射された前記入射光が前記波長変換素子本体内を進行して前記到達光として最初に到達する前記波長変換素子本体の前記入射端部とは異なる端部もしくは前記端部近傍を第１の到達端部ともいう）に、前記第１の到達端部に到達した前記到達光のうちの少なくとも第１の波長λ１の光を反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができる反射体を配置したことを特徴とする波長変換素子である。
【００２８】
本発明の前記発明１を展開した第２の発明（以下、発明２ともいう）は、発明１に記載の波長変換素子において、前記反射体が第２の波長λ２の光をも反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができることを特徴とする波長変換素子である。
【００２９】
本発明の前記発明１を展開した第３の発明（以下、発明３ともいう）は、発明１または２に記載の波長変換素子において、前記波長変換素子本体が分極反転領域を有する分極反転素子であることを特徴とする波長変換素子である。
【００３０】
本発明の前記発明１を展開した第４の発明（以下、発明４ともいう）は、発明１〜３のいずれかに記載の波長変換素子において、前記反射体によって反射されて前記波長変換素子本体に再入射した光ビームの光路と前記反射体によって反射される直前の前記到達光ビームの光路が前記波長変換素子本体内において平行でないことを特徴とする波長変換素子である。
【００３１】
本発明の前記発明１を展開した第５の発明（以下、発明５ともいう）は、発明１〜４のいずれかに記載の波長変換素子において、前記反射体の第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光のいずれか一方または双方に対する反射率が９９％以上であることを特徴とする波長変換素子である。
【００３２】
本発明の前記発明１を展開した第６の発明（以下、発明６ともいう）は、発明１〜５のいずれかに記載の波長変換素子において、Ｎを１以上の整数とし、前記第１の到達端部で前記反射体で反射されて前記波長変換素子本体に再入射して前記波長変換素子本体内を進行した第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光が次に到達する到達端部を第２の到達端部ということにし、以下同様に、第Ｎの到達端部で反射体で反射されて前記波長変換素子本体に再入射して前記波長変換素子本体内を進行した第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ到達光が次に到達する到達端部を第Ｎ＋１の到達端部ということにして、前記第Ｎの到達端部に到達し前記反射体で反射されて前記波長変換素子本体に再入射して前記波長変換素子本体内を進行した第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ到達光が次に到達する第Ｎ＋１の到達端部に、前記到達光の第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光のいずれか一方または双方を反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができる反射体を配置したことを特徴とする波長変換素子である。
【００３３】
本発明の前記発明１を展開した第７の発明（以下、発明７ともいう）は、発明１〜６のいずれかに記載の波長変換素子において、少なくとも１つの前記反射体が、あるいは前記反射体の少なくとも一部が、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面に形成された多層膜から成る反射膜であることを特徴とする波長変換素子である。
【００３４】
本発明の前記発明１を展開した第８の発明（以下、発明８ともいう）は、発明７に記載の波長変換素子において、前記反射膜が、前記波長変換素子本体の複数箇所の前記到達端部の表面に連続した状態に形成された反射膜であることを特徴とする波長変換素子である。
【００３５】
本発明の前記発明１を展開した第９の発明（以下、発明９ともいう）は、発明７または８に記載の波長変換素子において、前記反射膜が前記波長λ１の光と前記波長λ２の光のいずれか一方または双方に対して９９．８％以上の反射率を有する多層膜からなる反射膜であることを特徴とする波長変換素子である。
【００３６】
本発明の前記発明１を展開した第１０の発明（以下、発明１０ともいう）は、発明１〜９のいずれかに記載の波長変換素子において、少なくとも１つの前記反射体が、あるいは前記反射体の少なくとも一部が、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面に対向して、前記波長変換素子本体の外部に配置された外部反射鏡であることを特徴とする波長変換素子である。
【００３７】
本発明の前記発明１を展開した第１１の発明（以下、発明１１ともいう）は、発明１０に記載の波長変換素子において、前記波長変換素子が、少なくとも１つの前記外部反射鏡のそこに入射する前記到達光に対する角度を調節する手段を有することを特徴とする波長変換素子である。
【００３８】
本発明の前記発明１を展開した第１２の発明（以下、発明１２ともいう）は、発明１０または１１に記載の波長変換素子において、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面と前記表面に対向して配置されている前記外部反射鏡の間にレンズを配置したことを特徴とする波長変換素子である。
【００３９】
本発明の前記発明１を展開した第１３の発明（以下、発明１３ともいう）は、発明１２に記載の波長変換素子において、前記レンズ（以下、第１のレンズともいう）は、前記外部反射鏡で反射されて前記波長変換素子本体に再入射される少なくとも第１の波長λ１の光を含んだ光ビームを、当該波長変換素子において、前記再入射された再入射点から後段の光路で当該波長変換素子の出射端部までの間に集光レンズ（以下、第２のレンズともいう）が配置されている場合には前記第１のレンズの中心と前記第２のレンズの中心の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであり、前記再入射された再入射点から後段の光路で当該波長変換素子の出射端部までの間に前記第２のレンズが配置されていない場合には前記第１のレンズの中心と当該波長変換素子の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであることを特徴とする波長変換素子である。
【００４０】
本発明の前記発明１を展開した第１４の発明（以下、発明１４ともいう）は、発明１〜１３のいずれかに記載の波長変換素子において、前記波長変換素子本体の少なくとも前記入射端部になる表面と前記外部反射鏡に対向している表面と前記到達光を外部に取り出す到達端部になる表面に反射防止膜が形成されていることを特徴とする波長変換素子である。
【００４１】
本発明の前記発明１を展開した第１５の発明（以下、発明１５ともいう）は、発明１〜１４のいずれかに記載の波長変換素子において、前記波長変換素子本体の少なくとも１つの前記到達端部になる表面に対向して、前記到達端部から前記波長変換素子本体の外部に出た到達光を、前記到達光の前記到達端部から前記波長変換素子本体の外部に出る前の光路（以下、反射前光路ともいう）に平行でかつ前記波長変換素子本体内部の前記反射前光路から離れた位置を前記反射前光路と逆方向に進行する光路（以下、逆方向光路ともいう）になるように前記波長変換素子本体に再入射するように反射する反射体（以下、逆光路反射体ともいう）が配置されていることを特徴とする波長変換素子である。
【００４２】
本発明の前記発明１を展開した第１６の発明（以下、発明１６ともいう）は、発明１５に記載の波長変換素子において、前記逆光路反射体と前記波長変換素子本体の表面の間にレンズ（以下、第７のレンズともいう）が配置されており、前記第７のレンズは、当該レンズを通り前記逆方向光路の入射点に入射させる入射光を、前記逆方向光路の入射点から、当該光路の後段の光路において、当該波長変換素子の出射端部までの間に集光レンズ（以下、第８のレンズともいう）が配置されている場合には前記第７のレンズの中心と前記第８のレンズの中心の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであり、前記逆方向光路の入射点から、当該光路の後段の光路において、当該波長変換素子の出射端部までの間に前記第８のレンズが配置されていない場合には前記第７のレンズの中心と当該波長変換素子の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであることを特徴とする波長変換素子である。
【００４３】
本発明の前記発明１を展開した第１７の発明（以下、発明１７ともいう）は、発明１〜１６のいずれかに記載の波長変換素子において、前記波長変換素子本体の前記入射端部になる表面とそれと反対側の表面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されていることを特徴とする波長変換素子である。
【００４４】
本発明の前記発明１を展開した第１８の発明（以下、発明１８ともいう）は、発明３〜１７のいずれかに記載の波長変換素子において、前記波長変換素子本体の表面と各分極反転領域の境界面とが１分以内の開き角で互いに平行であることを特徴とする波長変換素子である。
【００４５】
本発明の前記発明１を展開した第１９の発明（以下、発明１９ともいう）は、発明３〜１８のいずれかに記載の波長変換素子において、前記波長変換素子本体の分極反転領域の幅が、前記波長変換素子本体に最初に入射した入射光の光路に直交する方向でかつ前記光路とその次の再入射光の光路を含む面における幅において少なくとも２ｍｍあることを特徴とする波長変換素子である。
【００４６】
本発明の前記発明１を展開した第２０の発明（以下、発明２０ともいう）は、発明３〜１９のいずれかに記載の波長変換素子において、前記分極反転素子がＰＰＬＮであることを特徴とする波長変換素子である。
【００４７】
本発明の前記発明１を展開した第２１の発明（以下、発明２１ともいう）は、発明３〜１９のいずれかに記載の波長変換素子において、前記分極反転素子がＰＰＫＴＰであることを特徴とする波長変換素子である。
【００４８】
ＰＰＬＮやＰＰＫＴＰは技術的にもデータが多く蓄積されており、安価に本発明の波長変換素子、波長変換装置、波長変換方法を実現するには好適なものということができる。
【００４９】
つぎに、前記発明１〜２１の如き波長変換素子を用いて構成した波長変換装置について説明する。
【００５０】
本発明の第２の基本発明（以下、発明２２ともいう）による波長変換装置は、波長変換素子本体の入射端部から前記波長変換素子本体に第１の波長λ１の光を含む光を入射光として入射させ、前記入射光を前記波長変換素子本体内を進行させることによって前記第１の波長λ１とは異なる第２の波長λ２の光を生成して前記波長変換素子本体から出射させることができる波長変換素子本体を有する波長変換素子を少なくとも１つ用いた波長変換装置において、少なくとも１つの前記波長変換素子が、前記入射端部から波長変換素子本体に入射された前記入射光が、前記波長変換素子本体内を進行して第１の波長λ１の光から第２の波長λ２の光への波長変換を受けた結果として第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光となって前記第１の到達端部に到達した前記到達光のうちの少なくとも第１の波長λ１の光を反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができる反射体を配置した波長変換素子であることを特徴とする波長変換装置である。
【００５１】
本発明の前記発明２２を展開した第２３の発明（以下、発明２３ともいう）は、発明２２に記載の波長変換装置において、前記反射体が第２の波長λ２の光をも反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができることを特徴とする波長変換装置である。
【００５２】
本発明の前記発明２２を展開した第２４の発明（以下、発明２４ともいう）は、発明２２または２３に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体が分極反転領域を有する分極反転素子であることを特徴とする波長変換装置である。
【００５３】
本発明の前記発明２２を展開した第２５の発明（以下、発明２５ともいう）は、発明２２〜２４のいずれかに記載の波長変換装置において、前記反射体によって反射されて前記波長変換素子本体に再入射した光ビームの光路と前記反射体によって反射される直前の前記到達光ビームの光路が前記波長変換素子本体内において平行でないことを特徴とする波長変換装置である。
【００５４】
本発明の前記発明２２を展開した第２６の発明（以下、発明２６ともいう）は、発明２２〜２５のいずれかに記載の波長変換装置において、前記反射体の第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光のいずれか一方または双方に対する反射率が９９％以上であることを特徴とする波長変換装置である。
【００５５】
本発明の前記発明２２を展開した第２７の発明（以下、発明２７ともいう）は、発明２２〜２６のいずれかに記載の波長変換装置において、少なくとも１つの前記波長変換素子が、前記第Ｎの到達端部に到達し前記反射体で反射されて前記波長変換素子本体に再入射して前記波長変換素子本体内を進行した第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ到達光が次に到達する第Ｎ＋１の到達端部に、前記到達光の第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光のいずれか一方または双方を反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができる反射体を配置した波長変換素子であることを特徴とする波長変換装置である。
【００５６】
本発明の前記発明２２を展開した第２８の発明（以下、発明２８ともいう）は、発明２２〜２７のいずれかに記載の波長変換装置において、少なくとも１つの前記反射体が、あるいは前記反射体の少なくとも一部が、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面に形成された多層膜から成る反射膜であることを特徴とする波長変換装置である。
【００５７】
本発明の前記発明２２を展開した第２９の発明（以下、発明２９ともいう）は、発明２８に記載の波長変換素子において、前記反射膜が、前記波長変換素子本体の複数箇所の前記到達端部の表面に連続した状態に形成された反射膜であることを特徴とする波長変換素子である。
【００５８】
本発明の前記発明２２を展開した第３０の発明（以下、発明３０ともいう）は、発明２８または２９に記載の波長変換装置において、前記反射膜が前記波長λ１の光と前記波長λ２の光のいずれか一方または双方に対して９９．８％以上の反射率を有する多層膜からなる反射膜であることを特徴とする波長変換装置である。
【００５９】
本発明の前記発明２２を展開した第３１の発明（以下、発明３１ともいう）は、発明２２〜３０のいずれかに記載の波長変換装置において、少なくとも１つの前記反射体が、あるいは前記反射体の少なくとも一部が、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面に対向して、前記波長変換素子本体の外部に配置された外部反射鏡であることを特徴とする波長変換装置である。
【００６０】
本発明の前記発明２２を展開した第３２の発明（以下、発明３２ともいう）は、発明３１に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子が、少なくとも１つの前記外部反射鏡のそこに入射する前記到達光に対する角度を調節する手段を有することを特徴とする波長変換装置である。
【００６１】
本発明の前記発明２２を展開した第３３の発明（以下、発明３３ともいう）は、発明３１または３２に記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面と前記表面に対向して配置されている前記外部反射鏡の間にレンズを配置したことを特徴とする波長変換装置である。
【００６２】
本発明の前記発明２２を展開した第３４の発明（以下、発明３４ともいう）は、発明３３に記載の波長変換装置において、前記レンズ（以下、第３のレンズともいう）は、前記外部反射鏡で反射されて前記波長変換素子本体に再入射される少なくとも第１の波長λ１の光を含んだ光ビームを、当該波長変換素子において、前記再入射された再入射点から後段の光路で当該波長変換素子の出射端部までの間に集光レンズ（以下、第４のレンズともいう）が配置されている場合には前記第３のレンズの中心と前記第４のレンズの中心の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであり、前記再入射された再入射点から後段の光路で当該波長変換素子の出射端部までの間に前記第４のレンズが配置されていない場合には前記第３のレンズの中心と当該波長変換素子の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであることを特徴とする波長変換装置である。
【００６３】
本発明の前記発明２２を展開した第３５の発明（以下、発明３５ともいう）は、発明２２〜３４のいずれかに記載の波長変換装置において、少なくとも１つの前記波長変換素子本体の少なくとも前記入射端部になる表面と前記外部反射鏡に対向している表面と前記到達光を外部に取り出す到達端部になる表面に反射防止膜が形成されていることを特徴とする波長変換装置である。
【００６４】
本発明の前記発明２２を展開した第３６の発明（以下、発明３６ともいう）は、発明２２〜３５のいずれかに記載の波長変換装置において、少なくとも１つの前記波長変換素子本体の少なくとも１つの前記到達端部になる表面に対向して、前記到達端部から前記波長変換素子本体の外部に出た到達光を、前記到達光の前記到達端部から前記波長変換素子本体の外部に出る前の前記反射前光路に平行でかつ前記波長変換素子本体内部の前記反射前光路から離れた位置を前記反射前光路と逆方向に進行する前記逆方向光路になるように前記波長変換素子本体に再入射するように反射する前記逆光路反射体が配置されていることを特徴とする波長変換装置である。
【００６５】
本発明の前記発明２２を展開した第３７の発明（以下、発明３７ともいう）は、発明３６に記載の波長変換装置において、前記逆光路反射体と前記波長変換素子本体の表面の間にレンズ（以下、第９のレンズともいう）が配置されており、前記第９のレンズは、当該レンズを通り前記逆方向光路の入射点に入射させる入射光を、前記逆方向光路の入射点から、当該光路の後段の光路において、当該波長変換素子の出射端部までの間に集光レンズ（以下、第１０のレンズともいう）が配置されている場合には前記第９のレンズの中心と前記第１０のレンズの中心の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであり、前記逆方向光路の入射点から、当該光路の後段の光路において、当該波長変換素子の出射端部までの間に前記第１０のレンズが配置されていない場合には前記第９のレンズの中心と当該波長変換素子の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであることを特徴とする波長変換装置である。
【００６６】
本発明の前記発明２２を展開した第３８の発明（以下、発明３８ともいう）は、発明２２〜３７のいずれかに記載の波長変換装置において、少なくとも１つの前記波長変換素子本体が、前記波長変換素子本体の前記入射端部が形成されている表面とそれと反対側の表面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されている波長変換素子本体であることを特徴とする波長変換装置である。
【００６７】
本発明の前記発明２２を展開した第３９の発明（以下、発明３９ともいう）は、発明２４〜３８のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の表面と各分極反転領域の境界面とが１分以内の開き角で互いに平行であることを特徴とする波長変換装置である。
【００６８】
本発明の前記発明２２を展開した第４０の発明（以下、発明４０ともいう）は、発明２４〜３９のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換素子本体の分極反転領域の幅が、前記波長変換素子本体に最初に入射した入射光の光路に直交する方向でかつ前記光路とその次の再入射光の光路を含む面における幅において少なくとも２ｍｍあることを特徴とする波長変換装置である。
【００６９】
本発明の前記発明２２を展開した第４１の発明（以下、発明４１ともいう）は、発明２４〜４０のいずれかに記載の波長変換装置において、前記分極反転素子がＰＰＬＮであることを特徴とする波長変換装置である。
【００７０】
本発明の前記発明２２を展開した第４２の発明（以下、発明４２ともいう）は、発明２４〜４０のいずれかに記載の波長変換装置において、前記分極反転素子がＰＰＫＴＰであることを特徴とする波長変換装置である。
【００７１】
本発明の前記発明２２を展開した第４３の発明（以下、発明４３ともいう）は、発明２２〜４２のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換装置が、前記光ビームの光路において前記波長変換素子を少なくとも２つ直列に配置して構成されている装置であることを特徴とする波長変換装置である。
【００７２】
本発明の前記発明２２を展開した第４４の発明（以下、発明４４ともいう）は、発明４３に記載の波長変換装置において、前記光ビームの光路において、少なくとも１組の直列に接続されている２つの前記波長変換素子の間にレンズが配置されていることを特徴とする波長変換装置である。
【００７３】
本発明の前記発明２２を展開した第４５の発明（以下、発明４５ともいう）は、発明４４に記載の波長変換装置において、前記レンズ（以下、第１１のレンズともいう）が、入射光を、当該レンズの後段の光路において、後段の波長変換素子の出射端部までの間に集光レンズ（以下、第１２のレンズともいう）が配置されている場合には前記第１１のレンズの中心と前記第１２のレンズの中心の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであり、後段の波長変換素子の出射端部までの間に前記第１２のレンズが配置されていない場合には前記第１１のレンズの中心と後段の波長変換素子の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであることを特徴とする波長変換装置である。
【００７４】
本発明の前記発明２２を展開した第４６の発明（以下、発明４６ともいう）は、発明２２〜４５のいずれかに記載の波長変換装置において、前記波長変換装置が、波長変換された出力光を、前記入射端部の近傍において、前記入射光の入射位置から所定距離離れた位置で取り出すことができることを特徴とする波長変換装置である。
【００７５】
次に、本発明の波長変換方法について説明する。
【００７６】
本発明の第３の基本発明（以下、発明４７ともいう）による波長変換方法は、波長変換素子本体の入射端部から前記波長変換素子本体に第１の波長λ１の光を含む光を入射光として入射させ、前記入射光を前記波長変換素子本体内を進行させることによって前記第１の波長λ１とは異なる第２の波長λ２の光を生成して前記波長変換素子本体から出射させることができる波長変換素子本体を有する波長変換素子あるいは前記波長変換素子を有する波長変換装置を少なくとも１つ用いて波長変換を行う波長変換方法において、前記波長変換方法に用いる少なくとも１つの前記波長変換素子が、前記入射端部から波長変換素子本体に入射された前記入射光が、前記波長変換素子本体内を進行して第１の波長λ１の光から第２の波長λ２の光への波長変換を受けた結果として第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ光となって前記第１の到達端部に到達した前記到達光のうちの少なくとも第１の波長λ１の光を反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができる反射体を配置した波長変換素子であることを特徴とする波長変換方法である。
【００７７】
本発明の前記発明４７を展開した第４８の発明（以下、発明４８ともいう）は、発明４７に記載の波長変換方法において、前記反射体が第２の波長λ２の光をも反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができることを特徴とする波長変換方法である。
【００７８】
本発明の前記発明４７を展開した第４９の発明（以下、発明４９ともいう）は、発明４７または４８に記載の波長変換方法において、前記波長変換素子本体が分極反転領域を有する分極反転素子であることを特徴とする波長変換方法である。
【００７９】
本発明の前記発明４７を展開した第５０の発明（以下、発明５０ともいう）は、発明４７〜４９のいずれかに記載の波長変換方法において、前記反射体として、前記反射体によって反射されて前記波長変換素子本体に再入射した光ビームの光路と前記反射体によって反射される直前の前記到達光ビームの光路が前記波長変換素子本体内において平行でないような反射体を用いることを特徴とする波長変換方法である。
【００８０】
本発明の前記発明４７を展開した第５１の発明（以下、発明５１ともいう）は、発明４７〜５０のいずれかに記載の波長変換方法において、前記反射体として、第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光のいずれか一方または双方に対する反射率が９９％以上である反射体を用いることを特徴とする波長変換方法である。
【００８１】
本発明の前記発明４７を展開した第５２の発明（以下、発明５２ともいう）は、発明４７〜５１のいずれかに記載の波長変換方法において、少なくとも１つの前記波長変換素子が、前記第Ｎの到達端部に到達し前記反射体で反射されて前記波長変換素子本体に再入射して前記波長変換素子本体内を進行した第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を含んだ到達光が次に到達する第Ｎ＋１の到達端部に、前記到達光の第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光のいずれか一方または双方を反射させて前記波長変換素子本体に再入射させることができる反射体を配置した波長変換素子であることを特徴とする波長変換方法である。
【００８２】
本発明の前記発明４７を展開した第５３の発明（以下、発明５３ともいう）は、発明４７〜５２のいずれかに記載の波長変換方法において、少なくとも１つの前記反射体が、あるいは前記反射体の少なくとも一部が、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面に形成された多層膜から成る反射膜であることを特徴とする波長変換方法である。
【００８３】
本発明の前記発明４７を展開した第５４の発明（以下、発明５４ともいう）は、発明５３に記載の波長変換方法において、前記反射膜が、前記波長変換素子本体の複数箇所の前記到達端部の表面に連続した状態に形成された反射膜であることを特徴とする波長変換方法である。
【００８４】
本発明の前記発明４７を展開した第５５の発明（以下、発明５５ともいう）は、発明５３または５４に記載の波長変換方法において、前記反射膜が前記波長λ１の光と前記波長λ２の光のいずれか一方または双方に対して９９．８％以上の反射率を有する多層膜からなる反射膜であることを特徴とする波長変換方法である。
【００８５】
本発明の前記発明４７を展開した第５６の発明（以下、発明５６ともいう）は、発明４７〜５５のいずれかに記載の波長変換方法において、少なくとも１つの前記反射体が、あるいは前記反射体の少なくとも一部が、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面に対向して、前記波長変換素子本体の外部に配置された外部反射鏡であることを特徴とする波長変換方法である。
【００８６】
本発明の前記発明４７を展開した第５７の発明（以下、発明５７ともいう）は、発明５６に記載の波長変換方法において、前記波長変換素子が、少なくとも１つの前記外部反射鏡のそこに入射する前記到達光に対する角度を調節する手段を有することを特徴とする波長変換方法である。
【００８７】
本発明の前記発明４７を展開した第５８の発明（以下、発明５８ともいう）は、発明５６または５７に記載の波長変換方法において、前記波長変換素子本体の前記到達端部の表面と前記表面に対向して配置されている前記外部反射鏡の間にレンズを配置したことを特徴とする波長変換方法である。
【００８８】
本発明の前記発明４７を展開した第５９の発明（以下、発明５９ともいう）は、発明５８に記載の波長変換方法において、前記レンズ（以下、第５のレンズともいう）は、前記外部反射鏡で反射されて前記波長変換素子本体に再入射される少なくとも第１の波長λ１の光を含んだ光ビームを、当該波長変換素子において、前記再入射された再入射点から後段の光路で当該波長変換素子の出射端部までの間に集光レンズ（以下、第６のレンズともいう）が配置されている場合には前記第５のレンズの中心と前記第６のレンズの中心の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであり、前記再入射された再入射点から後段の光路で当該波長変換素子の出射端部までの間に前記第６のレンズが配置されていない場合には前記第５のレンズの中心と当該波長変換素子の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであることを特徴とする波長変換方法である。
【００８９】
本発明の前記発明４７を展開した第６０の発明（以下、発明６０ともいう）は、発明４７〜５９のいずれかに記載の波長変換方法において、少なくとも１つの前記波長変換素子本体の少なくとも前記入射端部になる表面と前記外部反射鏡に対向している表面と前記到達光を外部に取り出す到達端部になる表面に反射防止膜が形成されていることを特徴とする波長変換方法である。
【００９０】
本発明の前記発明４７を展開した第６１の発明（以下、発明６１ともいう）は、発明４７〜６０のいずれかに記載の波長変換方法において、少なくとも１つの前記波長変換素子本体の少なくとも１つの前記到達端部になる表面に対向して、前記到達端部から前記波長変換素子本体の外部に出た到達光を、前記到達光の前記到達端部から前記波長変換素子本体の外部に出る前の前記反射前光路に平行でかつ前記波長変換素子本体内部の前記反射前光路から離れた位置を前記反射前光路と逆方向に進行する前記逆方向光路になるように前記波長変換素子本体に再入射するように反射する前記逆光路反射体が配置されていることを特徴とする波長変換方法である。
【００９１】
本発明の前記発明４７を展開した第６２の発明（以下、発明６２ともいう）は、発明６１に記載の波長変換方法において、前記逆光路反射体と前記波長変換素子本体の表面の間にレンズ（以下、第１３のレンズともいう）が配置されており、前記第１３のレンズは、当該レンズを通り前記逆方向光路の入射点に入射させる入射光を、前記逆方向光路の入射点から、当該光路の後段の光路において、当該波長変換素子の出射端部までの間に集光レンズ（以下、第１４のレンズともいう）が配置されている場合には前記第１３のレンズの中心と前記第１４のレンズの中心の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであり、前記逆方向光路の入射点から、当該光路の後段の光路において、当該波長変換素子の出射端部までの間に前記第１４のレンズが配置されていない場合には前記第１３のレンズの中心と当該波長変換素子の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであることを特徴とする波長変換方法である。
【００９２】
本発明の前記発明４７を展開した第６３の発明（以下、発明６３ともいう）は、発明４７〜６２のいずれかに記載の波長変換方法において、少なくとも１つの前記波長変換素子本体が、前記波長変換素子本体の前記入射端部が形成されている表面とそれと反対側の表面とが１分以内の開き角で互いに平行に形成されている波長変換素子本体であることを特徴とする波長変換方法である。
【００９３】
本発明の前記発明４７を展開した第６４の発明（以下、発明６４ともいう）は、発明４９〜６３のいずれかに記載の波長変換方法において、前記波長変換素子本体の表面と各分極反転領域の境界面とが１分以内の開き角で互いに平行であることを特徴とする波長変換方法である。
【００９４】
本発明の前記発明４７を展開した第６５の発明（以下、発明６５ともいう）は、発明４９〜６４のいずれかに記載の波長変換方法において、前記波長変換素子本体の分極反転領域の幅が、前記波長変換素子本体に最初に入射した入射光の光路に直交する方向でかつ前記光路とその次の再入射光の光路を含む面における幅において少なくとも２ｍｍあることを特徴とする波長変換方法である。
【００９５】
本発明の前記発明４７を展開した第６６の発明（以下、発明６６ともいう）は、発明４９〜６５のいずれかに記載の波長変換方法において、前記分極反転素子がＰＰＬＮであることを特徴とする波長変換方法である。
【００９６】
本発明の前記発明４７を展開した第６７の発明（以下、発明６７ともいう）は、発明４９〜６５のいずれかに記載の波長変換方法において、前記分極反転素子がＰＰＫＴＰであることを特徴とする波長変換方法である。
【００９７】
本発明の前記発明４７を展開した第６８の発明（以下、発明６８ともいう）は、発明４７〜６７のいずれかに記載の波長変換方法において、前記波長変換方法に用いる波長変換素子が、前記光ビームの光路において前記波長変換素子を少なくとも２つ直列に配置して構成されている波長変換素子であることを特徴とする波長変換方法である。
【００９８】
本発明の前記発明４７を展開した第６９の発明（以下、発明６９ともいう）は、発明６８に記載の波長変換方法において、前記光ビームの光路において、少なくとも１組の直列に接続されている２つの前記波長変換素子の間にレンズが配置されていることを特徴とする波長変換方法である。
【００９９】
本発明の前記発明４７を展開した第７０の発明（以下、発明７０ともいう）は、発明６９に記載の波長変換方法において、前記レンズ（以下、第１５のレンズともいう）が、入射光を、当該レンズの後段の光路において、後段の波長変換素子の出射端部までの間に集光レンズ（以下、第１６のレンズともいう）が配置されている場合には前記第１５のレンズの中心と前記第１６のレンズの中心の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであり、後段の波長変換素子の出射端部までの間に前記第１６のレンズが配置されていない場合には前記第１５のレンズの中心と後段の波長変換素子の出射端部の間の全光路長の中間点に相当する位置あるいはその近傍に集光させるレンズであることを特徴とする波長変換方法である。
【０１００】
本発明の前記発明４７を展開した第７１の発明（以下、発明７１ともいう）は、発明４７〜７０のいずれかに記載の波長変換方法において、前記波長変換方法に用いる波長変換素子が、波長変換された出力光を、前記入射端部の近傍において、前記入射光の入射位置から所定距離離れた位置で取り出すことができる波長変換素子であることを特徴とする波長変換方法である。
【発明の効果】
【０１０１】
以上説明したように、本発明による波長変換方法、波長変換素子ならびに波長変換装置は、従来のように共振器を構成したりフィードバック制御をしたりせずに、素子長が短い波長変換素子を使用して実質的な相互作用長を長くすることができ、波長変換効率を高めることができるため、構成が簡単で、小型で、高出力にすることができ、波長変換効率を高くすることができる波長変換素子や波長変換装置を安価に提供することができ、それらを用いたコヒーレント光源を安価に提供することができるという多大な効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１０２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の例について説明する。なお、説明に用いる各図は本発明の例を理解できる程度に各構成成分の寸法、形状、配置関係などを概略的に示してある。そして本発明の説明の都合上、部分的に拡大率を変えて図示する場合もあり、本発明の例の説明に用いる図は、必ずしも実施例などの実物や記述と相似形でない場合もある。また、各図において、同様な構成成分については同一の番号を付けて示し、重複する説明を省略することもある。
【０１０３】
前記のように、本発明の波長変換素子、波長変換装置ならびに波長変換方法に用いている技術の基本思想は、従来は、波長λ１のコヒーレント光を、入射光として、たとえば、ＰＰＬＮのような分極反転素子の一端から入射させて、分極反転素子内を図１３のように進行させて前記波長λ１とは異なる波長λ２の光に波長変換を行い、分極反転素子の他端に達した光を図１３のようにそのまま分極反転素子から出力させていたのを、本発明では、分極反転素子の他端に反射体を配置して、分極反転素子の前記他端に達した光を前記反射体で反射させ、当該分極反転素子に光路を変えて再入射させ、再び分極反転素子内を進行させて波長変換を行うことを基本とするものである。
【０１０４】
本発明によって、素子長が３０ｍｍの波長変換素子に、波長λ１が１１２０ｎｍの４Ｗ（ワット）の入射光を入射角を１°で入射させ、後述の到達端部における反射体により反射させて波長変換素子に再入射させることを５回行い（すなわち、波長変換素子の入射端部から次の到達端部までの光路を１パスとし、光路として６パスとり）波長変換を行わせた結果、波長λ２が５６０ｎｍの約１Ｗの出射光をることができた。この例での波長変換効率は２０％を大きく超えるものであり、従来のバルクタイプの波長変換素子では到底期待できなかったものである。入射光量をさらに大きくすると、さらに大きな出力の変換光を得ることができる。
【０１０５】
また、このような特徴を有する本発明の波長変換素子を用いて構成した波長変換装置、前記の特徴を有する本発明の波長変換方法については、その特徴を本発明の波長変換素子を説明することによって、容易に理解することができるまでに明らかにすることができるので、以下において、いくつかの実施例を説明しながら、本発明の波長変換素子を中心に本発明の実施の形態例を説明する。
【実施例１】
【０１０６】
図１と図２は本発明の実施例としての波長変換素子を説明する図で、波長変換を受ける光の光路を含む断面について説明する図である。図１は後述の分極反転領域を図示せずに示した図、図２は分極反転領域の例を記入して示した図である。
【０１０７】
図１と図２で、符号２０ａは本発明の実施例としての波長変換素子、２１はレーザ光源（図示せず）からの第１の波長λ１のコヒーレント光で波長変換を行うために波長変換素子２０ａに入射させる入射光ビーム、２２は波長変換素子２０ａを構成する波長変換素子本体としての分極反転非線形波長変換素子本体、３３は波長変換素子本体２２の分極反転領域、７１ａ〜７１ｃは光路、１１ａは波長変換素子本体２２に入射光ビーム２１が入射する入射端部、１２ａ〜１２ｃは入射光が波長変換素子本体２２に入射（再入射も特に区別しないときは入射ともいう）して波長変換を受けながら進行して波長変換素子本体端部（表面）に到達する到達端部、１３ａは光路７１ｃを波長変換を受けながら進行してきた信号光が出射する出射端部、２３と２６は反射防止膜、２４と２５は反射体としての反射膜、２７は出射光ビームである。
【０１０８】
反射防止膜２３，２６には従来光学素子に用いられている反射防止膜を用いることができる。
【０１０９】
反射膜２４，２５には、波長がλ１の光に対する反射率と波長がλ２の光に対する反射率がともに９０％以上の反射特性を有する多層膜を用いることができる。前記反射率を９９％以上、特に９９．８％以上にすることが特に好ましい。
【０１１０】
９９．９％以上の反射率の多層膜を用いることによって特に好ましい効果を発揮できる。
【０１１１】
図２で、入射端部１１ａから波長変換素子本体２２に入射した入射光は分極反転領域３３を第１の波長λ１から第２の波長λ２への波長変換を受けながら進行して波長変換素子本体２２の到達端部１２ａに到達光として到達する。
【０１１２】
波長が第１の波長λ１である入射光ビーム２１が入射端部１１ａから波長変換素子本体２２に入射して光路７１ａを進行して、その一部が、分極反転領域３３を通ることによって第２の波長λ２の光に変換され、残りの部分は波長変換されずに波長が第１の波長λ１の光として到達端部１２ａに到達する。
【０１１３】
すなわち、到達端部１２ａ（第１の到達端部）に到達した前記到達光には前記波長変換を受けた結果としての第２の波長λ２の光と未変換のままで残っている第１の波長λ１の光が混在している。
【０１１４】
第１の到達端部１２ａに到達した前記到達光は、多層膜から成る反射膜２４によって反射され、分極反転領域３３の光路７１ａとは異なる光路７１ｂを進行するように波長変換素子本体２２に再入射されて、第２の到達端部１２ｂに到達光として到達する。
【０１１５】
図からも明らかなように、光路７１ａと光路７１ｂは互いに平行でない光路である。
【０１１６】
前記反射膜２４によって反射されて波長変換素子本体２２に再入射された光のうちの、光路７１ａにおいて波長がλ２の光へと波長変換された光は波長がλ２の光として光路７１ｂを進行し、波長がλ１のままの光の一部は、光路７１ｂを進行することによって前記と同様に波長がλ２の光へと波長変換され、残りの部分は波長変換されずに波長が第１の波長λ１の光として到達端部１２ｂに到達する。
【０１１７】
すなわち、第２の到達端部１２ｂに到達した前記到達光には前記波長変換を受けた結果としての第２の波長λ２の光と未変換のままで残っている第１の波長λ１の光が混在しているが、第１の到達端部１２ａに到達した前記到達光に比較して、全光量に対する第２の波長λ２の光の割合が増加している。
【０１１８】
第２の到達端部１２ｂに到達した前記到達光は、多層膜から成る反射膜２５によって反射され、分極反転領域３３の光路７１ｂとは異なる光路７１ｃを進行するように波長変換素子本体２２に再入射されて、第３の到達端部１２ｃに到達光として到達する。
【０１１９】
図からも明らかなように、光路７１ｂと光路７１ｃは互いに平行でない光路である。
【０１２０】
前記反射膜２５によって反射されて波長変換素子本体２２に再入射された光のうちの、光路７１ａと７１ｂにおいて波長がλ２の光へと波長変換された光は波長がλ２の光として光路７１ｃを進行し、波長がλ１の光の一部は、光路７１ｃを進行することによって前記と同様に波長がλ２の光へと波長変換され、残りの部分は波長変換されずに波長が第１の波長λ１の光として第３の到達端部１２ｃに到達し、到達端部１２ｃから反射防止膜２６を通り、出射光ビーム２７として波長変換素子本体２２の外部へ出力される。
【０１２１】
すなわち、第３の到達端部１２ｃに到達した前記到達光には前記波長変換を受けた結果としての第２の波長λ２の光と未変換のままで残っている第１の波長λ１の光が混在しているが、第２の到達端部１２ｂに到達した前記到達光に比較して、全光量に対する第２の波長λ２の光の割合が増加している。
【０１２２】
このように、従来のように、第１の到達端部１２ａに反射膜２４の代わりに反射防止膜を形成しておき、入射光を入射端部１１ａから波長変換素子本体２２に入射させて、第１の到達端部１２ａに到達した到達光を反射させずに波長λ２の光を含む光を出射光ビームとして第１の到達端部１２ａから波長変換素子本体２２の外に取り出した場合の波長λ２の光の光量に比べて、前記のようにして、図１と図２を用いて説明した本発明の波長変換素子２０ａの到達端部１２ｃから反射防止膜２６を通り、波長λ２の光を含む光を出射光ビーム２７として波長変換素子本体２２の外部へ出力させた場合の波長λ２の光の光量はおおむね３倍になっている。
【０１２３】
出射光ビーム２７は、図示していないが、たとえば波長選択フィルタに入射させ、波長λ２の光を選択出力させて、顕微鏡用光源など目的の用途に用いることができる。
【０１２４】
すなわち、以上の説明から、図１、図２の構成の本発明の波長変換素子によって、同じ厚さの波長変換素子本体２２を用いて波長λ１の光から波長λ２の光への波長変換効率を従来のおおむね３倍に向上させることができることが容易に理解される。
【０１２５】
このような本発明の波長変換素子を少なくとも１つ光路に配置して構成した波長変換装置が本発明の実施例としての波長変換装置の例である。
【０１２６】
そして、図１、図２を用いて説明した本発明の波長変換素子におけるように、前記到達光を前記反射体によって反射させ波長変換素子本体に再入射させ、入射させた光の波長変換を行う光路長を実質的に長くするという波長変換の方法が本発明の実施例としての波長変換方法の例である。
【０１２７】
前記入射光と波長変換された結果としての出力光の波長の例として、第１の波長λ１が１１２０ｎｍで第２の波長λ２が５６０ｎｍの波長変換素子と、第１の波長λ１が１１６０ｎｍで第２の波長λ２が５８０ｎｍの波長変換素子について、それぞれの波長変換素子における各波長λ１とλ２に対する高反射率を有する前記反射膜を形成した各波長変換素子を作成したところ、極めて良好な波長変換効率を有する波長変換素子を得ることができた。
【０１２８】
良好な波長変換効率を有する波長変換素子を得るのに、前記のことに加えて、種々の工夫をすることにより、一層顕著な効果をもたらすことができる。前記工夫としては、たとえば、各到達端部における素子表面の平行度、分極反転領域の境界と素子表面の平行度などを高めることをあげることができる。
【０１２９】
このための一つの特に好ましい方法は、波長変換素子本体の入射端部、到達端部、出射端部の該当する端部が位置する互いに対向する関係にある素子表面同士の平行度を高めることが好ましい。
【０１３０】
これらの平行度は１分以内にすることが特に好ましい。
【０１３１】
図３と図４は、図１と図２を用いて説明した本発明の波長変換素子２０ａについてさらに詳しく説明する図で、図３は波長変換素子本体として平行平板の素子を用いた場合における素子の反射体を配置している対向する表面の到達端部近傍の平行度について説明する断面図、図４は図３の波長変換素子本体の分極反転領域の境界と素子表面の平行度について説明する断面図である。
【０１３２】
図３と図４で、符号３４ａは波長変換素子本体２２の入射端部１１ａと到達端部１２ｂが含まれる表面を延長した線、３４ｂは波長変換素子本体２２の到達端部１２ａと出射端部１３ａとなる到達端部１２ｃが含まれる表面を延長した線、３５ａ１と３５ｂ１は分極反転領域の境界面を延長した線、３４は線３４ａと線３４ｂの平行度を表す符号、３５ａは線３４ａと線３５ａ１の平行度を表す符号、３５ｂは線３５ｂ１と線３４ｂの平行度を表す符号、３９は分極反転領域の幅を説明する符号である。
【０１３３】
図３と図４を用いて説明する波長変換素子本体２２は、入射端部１１ａおよび到達端部１２ｂを含む表面３４ａと到達端部１２ａおよび入射端部１３ａを含む表面３４ｂとが互いに平行な平面に形成されている。
【０１３４】
図３と図４において、表面３４ａと表面３４ｂの両表面に交わる法線に対して直交し、図の上下方向になる分極反転領域３３の寸法を分極反転領域の幅といい、表面３４ａと表面３４ｂの両表面に交わる法線方向になる波長変換素子本体２２の寸法を波長変換素子本体２２の素子長ということにする。素子長を３０ｍｍにしたときに、符号３４，符号３５ａ，符号３５ｂで示したところの平行度をおおむね１分以内に構成することが前記の理由で好ましい。
【０１３５】
符号３９を付した矢印で示した分極反転領域３３の当該光路を含む面における幅は、前記到達光を反射して波長変換素子本体に再入射させる反射体を配置した到達端部が１つの場合、すなわち、波長変換素子本体に入射した光路（パス）の折り返しが１回（２パス）の場合、少なくとも２ｍｍに構成することが好ましい。図３と図４に示した例は光路の折り返しが２回の場合であり、分極反転領域３３の当該光路を含む面における幅を３ｍｍ以上になるように構成した。この分極反転領域の当該光路を含む面における幅は、前記面内における前記波長変換素子本体に最初に入射した入射光の光路に直交する方向で近似して表現することもできる。
【０１３６】
このような構成にすることにより、小型で波長変換効率が高く、ハイパワー応用も可能な、本発明の波長変換素子を実現することができた。
【実施例２】
【０１３７】
図５は本発明の実施例としての波長変換素子を説明する図で、波長変換を受ける光の光路を含む断面について説明する図である。
【０１３８】
図５で、符号２０ｂは本発明の実施例としての波長変換素子、１２ｄ〜１２ｆは到達光が到達する到達端部、１３ｂは出射光が出力される出射端部で到達端部１２ｆと同じ端部、２８は反射防止膜、２９は反射体としての外部反射鏡、７１ｄ〜７１ｆは光路である。
【０１３９】
図５で、説明の都合上、外部反射鏡２９の近傍における到達端部とその近傍における再入射点が同じ点に見えるような図になっているが、すなわち、光路の折り返しが到達端部で行われているように見えるような図になっているが、実際には到達光が当該到達端部に到達して、そこから出射し、当該外部反射鏡の反射面に到り、外部反射鏡の反射面で反射されて折り返し、到達端部に極めて近い位置から波長変換素子本体２２に再入射している。後述の図６の場合も同様である。
【０１４０】
図５で、入射端部１１ａから波長変換素子本体２２に入射した入射光は、実施例１の場合と同様に、分極反転領域３３を第１の波長λ１から第２の波長λ２への波長変換を受けながら光路７１ｄを進行して波長変換素子本体２２の到達端部１２ｄに到達光として到達する。
【０１４１】
すなわち、実施例１の場合と同様に、波長が第１の波長λ１である入射光ビーム２１が入射端部１１ａから波長変換素子本体２２に入射して光路７１ｄを進行して、その一部が、分極反転領域３３を通ることによって第２の波長λ２の光に変換され、残りの部分は波長変換されずに波長が第１の波長λ１の光として第１の到達端部１２ｄに到達する。
【０１４２】
すなわち、第１の到達端部１２ｄに到達した前記到達光には前記波長変換を受けた結果としての第２の波長λ２の光と未変換のままで残っている第１の波長λ１の光が混在している。
【０１４３】
第１の到達端部１２ｄには反射防止膜２８が形成されているので、第１の到達端部１２ｄに到達した前記到達光は、反射防止膜２８を通り波長変換素子本体２２の外に出て外部反射鏡２９に到り、外部反射鏡２９によって反射され、再び反射防止膜２８を通り、第１の到達端部１２ｄあるいはその近傍から波長変換素子本体２２の分極反転領域３３の光路７１ｄとは異なる光路７１ｅを進行するように波長変換素子本体２２に再入射されて、第２の到達端部１２ｅに到達光として到達する。
【０１４４】
外部反射鏡２９によって反射されて波長変換素子本体２２に再入射された光のうちの、光路７１ｄにおいて波長がλ２の光へと波長変換された光は波長がλ２の光として光路７１ｅを進行し、波長がλ１の光の一部は、光路７１ｅを進行することによって前記と同様に波長がλ２の光へと波長変換され、残りの部分は波長変換されずに第１の波長λ１の光として到達端部１２ｅに到達する。
【０１４５】
すなわち、第２の到達端部１２ｅに到達した前記到達光には前記波長変換を受けた結果としての第２の波長λ２の光と未変換のままで残っている第１の波長λ１の光が混在しているが、第１の到達端部１２ｄに到達した前記到達光に比較して、全光量に対する第２の波長λ２の光の割合が増加している。
【０１４６】
第２の到達端部１２ｅには反射防止膜２８が形成されているので、第２の到達端部１２ｅに到達した前記到達光は、反射防止膜２８を通り波長変換素子本体２２の外に出て外部反射鏡２９に到り、外部反射鏡２９によって反射され、再び反射防止膜２８を通り、第２の到達端部１２ｅあるいはその近傍から波長変換素子本体２２の分極反転領域３３の光路７１ｅとは異なる光路７１ｆを進行するように波長変換素子本体２２に再入射されて、出射端部１３ｂでもある第３の到達端部１２ｆに到達光として到達する。
【０１４７】
前記外部反射鏡２９によって反射されて波長変換素子本体２２に再入射された光のうちの、光路７１ｄと７１ｅにおいて波長がλ２の光へと波長変換された光は波長がλ２の光として光路７１ｆを進行し、波長がλ１の光の一部は、光路７１ｆを進行することによって前記と同様に波長がλ２の光へと波長変換され、残りの部分は波長変換されずに第１の波長λ１の光として第３の到達端部１２ｆに到達し、到達端部１２ｆから反射防止膜２８を通り、波長λ２の光を含む光を出射光ビーム２７として波長変換素子本体２２の外部へ出力される。
【０１４８】
すなわち、第３の到達端部１２ｆに到達した前記到達光には前記波長変換を受けた結果としての第２の波長λ２の光と未変換のままで残っている第１の波長λ１の光が混在しているが、第２の到達端部１２ｂに到達した前記到達光に比較して、全光量に対する第２の波長λ２の光の割合が増加している。
【０１４９】
出射光ビーム２７は、図示していないが、たとえば波長選択フィルタに入射させ、波長λ２の光を選択出力させて、顕微鏡用光源など目的の用途に用いることができる。
【０１５０】
図６は、図５を用いて説明した本発明の波長変換素子２０ｂについてさらに詳しく説明する図で、波長変換素子本体の分極反転領域の境界と外部反射鏡の表面の平行度について説明する図である。
【０１５１】
図６で、符号３７ａと３７ｂは外部反射鏡２９の反射面を延長した線、３６ａと３６ｂは外部反射鏡２９の反射面と分極反転領域の境界の平行度を説明する符号である。
【０１５２】
図６を用いて説明する波長変換素子本体２２は、入射端部１１ａおよび到達端部１２ｅを含む表面と到達端部１２ｄおよび入射端部１３ｂを含む表面とが互いに平行な平面に形成されている。
【０１５３】
図６において、符号３７ａ，符号３７ｂで示したところの平行度をおおむね１分以内に構成することが前記と同様の理由で好ましい。
【０１５４】
入射端部近傍と到達端部近傍の素子表面の平行度、分極反転領域の境界と前記素子表面の表面の平行度についても、おおむね１分以内に構成することが前記と同様の理由で好ましい。
【０１５５】
図５と図６で、入射端部１１ａの部分の反射防止膜２８と到達端部１２ｅの部分の反射防止膜２８は連続した一体の反射防止膜として形成されており、到達端部１２ｄの部分の反射防止膜２８と出射端部１３ｂ（到達端部１２ｆ）の部分の反射防止膜２８も連続した一体の反射防止膜として形成されている。
【０１５６】
このような構成にすることにより、小型で波長変換効率が高く、ハイパワー応用も可能な、本発明の波長変換素子を実現することができた。
【実施例３】
【０１５７】
図７は本発明の実施例としての波長変換素子を説明する図で、波長変換を受ける光の光路を含む断面について説明する図である。
【０１５８】
図７で、符号２０ｃは本発明の実施例としての波長変換素子、３０はレンズ、５０ａ〜５０ｃは当該光路の光路長としての中心点である。
【０１５９】
実施例２の波長変換素子２０ｂとの違いは、反射体としての外部反射鏡を配置している到達端部と外部反射鏡との間にレンズ３０を配置したことである。各レンズ３０の焦点は、その後段の光路において次の集光レンズが配置されている場合には、当該レンズ３０の中心と前記次の集光レンズの中心との間の全光路長の中間点に当たる位置になり、その後段の光路において次の集光レンズが配置されていない場合には、当該レンズ３０の中心と当該波長変換素子本体の出射端部との中間点に当たる位置になるようになっている。
【０１６０】
各外部反射鏡とレンズは各到達端部において同じ条件で配置されているので、各レンズ３０は、外部反射鏡２９で反射されて波長変換素子本体２２に再入射された光を、符号５０ｂや５０ｃで示した前記当該光路の光路長としての中心点に集光するようになっている。これにより、波長変換素子本体２２に再入射された光の広がりの悪影響を防いで、波長変換素子本体内部での光密度をより高め、変換効率をより高めることができるという大きな効果をもたらしている。
【０１６１】
レンズ３０を挿入することにより必然的に変わること以外の構成と作用に関しては実施例２の構成に準じるので、説明の重複を避けることにする。
【０１６２】
前記素子の各表面と外部反射鏡の平行度を前記のようにすることによって、簡単な構造の波長変換素子によって高効率で良質の波長変換を行う波長変換素子を安価に提供することができる。
また、出力光の品質の調整や、波長変換素子本体の表面の状況や、使用上の都合や、小型化などの事情などに応じて、外部反射鏡とレンズを前記平行に関する条件とは別に、それらの位置や角度を調整することができる手段を設けることもできる。
【実施例４】
【０１６３】
図７を用いて説明した構成の波長変換素子２０ｃにおいて、使用目的に応じて、少なくとも１つの外部反射鏡２９を波長λ２の光を透過し、波長λ１の光を反射する外部反射鏡に置換して、適宜必要な位置から波長λ２の光を取り出すように構成することもできる。
【実施例５】
【０１６４】
図８は本発明の実施例としての波長変換素子を説明する図で、波長変換を受ける光の光路を含む断面について説明する図である。図８で（Ａ）は入射光ビーム２１が波長変換素子本体２２に入射し、波長変換を受けて出射光ビーム２７ａとして出射するまでの波長変換素子本体内での光路を含む面の真上から見た図で、（Ｂ）は、波長変換素子の主要部分を前記（Ａ）の矢印１００の方向から見た図である。
【０１６５】
図８で、符号２０ｄは本発明の実施例としての波長変換素子、１１ｂは再入射端部、１２ｇ〜１２ｌは到達端部、１３ｃと１３ｄは出射端部、２７ａ，５３ａ，５３ｂは出射光ビーム、２７ｂは再入射光になる入射光ビーム、６１，６２，７２ａ〜７２ｃ，７３ａ〜７３ｃは入射光ビームが波長変換素子本体２２に入射してからの波長変換素子本体２２内における光路、２１ａ，３１，５１，５２，５３ａ１，１００は矢印、３２は出射光ビーム取り出しミラーである。
【０１６６】
図８（Ａ）で、１１ａ〔１３ｄ（１２ｌ）〕のように〔〕をつけて示した符号は、〔〕の前の符号が図８（Ａ）で見えている部分の符号を表しており、〔〕内の符号が図８（Ａ）で〔〕の前の符号で示した部分の下にあるために見えない部分の符号を表している。したがって、１２ｇ〔１２ｋ〕は、１２ｇが図８（Ａ）で見えている到達端部、１２ｋが図８（Ａ）で到達端部１２ｇの下に位置しているために見えていない到達端部を示している。その他の符号も同様である。
【０１６７】
また、図８（Ａ）で、１３ｃ（１２ｉ）や１３ｄ（１２ｌ）のように（）をつけて示した符号は、（）の前の符号で示した名称と（）の中の符号で示した名称とが同一のものを示している。したがって、１３ｃ（１２ｉ）は出射端部１３ｃすなわち到達端部１２ｉということになる。以下同様である。
【０１６８】
図８（Ａ）で、反射防止膜２３は入射端部１１ａおよびその周辺と出射端部１３ｄおよびその周辺を含む１つの連続した反射防止膜として形成されており、反射防止膜２６は出射端部１３ｃおよびその周辺と入射端部（再入射端部）１１ｂおよびその周辺を含む１つの連続した反射防止膜として形成されており、反射膜２４は到達端部１２ｇおよびその周辺と到達端部１２ｋおよびその周辺を含む１つの連続した反射膜として形成されており、反射膜２５は到達端部１２ｈおよびその周辺と到達端部１２ｊおよびその周辺を含む１つの連続した反射膜として形成されている。
【０１６９】
波長変換素子２０ｄは、図８の（Ａ）と図８の（Ｂ）に図示したように、波長変換素子本体２２内に入射した入射光ビームが波長変換を受けながら波長変換素子本体２２内を進行して出射端部１３ｃから出射した出射光を外部反射鏡２９で折り返し、図８（Ａ）で出射端部１３ｃの真下にある再入射端部となる入射端部１１ｂから波長変換素子本体２２内に入射し、波長変換を受けながら波長変換素子本体２２内を進行して入射端部１１ａの真下になる出射端部１３ｄから出射し、出射光ビーム取り出しミラー３２によって取り出されるように構成されている。出射光ビーム取り出しミラー３２は入射光ビーム１１ａが通る位置にはなく、出射光ビームが通る位置に出射光ビームを図８（Ａ）で下方に反射することができるように配置されている。
【０１７０】
すなわち、図８において、入射光ビーム２１は、矢印２１ａの方向に進行して入射端部１１ａから波長変換素子本体２２に入射し、光路７２ａを通り到達端部１２ｇに達し、反射膜２４により反射されて光路７２ａとは異なる方向に進行する光路７２ｂに進行し、到達端部１２ｈで反射膜２５により反射されて光路７２ｂとは異なる方向に進行する光路７２ｃに進行し、出射端部１３ｃである到達端部１２ｉから出射光ビーム２７ａとして出射し、レンズ３０を経て外部反射鏡２９にいたり、外部反射鏡２９により反射されて出射光ビーム２７ａの光路とは異なる光路である入射光ビーム２７ｂとして図示した光路へと進み、再入射端部である入射端部１１ｂから波長変換素子本体２２に入射して光路７３ａ（前記のように、図８（Ａ）では光路７２ｃの下側にある）へと進み、波長がλ１の成分が波長変換を受けながら到達端部１２ｊに到り、反射膜２５によって反射されて波長変換素子本体２２に再入射して光路７３ｂ（前記のように、図８（Ａ）では光路７２ｂの下側にある）へと進み、波長がλ１の成分が波長変換を受けながら到達端部１２ｋに到り、反射膜２４によって反射されて波長変換素子本体２２に再入射して光路７３ｃ（前記のように、図８（Ａ）では光路７２ａの下側にある）へと進み、波長がλ１の成分が波長変換を受けながら出射端部１３ｄである到達端部１２ｌに到り、出射端部１３ｄから図８（Ａ）と図８（Ｂ）に示した出射光ビーム５３ａとして出射し、出射光ビーム取り出しミラー３２により出射光ビーム５３ｂとして取り出される。
【０１７１】
このような構成の本発明の波長変換素子２０ｄの出射光ビーム５３ｂは、出射光ビーム２７ａのおおむね２倍の割合の波長がλ２の光を含んでおり、従来の波長変換による出射光ビーム中のおおむね６倍の割合の波長がλ２の光を含んでいることが容易に理解されるところである。
【０１７２】
出射光ビーム５３ｂは、図示していないが、たとえば多層膜から成る波長選択フィルタに入射し、波長がλ２の光だけが取り出されて、たとえば、顕微鏡などの光源として使用される。
【実施例６】
【０１７３】
図９は本発明の実施例としての波長変換装置の要部を説明する断面図である。
【０１７４】
図９で、符号２０ｅは本発明の実施例としての波長変換装置、２０ｅ１と２０ｅ２は本発明の実施の形態例としての波長変換素子、２７ｃと２７ｄは出射光ビーム、２７ｃ１は入射光ビームである。
【０１７５】
レンズ３０の焦点は、出射光ビーム２７ｃを波長変換素子本体２２内における全光路の中間点すなわち光路７１ｂの光路長としての中心点５０ｄに結像するような焦点になっている。
【０１７６】
波長変換装置２０ｅは、その主要部に波長変換素子２０ｅ１と波長変換素子２０ｅ２を間にレンズを介して直列に接続したセットを用いており、図示していないが、入射光ビーム２１の前段にはレーザ光源と入射光を図示のところに導く光学系が配置されており、出射光ビーム２７ｄの後段にはたとえば多層膜から成る波長選択フィルタが配置されており、さらに、このような構成のセットで、波長の異なる出射光を複数波長取り出せるように構成されている。
【０１７７】
このような主要部分を有する本発明の波長変換装置２０ｅは、構成が簡単で、小型で、波長変換効率が高く、高品質で、ハイパワーのコヒーレント光源として安価に製造することができ、使用目的によって、波長可変光源としても構成することができるという多大な効果を奏するものである。
【０１７８】
以上の説明から容易に推察できるが、本発明の波長変換方法は、前記例のような波長変換素子本体に入射した光を、到達端部で反射体により反射して、波長変換素子本体に再入射させることによって、波長変換素子の長さを長くせずに、波長変換を行う光路を実質的に長くすることによって、同じ寸法の波長変換素子を用いた従来の変換方法では得られなかった高い波長変換効率を得ることができるものである。そして、素子の長さ（厚さ）を短くできることにより、素子の均一性を容易に高めることができるという大きな利点を有する。
【０１７９】
以上、図面を参照しながら本発明の実施の形態例を説明したが、本発明はこれに狭く限定されるものではなく、多くのバリエーションを可能とするものである。
【０１８０】
たとえば、波長変換素子に外部反射鏡やレンズの位置や角度や反射条件などを変える手段を備えることにより精密に調整できるようにしたり小型化したり使用環境に合わせた構造にすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１８１】
以上説明したように、本発明により、良質で、小型で、ハイパワーを実現できる、安価なコヒーレント光源として光通信分野、医療分野、顕微鏡、計測分野など広い分野において用いることができる光源を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８２】
【図１】本発明の実施例としての波長変換素子を説明する図である。
【図２】本発明の実施例としての波長変換素子を説明する図である。
【図３】本発明の実施例としての波長変換素子本体の表面の平行度について説明する図である。
【図４】図３の波長変換素子本体の分極反転領域の境界と素子表面の平行度について説明する図である。
【図５】本発明の実施例としての波長変換素子を説明する図である。
【図６】図５の波長変換素子２０ｂをさらに詳しく説明する図で、波長変換素子本体の分極反転領域の境界と外部反射鏡の表面の平行度について説明する図である。
【図７】本発明の実施例としての波長変換素子を説明する図である。
【図８】本発明の実施例としての波長変換素子を説明する図である。
【図９】本発明の実施例としての波長変換装置の要部を説明する図である。
【図１０】特許文献１に記載の従来のＳＨＧ素子である光導波路デバイスを用いた波長変換の例を説明する図である。
【図１１】特許文献２に記載の従来の分極反転領域を有する非線形光学結晶を用いたＳＨＧ素子を説明する図である。
【図１２】特許文献３に記載の従来の光パラメトリック発振器を説明する図である。
【図１３】従来のバルクタイプの分極反転素子の疑似位相整合を利用した波長変換を説明する図である。
【符号の説明】
【０１８３】
１１ａ，１１ｂ：入射端部
１２ａ〜１２ｌ：到達端部
１３ａ〜１３ｄ：出射端部
２０ａ〜２０ｄ，２０ｅ１，２０ｅ２：波長変換素子
２０ｅ：波長変換装置
２１，２７ｂ，２７ｃ１：入射光ビーム
２１ａ，３１，５１，５２，５３ａ１，１００：は矢印
２２：波長変換素子本体
２３，２６，２８：反射防止膜
２４，２５：反射体としての反射膜
２７，２７ａ，２７ｃ，２７ｄ，５３ａ，５３ｂ：出射光ビーム
２９：外部反射鏡
３０：レンズ
３２：出射光ビーム取り出しミラー
３３：分極反転領域
３４，３５ａ，３５ｂ：平行度を表す符号
３４ａ，３４ｂ：波長変換素子本体の表面を延長した線
３５ａ１，３５ｂ１：分極反転領域の境界面を延長した線
３６ａ，３６ｂ：外部反射鏡の反射面と分極反転領域の境界の平行度を説明する符号
３７ａ，３７ｂ：外部反射鏡の反射面を延長した線
３９：分極反転領域の幅を説明する符号
５０ａ〜５０ｄ：光路の光路長としての中心点
６１，６２，７１ａ〜７１ｆ，７２ａ〜７２ｃ，７３ａ〜７３ｃ：光路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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