(57)【要約】【課題】波長変換効率が良好な小型の波長変換装置を提供すること。【解決手段】分極方向が周期的に反転する光導波路１１を有するＬｉＮｂＯ３結晶からなり、前記光導波路の入射端１１ａ側から入射した赤外光Ｉを、前記光導波路に沿って誘導しながら青色光Ｂ１、Ｂ２に波長変換する擬似位相整合方式の波長変換手段と、前記光導波路の出射反射端１１ｂ側に設けられ、前記波長変換素子１０で波長変換された青色光Ｂ１のみを透過させて、前記光導波路の出射反射端側から出射させるとともに、残りの赤外光Ｉを反射させて、前記光導波路に戻すＤＢＲ２０と、前記光導波路の出射反射端側から出射する青色光Ｂ１と、前記光導波路に戻されたのち、前記波長変換素子で波長変換されて前記光導波路の入射端側から出射する青色光Ｂ２とを合成する合成装置４０とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分極方向が周期的に反転する光導波路を有する非線形結晶からなり、前記光導波路の一端側から入射した光を、前記光導波路に沿って誘導しながら波長変換する擬似位相整合方式の波長変換手段と、
前記光導波路の他端側に設けられ、前記波長変換手段で波長変換された光のみを透過させて、前記光導波路の他端側から出射させるとともに、残りの光を反射させて、前記光導波路に戻す反射透過手段と、
前記光導波路の他端側から出射する光と、前記光導波路に戻され、前記波長変換手段で波長変換されたのち、前記光導波路の一端側から出射する光とを合成する合成手段と、
を具備することを特徴とする波長変換装置。
【請求項２】
前記非線形結晶を均一に加熱あるいは冷却して、その温度を一定に制御する制御手段を更に具備することを特徴とする請求項１記載の波長変換装置。
【請求項３】
前記非線形結晶はＬｉＮｂＯ３の結晶であり、赤外光を青色光に変換することを特徴とする請求項１記載の波長変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源等に使用される光波長変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクションテレビの青色光源として、綺麗な青色光を作ることができる波長変換装置に期待が高まっている。図４（ａ）に示すように、この波長変換装置は、波長変換素子としてのＬｉＮｂＯ３結晶１００に光導波路１０１を形成し、そこに電圧印加により周期分極反転構造(縞模様で示す)を形成することで、赤外光Ｉを青色光Ｂに変換している。
【０００３】
従来の波長変換装置では、波長変換効率を高めるために、周期分極反転構造のピッチ間隔を調整して、赤外光Ｉと青色光Ｂの位相整合条件を満足させていた（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２０００−１７１８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、波長変換素子の材料であるＬｉＮｂＯ３結晶は、青色に相当する４００ｎｍ帯付近で吸収がある。そのため、青色光の存在比率が増加する光導波路の出射端側では、図４（ｂ）に示すように、青色光の吸収により生じる熱で結晶温度が上昇し、ＬｉＮｂＯ３結晶の膨張や屈折率の変化が生じる。その結果、光導波路の出射端側では、前述の位相整合条件がずれ、波長変換素子の実効的な作用長が短くなることがある。
【０００５】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、変換効率が良好な小型の波長変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の波長変換装置は次のように構成されている。
【０００７】
（１）波長変換装置において、分極方向が周期的に反転する光導波路を有する非線形結晶からなり、前記光導波路の一端側から入射した光を、前記光導波路に沿って誘導しながら波長変換する擬似位相整合方式の波長変換手段と、前記光導波路の他端側に設けられ、前記波長変換手段で波長変換された光のみを透過させて、前記光導波路の他端側から出射させるとともに、残りの光を反射させて、前記光導波路に戻す反射透過手段と、前記光導波路の他端側から出射する光と、前記光導波路に戻され、前記波長変換手段で波長変換されたのち、前記光導波路の一端側から出射する光とを合成する合成手段とを具備する。
【０００８】
（２）（１）に記載された波長変換装置において、前記非線形結晶を均一に加熱あるいは冷却して、その温度を一定に制御する制御手段を更に具備する。
【０００９】
（３）（１）に記載された波長変換装置において、前記非線形結晶はＬｉＮｂＯ３の結晶であり、赤外光を青色光に変換する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、波長変換効率を向上することができる。また、波長変換装置を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。  
図１は本発明の一実施形態に係る波長変換装置の概略図である。図１に示すように、この波長変換装置は、波長変換素子１０、ＤＢＲ２０、電気回路３０、合成装置４０、及び制御装置５０を備えている。
【００１２】
波長変換素子１０は、非線形光学効果を有するＬｉＮｂＯ３結晶からなり、その所定位置には赤外光を透過させて青色光に変換する光導波路１１が形成されている。この光導波路１１は、いわゆる周期分極反転構造（縞模様で示す）をしており、その一端が赤外光を入射させる入射端１１ａをなし、他端が赤外光を反射させ、且つ青色光を出射させる出射反射射端１１ｂをなしている。なお、周期分極反転構造とは、結晶の分極方向が光導波路１１の光軸方向に対して所定間隔で反転した構造である。
【００１３】
周期分極反転構造の周期ピッチは、基準温度において赤外光と青色光の位相整合条件を満たすように設計されている。なお、位相整合条件とは、光導波路１１内に混在する赤外光と青色光とが互いに弱め合わないための条件である。
【００１４】
光導波路１１の長さは、光導波路１１の片道分で赤外光の略半分が青色光に変換されるように設計されている。言い換えれば、光導波路１１の長さは、赤外光が光導波路１１の入射端１１ａから出射反射端１１ｂに伝播する間に、あるいは光導波路１１の出射反射端１１ｂから入射端１１ａに伝播する間に、その略半分が青色光に変換されるように設計されている。
【００１５】
ＤＢＲ（分布ブラッグ反射器）２０は、複数のブラッグ反射膜２１から構成されるものであり、光導波路１１の出射反射端１１ｂに設けられている。ブラッグ反射膜２１の積層ピッチ（以下、「ＤＢＲ周期」とする。）Λは、ブラッグ反射条件に基づき、数式［１］のように設定されている。なお、ΛはＤＢＲ周期、λＩは赤外光の波長、ｎはブラッグ反射膜２１の実効屈折率である。
【００１６】
Λ＝２λＩｎ    …［１］  
これにより、ＤＢＲ２０は、赤外光だけを反射させ、青色光を透過させるようになっている。
【００１７】
図２は同実施形態に係る波長変換素子と電気回路３０との関係図である。図２に示すように、電気回路３０は、第１の系統３１と第２の系統３２から構成されている。第１、第２の系統３１、３２は、波長変換素子１０の側面に形成された電極（図示しない）に対して交互に接続されており、それぞれＬｉＮｂＯ３結晶に逆極性の電圧を印加している。これにより、波長変換素子１０の光導波路１１には、前述の周期分極反転構造が形成される。
【００１８】
合成装置４０は、ダイクロイックミラー４１、第１のミラー４２、第２のミラー４３、偏光光学素子４４、及びポラライザ４５を備えている。
【００１９】
ダイクロイックミラー４１は、光導波路１１の入射端１１ａに対向配置され、光源等（図示しない）からの赤外光を透過させて光導波路１１の入射端１１ａに入射させ、また光導波路１１の入射端１１ａから出射した青色光を略直角に反射させて第１のミラー４２に誘導する。
【００２０】
第１のミラー４２は、ダイクロイックミラー４１の側方に配設され、ダイクロイックミラー４１で反射した青色光を略直角に反射させ、第２のミラー４３に誘導する。
【００２１】
第２のミラー４３は、ポラライザ４５の側方に配置され、第１のミラー４２で反射した青色光を略直角に反射させ、偏光光学素子４４に誘導する。
【００２２】
偏光光学素子４４は、第２のミラー４３とポラライザ４５との間に配設され、第２のミラー４３で反射してポラライザ４５に進む青色光の偏光角を９０度回転させる。
【００２３】
ポラライザ４５は、光導波路１１の出射反射端１１ｂに対向配置され、光導波路１１の出射反射端１１ｂから出射した青色光を透過させるとともに、偏光光学素子４４により偏光角が９０度回転された青色光を略直角に反射して、これらを合成する。
【００２４】
制御装置５０は、波長変換素子１０を均一に冷却して、その温度が前述の基準温度になるように温度制御する。
【００２５】
前記構成の波長変換装置において、光導波路１１の入射端１１ａに入射した赤外光Ｉは、光導波路１１の出射反射端１１ｂに到達するまでの間に、その略半分が青色光Ｂ１に変換される。この青色光Ｂ１は、ＤＢＲ２０を透過したのち、ポラライザ４５を透過する。一方、光導波路１１の出射反射端１１ｂに到達するまでの間に波長変換されなかった赤外光Ｉは、ＤＢＲ２０で反射したのち、光導波路１１を逆方向、すなわち光導波路１１の入射端１１ａに向かって進み、光導波路１１の入射端１１ａに到達するまでの間に殆んど青色光Ｂ２に変換される。この青色光Ｂ２は、光導波路１１の入射端１１ａから出射し、第１のミラー４２、第２のミラー４３、偏光光学素子４４、及びポラライザ４５を経由して、ポラライザ４５を透過した前記青色光Ｂ１と合成される。
【００２６】
本実施形態によれば、擬似位相整合方式の波長変換装置において、光導波路１１の出射反射端１１ｂに赤外光Ｉのみを反射させるＤＢＲ２０を設けている。そして、光導波路１１の入射端１１ａから出射反射端１１ｂまでの間に変換されなかった赤外光ＩをＤＢＲ２０で反射させて光導波路１１に戻すことで、その後、赤外光Ｉが光導波路１１の入射端１１ａに到達するまでの間を利用して波長変換を行うようにしている。
【００２７】
すなわち、本実施形態の波長変換装置では、赤外光Ｉに光導波路１１を往復させ、その往路と復路の両方で波長変換を行うようにしている。そのため、従来の波長変換装置に対して作用長を２倍程度まで長くすることができる。逆に言えば、所望量の青色光を得るために必要な波長変換素子１０の長さを従来の１／２程度まで短くすることができる。
【００２８】
また、赤外光Ｉが光導波路１１の入射端１１ａ側に進む復路においても波長変換が行われるから、光導波路１１の入射端１１ａ付近での青色光が増加し、光導波路１１内の青色光Ｂの存在比率が光導波路１１全体に亘って均一化する。
【００２９】
そのため、波長変換素子１０として、４００ｎｍ帯で吸収があるＬｉＮｂＯ３結晶を使用した場合でも、図３（ｂ）に示すように、波長変換素子１０の温度を均一化することができるから、制御装置５０で波長変換素子１０全体を均一に冷却するだけで、波長変換素子１０全体を基準温度に維持することが可能となる。
【００３０】
その結果、赤外光Ｉと青色光Ｂの位相整合条件が維持され、波長変換素子１０の光導波路１１全体が波長変換に使用されるから、従来よりも波長変換素子１０を小型化することができる。
【００３１】
本発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る波長変換装置の概略的構成図。
【図２】同実施形態に係る波長変換素子と電気回路との関係図。
【図３】同実施形態係る波長変換素子の概略的構成と温度分布を示す概略図。
【図４】従来の波長変換装置の概略的構成と温度分布を示す概略図。
【符号の説明】
【００３３】
１０…波長変換素子（波長変換手段）、１１…光導波路、２０…ＤＢＲ（反射透過手段）、４０…合成装置（合成手段）、５０…制御装置（制御手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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