特許 7223140 発光装置及び光ファイバ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-07

(45)【発行日】2023-02-15

(54)【発明の名称】発光装置及び光ファイバ

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/10 20060101AFI20230208BHJP

   H01S 3/067 20060101ALI20230208BHJP

   G02B 6/02 20060101ALI20230208BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20230208BHJP

   G02B 6/34 20060101ALI20230208BHJP

【ＦＩ】

H01S3/10 D

H01S3/067

G02B6/02 376

G02B6/02 421

G02B6/42

G02B6/34

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021533873

(86)(22)【出願日】2020-06-22

(86)【国際出願番号】 JP2020024313

(87)【国際公開番号】W WO2021014853

(87)【国際公開日】2021-01-28

【審査請求日】2022-01-19

(31)【優先権主張番号】P 2019134085

(32)【優先日】2019-07-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】591114803

【氏名又は名称】公益財団法人レーザー技術総合研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000005821

【氏名又は名称】パナソニックホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002527

【氏名又は名称】弁理士法人北斗特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】明田 孝典

(72)【発明者】

【氏名】田中 健一郎

(72)【発明者】

【氏名】宮永 憲明

【審査官】村井 友和

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１１／０５５８１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１３／１１１２７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－０８０６４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０１０７２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ３／１０

Ｈ０１Ｓ ３／０６７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光入射部と、光出射部と、前記光入射部と前記光出射部との間に設けられており、励起光によって励起され前記励起光よりも長波長の自然放出光を発生し、前記自然放出光を増幅して自然放射増幅光を発生する波長変換材料を含む波長変換部と、を有する光ファイバと、
前記励起光を前記光入射部に入射させる第１光源部と、
前記励起光又は前記自然放射増幅光によって励起された前記波長変換材料から誘導放出光を発生させるためのシード光を前記光入射部に入射させる第２光源部と、を備え、
前記光入射部には、互いに波長の異なる複数の前記シード光が入射される、
発光装置。

【請求項2】

前記波長変換材料は、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｎｄ及びＭｎの群から選択される元素を含む、
請求項１に記載の発光装置。

【請求項4】

前記第２光源部は、
前記複数のシード光それぞれを出力する複数の光源を有する、
請求項１又は２に記載の発光装置。

【請求項5】

前記複数のシード光それぞれの強度を調整する調整部を更に有する、
請求項４に記載の発光装置。

【請求項6】

前記第１光源部及び前記第２光源部は、
白色光源と、
前記白色光源から放射された光を分光することで前記励起光及び前記複数のシード光を出射する分光用のグレーティングと、を有する、
請求項１又は２に記載の発光装置。

【請求項7】

前記光入射部は、前記励起光及び前記シード光の反射を低減する反射低減部を含む、
請求項１、２、４～６のいずれか一項に記載の発光装置。

【請求項8】

前記光出射部は、前記光ファイバの光軸に直交する面に対して所定角度で傾斜した傾斜面を含む、
請求項１、２、４～７のいずれか一項に記載の発光装置。

【請求項9】

前記光出射部は、前記励起光及び前記誘導放出光の反射を低減する反射低減部を含む、
請求項１、２、４～８のいずれか一項に記載の発光装置。

【請求項10】

前記第１光源部は、レーザ光源を含む、
請求項１、２、４～９のいずれか一項に記載の発光装置。

【請求項11】

光入射部と、
光出射部と、
前記光入射部と前記光出射部との間に設けられており、励起光によって励起され前記励起光よりも長波長の自然放出光を発生し、前記自然放出光を増幅して自然放射増幅光を発生する波長変換材料を含む波長変換部と、を備え、
前記光入射部に、前記励起光と、前記励起光又は前記自然放射増幅光によって励起された前記波長変換材料から誘導放出光を発生させるためのシード光と、が入射され、
前記光入射部には、互いに波長の異なる複数の前記シード光が入射される、
光ファイバ。

【請求項12】

前記光入射部は、
前記励起光が入射する第１光入射部と、
前記第１光入射部とは別に設けられており、前記シード光が入射する第２光入射部と、を有する、
請求項１１に記載の光ファイバ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般に、発光装置及び光ファイバに関し、より詳細には、励起光とは異なる波長の光を放出する波長変換部を有する発光装置及び光ファイバに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、発光装置として、固体光源と、光伝送ファイバと、を備える光源装置が提案されている（特許文献１）。ここにおいて、光伝送ファイバは、第１端面及び第２端面を有し、固体光源から出射された励起光が第１端面から導入される。光伝送ファイバは、波長変換コアと、導光コアと、クラッドと、を有する。波長変換コアは、励起光を吸収して電子の反転分布状態を生成すると共に可視光領域の波長変換光を放出する波長変換材料を含む。導光コアは、波長変換コアの周囲を被覆し、波長変換光を第１端面側から第２端面側に伝送する。クラッドは、導光コアの周囲を被覆する。

【0003】

光伝送ファイバは、導光コアを伝搬する波長変換光により誘導放出が生じ、固体光源から出射された励起光及び誘導放出により増幅された波長変換光が第２端面から出射するように構成されている。

【0004】

特許文献１に記載された光源装置のような発光装置では、波長変換光の強度を高めることが難しかった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１８－１９５６２７号公報

【発明の概要】

【0006】

本開示の目的は、励起光とは異なる波長の光の強度を高めることが可能な発光装置及び光ファイバを提供することにある。

【0007】

本開示に係る一態様の発光装置は、光ファイバと、第１光源部と、第２光源部と、を備える。前記光ファイバは、光入射部と、光出射部と、波長変換部と、を有する。前記波長変換部は、前記光入射部と前記光出射部との間に設けられている。前記波長変換部は、波長変換材料を含む。前記波長変換材料は、励起光によって励起され、前記励起光よりも長波長の自然放出光を発生し、自然放出光を増幅して自然放射増幅光を発生する。前記第１光源部は、前記励起光を前記光入射部に入射させる。前記第２光源部は、前記励起光又は前記自然放射増幅光によって励起された前記波長変換材料から誘導放出光を発生させるためのシード光を前記光入射部に入射させる。

【0008】

本開示に係る一態様の光ファイバは、光入射部と、光出射部と、波長変換部と、を備える。前記波長変換部は、前記光入射部と前記光出射部との間に設けられている。前記波長変換部は、波長変換材料を含む。前記波長変換材料は、励起光によって励起され、前記励起光よりも長波長の自然放出光を発生し、自然放出光を増幅して自然放射増幅光を発生する。前記光入射部に、前記励起光と、前記励起光又は前記自然放射増幅光によって励起された前記波長変換材料から誘導放出光を発生させるためのシード光と、が入射される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施形態１に係る発光装置の構成図である。

【図2】図２は、同上の発光装置の動作原理の説明図である。

【図3】図３は、同上の発光装置で用いるＰｒ^３＋イオンのエネルギ準位の説明図である。

【図4】図４は、実施形態２に係る発光装置の構成図である。

【図5】図５は、実施形態３に係る発光装置の構成図である。

【図6】図６は、実施形態４に係る発光装置の構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

下記の実施形態１～４等において説明する各図は、模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。

【0011】

（実施形態１）
以下では、実施形態１に係る発光装置１について図１～３に基づいて説明する。

【0012】

（１）概要
発光装置１は、波長変換材料を添加された光ファイバ２に、波長変換材料を励起するための励起光Ｐ１と、励起光Ｐ１によって励起された波長変換材料から誘導放出光Ｐ３を発生させるためのシード光Ｐ２と、を入射させる。光ファイバ２は、少なくとも一種類の波長変換材料が添加されていればよい。光ファイバ２からは、励起光Ｐ１と誘導放出光Ｐ３とを含む光Ｐ４が出射される。図２は、発光装置１の動作原理の説明図である。発光装置１では、光ファイバ２に入射した励起光Ｐ１によって、波長変換材料の基底準位Ｅ０（複数のエネルギ準位を含む）にあった電子ｅ^－が励起準位Ｅ２に励起される。そして、励起準位Ｅ２の電子ｅ^－が励起準位Ｅ２よりもエネルギの低い準安定準位Ｅ１に遷移する。その後、例えば準安定準位Ｅ１と基底準位Ｅ０の複数のエネルギ準位のうち上位のエネルギ準位（以下、第１エネルギ準位ともいう）とのエネルギ差に相当する波長のシード光Ｐ２によって準安定準位Ｅ１の電子ｅ^－が第１エネルギ準位に遷移するときに誘導放出光Ｐ３が発生する。準安定準位Ｅ１と準安定準位Ｅ１よりも低い別のエネルギ準位（以下、第２エネルギ準位ともいう）とのエネルギ差に相当する波長のシード光によって準安定準位Ｅ１の電子ｅ^－が第２エネルギ準位に遷移するときにも、誘導放出光が発生する。

【0013】

発光装置１は、例えば、照明器具、照明装置、照明システム、プロジェクタ、印刷機器、内視鏡光源等に適用することができる。発光装置１は、住宅用の機器、システム等に適用する場合に限らず、例えば、施設用の機器、システム等に適用してもよいし、移動体の機器、システム等に適用してもよい。移動体は、例えば、自動車、自転車、電車、飛行機、船舶、ドローン等である。

【0014】

（２）発光装置の構成
発光装置１は、図１に示すように、光ファイバ２と、第１光源部１１と、第２光源部１２と、を備える。第１光源部１１は、励起光Ｐ１を光入射部２１に入射させる。第２光源部１２は、励起光Ｐ１によって励起された波長変換材料から誘導放出光Ｐ３を発生させるためのシード光Ｐ２（以下、外部シード光Ｐ２ともいう）を光入射部２１に入射させる。

【0015】

（２．１）光ファイバ
光ファイバ２は、図１に示すように、コア３と、クラッド４と、被覆部５と、を有する。クラッド４は、コア３の外周面を覆っている。被覆部５は、クラッド４の外周面を覆っている。コア３に関し、光軸方向に直交する断面形状は、円形状である。クラッド４は、コア３と同軸状に配置されている。

【0016】

コア３は、第１端面３１と、コア３の長さ方向において第１端面３１とは反対側の第２端面３２と、を有する。コア３は、透光性材料と、上述の波長変換材料と、を含む。コア３における波長変換材料の濃度は、コア３の全長に亘って略均一であってもよいし、均一でなくてもよい。コア３の屈折率は、コア３の主成分である上述の透光性材料の屈折率と略同じである。

【0017】

透光性材料は、例えば、フッ化物、酸化物、又は窒化物のいずれかである。フッ化物は、例えば、フッ化物ガラスである。酸化物は、例えば、酸化ケイ素、石英等である。

【0018】

波長変換材料は、希土類元素である。ここにおいて、波長変換材料は、例えば、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｎｄ及びＭｎの群から選択される元素を含む。波長変換材料は、希土類元素のイオンとしてコア３に含有されており、例えば、Ｐｒのイオン（Ｐｒ^３＋）、Ｔｂのイオン（Ｔｂ^３＋）として含有されている。ここにおいて、波長変換材料は、励起光Ｐ１によって励起されるか、あるいは波長変換材料から発せられた自然放出光を内部シード光として増幅された光、即ち自然放射増幅光（ＡＳＥ）によって励起されてもよい。このような励起を介して、波長変換材料は、波長変換材料の元素特有のＡＳＥを放出し、併せて外部シード光Ｐ２の波長と同じ波長の誘導放出光を発生し、これらを合わせて誘導放出光Ｐ３として放出する。ＡＳＥ及び外部シード光Ｐ２の波長は、励起光Ｐ１の波長（例えば、４４０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下）よりも長波長である。シード光Ｐ２の波長については、「（２．３）第２光源部」の欄で説明する。

【0019】

図３は、Ｐｒ^３＋のエネルギ準位図の一例である（図３については、文献１［C. Krankel, et al., “Out of the blue: semiconductor laser pumpedvisible rare-earth doped lasers”, Laser Photonics Rev. 10, 548 (2016)］参照）。図３の縦軸は、電子エネルギである。図３の右側の表記は、電子配置を表現するRussel-Saunders表記である。また、図３の上向きの矢印は励起光の吸収を示し、下向きの矢印が自然放出光あるいは誘導放出光に関する遷移を示している。図３から分るように、Ｐｒ^３＋は、シアン～赤色の範囲でＡＳＥあるいはシード光の増幅光を放出できる波長変換材料（波長変換要素）である。誘導放出光の強度は、内部シード光（自然放出光）及び外部シード光の強さに依存する。コア３がＰｒ^３＋とＴｂ^３＋とを含有している場合、Ｔｂ^３＋は、Ｐｒ^３＋からのＡＳＥを吸収して励起され、Ｔｂ^３＋特有の波長のＡＳＥを発生することもできる。

【0020】

クラッド４の屈折率は、コア３の屈折率よりも小さい。クラッド４は、コア３の含有している波長変換材料を含まない。

【0021】

被覆部５は、クラッド４の外周面を覆っている。被覆部５の材料は、例えば、樹脂である。

【0022】

光ファイバ２は、光入射部２１と、光出射部２２と、波長変換部２３と、を有する。

【0023】

光入射部２１は、励起光Ｐ１が入射する部分であり、例えば、コア３の第１端面３１を含む。光出射部２２は、励起光Ｐ１と、ＡＳＥを含む誘導放出光Ｐ３と、を含む光が出射するコア３の第２端面３２を含む。

【0024】

光入射部２１は、光ファイバ２の外部から光入射部２１に入射する励起光Ｐ１の反射を低減する反射低減部を含んでいてもよい。反射低減部は、例えば、コア３の第１端面３１を覆うアンチリフレクションコートであってもよい。波長７００ｎｍ以上の深赤外域の光に対しては無反射コートがあることが望ましい。

【0025】

光出射部２２は、励起光Ｐ１、及びＡＳＥを含む誘導放出光Ｐ３の反射を低減する反射低減部６を含む。反射低減部６は、例えば、好ましくは、コア３の屈折率と略等しい屈折率を有する透明材料より構成することができる。反射低減部６は、例えば、エンドキャップを含む。光出射部２２が反射低減部６を含むことよって、光ファイバ２は、コア３の第２端面３２での反射による電界増強を抑えることができ、コア３の第２端面３２をレーザー損傷から保護することもできる。発光装置１は、コア３の第２端面３２が空気と接している場合、第２端面３２で数％のフレネル反射が生じ、寄生発振を引き起こして光出力の制御が難しくなることがある。フレネル反射を低減するために、光ファイバ２は、コア３の第２端面３２に接合されている反射低減部６を備えているのが好ましい。反射低減部６の材料は、フッ化物ガラス、酸化ケイ素、石英であってもよい。光出射部２２は、光ファイバ２の光軸に直交する面に対して所定角度（例えば、８度）で傾斜した傾斜面２２１を含む。これにより、発光装置１は、反射低減部６とコア３との間に屈折率のジャンプがあったとしても、コア３の第２端面３２と反射低減部６の境界面で反射して第１端面３１にまで戻る光成分（後方反射成分）を－６０ｄＢ以下に抑えることが可能となり、光出射部２２から出射される光の効率を向上させることが可能となる。所定角度は、８度に限らない。ここにおいて、所定角度は、例えば、２度以上であるのが好ましく、４度以上であるのがより好ましく、６度以上であるのが更に好ましい。また、所定角度は、例えば、２０度以下であるのが好ましく、１６度以下であるのがより好ましく、１２度以下であるのが更に好ましい。光ファイバ２の光軸方向におけるエンドキャップの長さは、例えば、１００μｍ以上３ｍｍ以下である。ここで、エンドキャップは、コア３とクラッド４とに跨るように配置されているが、少なくともコア３の第２端面３２に配置されていればよい。反射低減部６は、エンドキャップに限らず、例えば、コア３の第２端面３２に含まれる２００ｎｍ以下の微細凹凸構造であってもよい。この場合、反射を低減する観点では、エンドキャップの有無は、どちらでもよい。

【0026】

波長変換部２３は、光入射部２１と光出射部２２との間に設けられている。波長変換部２３は、波長変換材料を含む。波長変換材料は、励起光Ｐ１によって励起され、励起光Ｐ１よりも長波長の光を放射する。波長変換材料は、励起光Ｐ１を吸収して励起光Ｐ１よりも長波長の自然放出光又はシード光を誘導放出によって増幅することができる材料である。波長変換部２３は、コア３のうち光入射部２１と光出射部２２との間の全部であるが、これに限らず、一部であってもよい。つまり、光ファイバ２は、コア３の全域にわたって波長変換材料が添加されていてもよいし、コア３の一部の領域に波長変換材料が添加されていてもよい。

【0027】

コア３の直径は、例えば、２５μｍ以上５００μｍ以下である。光ファイバ２の長さは、例えば、１ｃｍ以上１０ｍ以下である。光ファイバ２の長さは、波長変換部２３の長さが１０ｃｍ以上であるのが好ましく、３０ｃｍ以上であるのがより好ましく、１ｍ以上であるのが更に好ましい。波長変換部２３の長さについては、波長変換部２３における波長変換材料の濃度が低いほど長いほうが好ましい。光ファイバ２の開口数は、例えば、０．２２である。

【0028】

（２．２）第１光源部
第１光源部１１は、光ファイバ２の波長変換部２３に含まれる波長変換材料を励起するための励起光Ｐ１を出射する。第１光源部１１から出射された励起光Ｐ１は、光ファイバ２の光入射部２１へ入射される。

【0029】

第１光源部１１は、例えば、レーザ光源１１１を含む。レーザ光源１１１は、レーザ光を出射する。第１光源部１１は、レーザ光源１１１から出射したレーザ光を励起光Ｐ１として光入射部２１に入射させる。レーザ光源１１１は、例えば、青色のレーザ光を出射する半導体レーザである。この場合、励起光Ｐ１は、例えば、４４０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下である。レーザ光源１１１は、青色のレーザ光を出射する半導体レーザに限らず、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源やその他の光源、例えば、紫色のレーザ光を出射する半導体レーザであってもよい。

【0030】

励起光Ｐ１を光ファイバ２の光入射部２１へ入射するための光結合方式は、光ファイバカップラによるファイバ結合であってもよく、あるいは空間結合であってもよい。

【0031】

実施形態１に係る発光装置１では、第１光源部１１は、レーザ光源１１１と光ファイバ２の光入射部２１との間に配置されたグレーティング７を含んでおり、レーザ光源１１１から出射したレーザ光（励起光Ｐ１）をグレーティング７で回折させて光入射部２１に入射する。グレーティング７は、例えば、透過型の回折格子である。グレーティング７の材料は、例えば、石英であるが、これに限らない。

【0032】

（２．３）第２光源部
第２光源部１２は、シード光Ｐ２を出射する。第２光源部１２から出射されたシード光Ｐ２は、光ファイバ２の光入射部２１へ入射される。

【0033】

発光装置１では、第２光源部１２は、互いに波長の異なる複数のシード光Ｐ２を、光ファイバ２の光入射部２１へ入射させる。ここにおいて、第２光源部１２は、例えば、互いに波長の異なる光を出射する３つのシード光源１２１，１２２，１２３を含む。シード光源１２１は、例えば、緑色の光を出射する半導体レーザ又はＬＥＤである。また、シード光源１２２は、例えば、オレンジ色の光を出射する半導体レーザ又はＬＥＤである。また、シード光源１２３は、例えば、赤色の光を出射する半導体レーザ又はＬＥＤである。波長変換部２３の波長変換材料がＰｒ^３＋を含む場合、緑色の増幅光の波長は、例えば約５２０ｎｍであり、オレンジ色の増幅光の波長は、例えば約６００ｎｍであり、赤色の増幅光の波長は、例えば約６４０ｎｍであるのが好ましい（図３参照）。シード光源１２１～１２３は、準単色光を放射する光源である。ここにおいて、準単色光とは、狭い波長範囲（例えば、１０ｎｍ）に含まれる光である。

【0034】

第２光源部１２は、シード光源１２１から出射した光をシード光Ｐ２（Ｐ２１）として、光ファイバ２の光入射部２１に入射させる。また、第２光源部１２は、シード光源１２２から出射した光をシード光Ｐ２（Ｐ２２）として、光ファイバ２の光入射部２１に入射させる。第２光源部１２は、シード光源１２３から出射した光をシード光Ｐ２（Ｐ２３）として、光ファイバ２の光入射部２１に入射させる。

【0035】

第２光源部１２は、第１光源部１１とグレーティング７を共用しており、第２光源部１２から出射した光（シード光Ｐ２）をグレーティング７で回折させて光入射部２１に入射する。

【0036】

（３）発光装置の動作
発光装置１では、第１光源部１１から励起光Ｐ１を出射させ、かつ、第２光源部１２からシード光Ｐ２を出射させる。これにより、発光装置１では、励起光Ｐ１及びシード光Ｐ２が光ファイバ２の光入射部２１に入射される。光入射部２１に入射した励起光Ｐ１の一部は、光出射部２２から出射される。発光装置１では、光ファイバ２の光出射部２２から出射される光Ｐ４は、励起光Ｐ１と、波長変換材料から発生する波長約４８０ｎｍのＡＳＥ、及びシード光Ｐ２が増幅された光（シード光Ｐ２と同じ波長の光）の混色光である。波長の異なる４種類の誘導放出光Ｐ３は、例えば、シアン色と、緑色光と、オレンジ光と、赤色光と、である。この場合、混色光は、例えば、白色光である。

【0037】

光ファイバ２は、自然放出光とシード光Ｐ２により誘導放出が生じるので、光入射部２１に入射した励起光Ｐ１と、誘導放出により増幅された誘導放出光Ｐ３とが光出射部２２から出射する。光ファイバ２の光出射部２２から出射される混色光は、インコヒーレント光である。発光装置１では、光ファイバ２の光入射部２１から光出射部２２に近づくにつれて誘導放出光Ｐ３が増加、又は減少する。発光装置１では、ＡＳＥとシード光Ｐ２の波長に応じて、光ファイバ２の光出射部２２から出射される光Ｐ４の色度、色温度、演色性等が決まる。なお、発光装置１の動作は、レーザ発振するファイバレーザの動作とは異なる。

【0038】

発光装置１では、発熱源となる波長変換材料が光ファイバ２のコア３に分散されているので、使用時の温度上昇を抑制できる。

【0039】

ところで、発光装置１は、グレーティング７と光入射部２１との間に配置されるレンズ８を備えていてもよい。レンズ８は、励起光Ｐ１及びシード光Ｐ２を光ファイバ２の光入射部２１へ効率良く導入するためのレンズである。

【0040】

また、発光装置１は、複数のシード光Ｐ２それぞれの強度を調整する調整部を更に有していてもよい。これにより、発光装置１では、光ファイバ２の光出射部２２から出射される光Ｐ４の色度を調整可能となる。要するに、発光装置１では、調色が可能となる。

【0041】

調整部は、例えば、第２光源部１２の複数のシード光源１２１～１２３と光ファイバ２との間に配置される光学部材であって、複数の波長フィルタを含む。複数の波長フィルタの各々は、例えば、光学多層膜等を含む光学素子である。

【0042】

調整部は、複数の波長フィルタを含む光学部材に限らず、例えば、第２光源部１２の複数のシード光源１２１～１２３を一対一に駆動する複数の駆動装置であってもよい。

【0043】

（４）まとめ
実施形態１に係る発光装置１は、光ファイバ２と、第１光源部１１と、第２光源部１２と、を備える。光ファイバ２は、光入射部２１と、光出射部２２と、波長変換部２３と、有する。波長変換部２３は、光入射部２１と光出射部２２との間に設けられている。波長変換部２３は、励起光Ｐ１によって励起され、励起光Ｐ１よりも長波長の自然放出光を発生し、自然放出光を増幅して自然放射増幅光を発生する波長変換材料を含む。第１光源部１１は、励起光Ｐ１を光入射部２１に入射させる。第２光源部１２は、励起光Ｐ１又は自然放射増幅光によって励起された波長変換材料から誘導放出光Ｐ３を発生させるためのシード光Ｐ２を光入射部２１に入射させる。これにより、実施形態１に係る発光装置１では、励起光Ｐ１とは異なる波長の光（誘導放出光Ｐ３）の強度を高めることが可能となる。

【0044】

また、実施形態１に係る発光装置１は、波長変換部２３が波長変換材料としてＰｒ^３＋を含有しており、シアン色のＡＳＥを放出するのみならず、互いに波長の異なる複数のシード光Ｐ２を光入射部２１に入射させるので、緑色の誘導放出光、オレンジ色の誘導放出光、赤色の誘導放出光それぞれの強度を高めることができる。これにより、実施形態１に係る発光装置１は、光ファイバ２の光出射部２２から出射される光Ｐ４の演色性を向上させることが可能となる。また、実施形態１に係る発光装置１は、波長変換部２３が波長変換材料としてＰｒ^３＋とＴｂ^３＋とを含有しているので、光ファイバ２の光出射部２２から出射される光Ｐ４の演色性を更に向上させることが可能となる。このとき、Ｔｂ^３＋はＰｒ^３＋からのシアン色のＡＳＥを吸収し、シアン色のＡＳＥ強度を最適化するのみならず、黄緑色（波長約５５０ｎｍ）のＡＳＥを発生させる。

【0045】

また、実施形態１に係る光ファイバ２は、光入射部２１と、光出射部２２と、波長変換部２３と、を備える。波長変換部２３は、光入射部２１と光出射部２２との間に設けられている。波長変換部２３は、波長変換材料を含む。波長変換材料は、励起光Ｐ１によって励起され、励起光Ｐ１よりも長波長の自然放出光を発生し、誘導放出によって自然放出光を増幅して自然放射増幅光を発生する。光入射部２１に、励起光Ｐ１と、励起光Ｐ１又は自然放射増幅光によって励起された波長変換材料から誘導放出光Ｐ３を発生させるためのシード光Ｐ２と、が入射される。これにより、実施形態１に係る光ファイバ２は、励起光Ｐ１とは異なる波長の光（誘導放出光Ｐ３）の強度を高めることが可能となる。

【0046】

（実施形態２）
以下、実施形態２に係る発光装置１ａについて、図４に基づいて説明する。実施形態２に係る発光装置１ａに関し、実施形態１に係る発光装置１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

【0047】

実施形態２に係る発光装置１ａは、実施形態１に係る発光装置１におけるグレーティング７、及び、第２光源部１２の複数（図示例では、３つ）のシード光源１２１～１２３と光ファイバ２との間に配置される調整部を備えていない。実施形態２に係る発光装置１ａは、第１光源部１１及び第２光源部１２と光入射部２１との間に配置されたレンズ９を備える点で、実施形態１に係る発光装置１と相違する。

【0048】

第１光源部１１及び第２光源部１２は、１枚の実装基板１００に配置されている。第１光源部１１は、レーザ光源１１１を含む。第２光源部１２は、複数のシード光源１２１～１２３を含む。

【0049】

レンズ９は、例えば、第１光源部１１から出射された励起光Ｐ１及び第２光源部１２から出射されたシード光Ｐ２を光ファイバ２の光入射部２１へ効率良く導入するための集光レンズである。

【0050】

実施形態２に係る発光装置１ａでは、実施形態１に係る発光装置１と同様、波長変換部２３は、励起光Ｐ１によって励起され、励起光Ｐ１よりも長波長の自然放出光を発生し、自然放出光を増幅して自然放射増幅光を発生する波長変換材料を含む。第１光源部１１は、励起光Ｐ１を光入射部２１に入射させる。第２光源部１２は、励起光Ｐ１又は自然放射増幅光によって励起された波長変換材料から誘導放出光Ｐ３を発生させるためのシード光Ｐ２を光入射部２１に入射させる。これにより、実施形態２に係る発光装置１ａでは、励起光Ｐ１とは異なる波長の光（誘導放出光Ｐ３）の強度を高めることが可能となる。

【0051】

実施形態２に係る発光装置１ａは、複数のシード光Ｐ２（Ｐ２１），Ｐ（Ｐ２２），Ｐ２（Ｐ２３）それぞれの強度を調整する調整部として、第２光源部１２の複数のシード光源１２１～１２３を一対一に駆動する複数の駆動装置を備えていてもよい。

【0052】

（実施形態３）
以下、実施形態３に係る発光装置１ｂについて、図５に基づいて説明する。実施形態３に係る発光装置１ｂに関し、実施形態１に係る発光装置１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

【0053】

実施形態３に係る発光装置１ｂでは、第１光源部１１及び第２光源部１２が、白色光源１５と、分光用のグレーティング１７と、を有する。

【0054】

白色光源１５は、例えば、青色ＬＥＤチップと、波長変換層と、を備える白色ＬＥＤである。青色ＬＥＤチップは、青色光を放射する。波長変換層は、青色ＬＥＤチップを覆っている。波長変換層は、青色ＬＥＤチップから放射される青色光によって励起されて黄色光を放射する波長変換材料粒子を含む。白色光源１５は、実装基板１０１に実装されている。

【0055】

分光用のグレーティング１７は、白色光を、例えば、励起光Ｐ１（青色光）及び複数（図示例では、３つ）のシード光Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３に分光する。シード光Ｐ２１は、例えば、緑色光である。シード光Ｐ２２は、例えば、オレンジ色光である。シード光Ｐ２３は、例えば、赤色光である。グレーティング１７は、透過型の回折格子である。グレーティング１７の材料は、例えば、石英であるが、これに限らない。

【0056】

発光装置１ｂは、コリメートレンズ１６と、コリメートレンズ１８Ａと、調整部１０と、コリメートレンズ１８Ｂと、集光レンズ１９と、を更に備える。コリメートレンズ１６は、白色光源１５と、分光用のグレーティング１７との間に配置されている。コリメートレンズ１８Ａ、１８Ｂは、分光用のグレーティング１７とグレーティング７との間に配置されている。集光レンズ１９は、グレーティング７と光ファイバ２の光入射部２１との間に配置されている。

【0057】

コリメートレンズ１６は、白色光源１５から放射される白色光を分光用のグレーティング１７へ入射させる。

【0058】

コリメートレンズ１８Ａは、分光用のグレーティング１７からの励起光Ｐ１及び複数のシード光Ｐ２１、Ｐ２２，Ｐ２３をコリメートする。

【0059】

調整部１０は、複数のシード光Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３それぞれの強度を調整する。調整部１０は、例えば、透過波長を制御するフィルタ、又は透過率を調整できる液晶フィルタ等を含む。

【0060】

コリメートレンズ１８Ｂは、励起光Ｐ１及び複数のシード光Ｐ２１、Ｐ２２，Ｐ２３をグレーティング７へ入射させる。

【0061】

グレーティング７は、入射した励起光Ｐ１及び複数のシード光Ｐ２１、Ｐ２２，Ｐ２３を回折させる。

【0062】

集光レンズ１９は、グレーティング７からの励起光Ｐ１、シード光Ｐ２１、Ｐ２２，Ｐ２３を光入射部２１に入射させる。

【0063】

実施形態３に係る発光装置１ｂでは、実施形態１に係る発光装置１と同様、波長変換部２３は、波長変換材料を含む。波長変換材料は、励起光Ｐ１によって励起され、励起光Ｐ１よりも長波長の自然放出光を発生し、誘導放出によって自然放出光を増幅して自然放射増幅光を発生する。第１光源部１１は、励起光Ｐ１を光入射部２１に入射させる。第２光源部１２は、励起光Ｐ１又は自然放射増幅光によって励起された波長変換材料から誘導放出光Ｐ３を発生させるためのシード光Ｐ２を光入射部２１に入射させる。これにより、実施形態３に係る発光装置１ｂでは、励起光Ｐ１とは異なる波長の光（誘導放出光Ｐ３）の強度を高めることが可能となる。

【0064】

（実施形態４）
以下、実施形態４に係る発光装置１ｃ及び光ファイバ２ｃについて、図６に基づいて説明する。実施形態４に係る発光装置１ｃに関し、実施形態１に係る発光装置１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

【0065】

実施形態４に係る発光装置１ｃは、実施形態１に係る発光装置１における光ファイバ２の代わりに、光ファイバ２ｃを備える点で、実施形態１に係る発光装置１と相違する。

【0066】

光ファイバ２ｃは、コア３の第１端面３１にカップリングされた第１光ファイバ１３及び第２光ファイバ１４を更に備える。第１光ファイバ１３は、波長変換材料の添加されていないコア１３１を有する。第２光ファイバ１４は、波長変換材料の添加されていないコア１４１を有する。コア１３１の材料は、例えば、コア３の主成分と同じである。コア１４１の材料は、例えば、コア３の主成分と同じである。コア１３１及びコア１４１の屈折率は、コア３の屈折率と同じであるのが好ましい。

【0067】

また、実施形態４に係る光ファイバ２ｃでは、光入射部２１は、第１光入射部２１１と、第２光入射部２１２と、を有する。第１光入射部２１１には、励起光Ｐ１が入射する。第２光入射部２１２は、第１光入射部２１１とは別に設けられている。第２光入射部２１２は、シード光Ｐ２が入射する。ここにおいて、第２光入射部２１２には、複数のシード光Ｐ２が入射する。

【0068】

光ファイバ２ｃでは、第１光入射部２１１は、第１光ファイバ１３により構成されている。第２光入射部２１２は、第２光ファイバ１４により構成されている。光ファイバ２ｃは、第１光入射部２１１を複数備える。したがって、発光装置１ｃは、複数の第１光入射部２１１を備える。発光装置１ｃは、複数の第１光源部１１を備える。複数の第１光源部１１は、複数の第１光入射部２１１に一対一に対応するように配置されている。

【0069】

実施形態４に係る光ファイバ２ｃは、実施形態１に係る光ファイバ２と同様、光入射部２１と、光出射部２２と、波長変換部２３と、を備える。波長変換部２３は、光入射部２１と光出射部２２との間に設けられている。波長変換部２３は、波長変換材料を含む。波長変換材料は、励起光によって励起され、励起光Ｐ１よりも長波長の自然放出光を発生し、誘導放出によって自然放出光を増幅して自然放射増幅光を発生する。光入射部２１に、励起光Ｐ１と、励起光Ｐ１又は自然放射増幅光によって励起された波長変換材料から誘導放出光Ｐ３を発生させるためのシード光Ｐ２と、が入射される。これにより、実施形態４に係る光ファイバ２ｃは、励起光Ｐ１とは異なる波長の光（誘導放出光Ｐ３）の強度を高めることが可能となる。

【0070】

また、実施形態４に係る光ファイバ２ｃは、第１光入射部２１１と第２光入射部２１２とを有するので、光入射部２１に、励起光Ｐ１及びシード光Ｐ２それぞれを入射させやすくなる。

【0071】

（変形例）
上記の実施形態１～４は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。上記の実施形態１～４は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

【0072】

例えば、光ファイバ２では、光入射部２１と光出射部２２との間の波長変換部２３の数は１つに限らず、例えば、複数であってもよい。この場合、複数の波長変換部２３は、コア３の光軸方向に並ぶ。

【0073】

また、光出射部２２は、光ファイバ２の光軸に直交する面に対して所定角度で傾斜した傾斜面２２１を含む場合に限らない。この場合、コア３の第２端面３２が光ファイバ２の光軸に直交していてもよい。

【0074】

また、第２光源部１２は、複数のＬＥＤにより構成してもよく、この場合、第２光源部１２は、例えば、複数のＬＥＤと光入射部２１との間に、スーパーレンズ効果を有するフォトニック結晶を備えてもよい。

【0075】

また、発光装置１，１ａ，１ｃでは、第２光源部１２が複数のシード光源（３つのシード光源１２１～１２３）を含んでいるが、少なくとも１つのシード光源を含んでいればよい。

【0076】

また、発光装置１ｂは、白色光源１５を備えているが、白色光源１５の代わりに、例えば、ＳＣ（Super Continuum）光源を備えていてもよい。

【0077】

（態様）
以上説明した実施形態１～４等から本明細書には以下の態様が開示されている。

【0078】

第１の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）は、光ファイバ（２）と、第１光源部（１１）と、第２光源部（１２）と、を備える。光ファイバ（２）は、光入射部（２１）と、光出射部（２２）と、波長変換部（２３）と、有する。波長変換部（２３）は、光入射部（２１）と光出射部（２２）との間に設けられている。波長変換部（２３）は、波長変換材料を含む。波長変換材料は励起光（Ｐ１）によって励起され、励起光（Ｐ１）よりも長波長の自然放出光を発生し、自然放出光を増幅して自然放射増幅光を発生する。第１光源部（１１）は、励起光（Ｐ１）を光入射部（２１）に入射させる。第２光源部（１２）は、励起光（Ｐ１）又は自然放射増幅光によって励起された波長変換材料から誘導放出光（Ｐ３）を発生させるためのシード光（Ｐ２）を光入射部（２１）に入射させる。

【0079】

第１の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、励起光（Ｐ１）とは異なる波長の光（誘導放出光Ｐ３）の強度を高めることが可能となる。

【0080】

第２の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、第１の態様において、波長変換材料は、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｎｄ及びＭｎの群から選択される元素を含む。

【0081】

第２の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、例えば、波長変換材料として２つ以上の元素を含む場合、少なくとも一の元素からの自然放射増幅光による励起によって、別の元素からの異なる波長での自然放射増幅光を発生させることもできる。

【0082】

第３の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、第１又は２の態様において、光入射部（２１）には、互いに波長の異なる複数のシード光（Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３）が入射される。

【0083】

第３の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、複数のシード光（Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３）に一対一に対応する複数の誘導放出光（Ｐ３）を含む光（Ｐ４）を光出射部（２２）から出射させることが可能となる。

【0084】

第４の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｃ）では、第３の態様において、第２光源部（１２）は、複数のシード光（Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３）それぞれを出力する複数の光源（シード光源１２１，１２２，１２３）を有する。

【0085】

第４の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｃ）では、励起光（Ｐ１）と互いに波長の異なる複数の誘導放出光（Ｐ３）との混色光（光Ｐ４）を光出射部（２２）から出射させることが可能となる。

【0086】

第５の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）は、第４の態様において、複数のシード光（Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３）それぞれの強度を調整する調整部（１０）を更に有する。

【0087】

第５の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、光ファイバ（２）の光出射部（２２）から出射される光（Ｐ４）の色度を調整可能となる。

【0088】

第６の態様に係る発光装置（１ｂ）では、第３の態様において、第１光源部（１１）及び第２光源部（１２）は、白色光源（１５）と、分光用のグレーティング（１７）と、を有する。分光用のグレーティング（１７）は、白色光源（１５）から放射された白色光を分光することで励起光（Ｐ１）及び複数のシード光（Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３）を出射する。

【0089】

第７の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、第１～６の態様のいずれか一つにおいて、光入射部（２１）は、励起光（Ｐ１）及びシード光（Ｐ２）の反射を低減する反射低減部を含む。

【0090】

第７の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、励起光（Ｐ１）及びシード光（Ｐ２）が光入射部（２１）に入射したときに反射されにくくなり、光出射部（２２）から出射される光（Ｐ４）の高出力化を図ることが可能となる。

【0091】

第８の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、第１～７の態様のいずれか一つにおいて、光出射部（２２）は、光ファイバ（２）の光軸に直交する面に対して所定角度で傾斜した傾斜面（２２１）を含む。

【0092】

第８の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、光出射部（２２）から出射される光（Ｐ４）の高出力化を図ることが可能となる。

【0093】

第９の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、第１～８の態様のいずれか一つにおいて、光出射部（２２）は、励起光（Ｐ１）及び誘導放出光（Ｐ３）の反射を低減する反射低減部（６）を含む。

【0094】

第９の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｂ；１ｃ）では、光出射部（２２）から出射される光（Ｐ４）の高出力化を図ることが可能となる。

【0095】

第１０の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｃ）では、第１～９の態様のいずれか一つにおいて、第１光源部（１１）は、レーザ光源（１１１）を含む。

【0096】

第１０の態様に係る発光装置（１；１ａ；１ｃ）では、励起光（Ｐ１）の強度を高めることができる。

【0097】

第１１の態様に係る光ファイバ（２；２ｃ）は、光入射部（２１）と、光出射部（２２）と、波長変換部（２３）と、を備える。波長変換部（２３）は、光入射部（２１）と光出射部（２２）との間に設けられている。波長変換部（２３）は、波長変換材料を含む。波長変換材料は、励起光（Ｐ１）によって励起され、励起光（Ｐ１）よりも長波長の自然放出光を発生し、自然放出光を増幅して自然放射増幅光を発生する。光入射部（２１）に、励起光（Ｐ１）と、励起光（Ｐ１）又は自然放射増幅光によって励起された波長変換材料から誘導放出光（Ｐ３）を発生させるためのシード光（Ｐ２）と、が入射される。

【0098】

第１１の態様に係る光ファイバ（２；２ｃ）は、励起光（Ｐ１）とは異なる波長の光（誘導放出光Ｐ３）の強度を高めることが可能となる。

【0099】

第１２の態様に係る光ファイバ（２ｃ）では、第１１の態様において、光入射部（２１）は、第１光入射部（２１１）と、第２光入射部（２１２）と、を有する。第１光入射部（２１１）には、励起光（Ｐ１）が入射する。第２光入射部（２１２）は、第１光入射部（２１１）とは別に設けられている。第２光入射部（２１２）は、シード光（Ｐ２）が入射する。

【0100】

第１２の態様に係る光ファイバ（２ｃ）では、光入射部（２１）に、励起光（Ｐ１）及びシード光（Ｐ２）それぞれを入射させやすくなる。

【符号の説明】

【0101】

１、１ａ、１ｂ、１ｃ 発光装置
２、２ｃ 光ファイバ
２１、２１ｃ 光入射部
２１１ 第１光入射部
２１２ 第２光入射部
２２ 光出射部
２２１ 傾斜面
２３ 波長変換部
３ コア
３１ 第１端面
３２ 第２端面
４ クラッド
５ 被覆部
６ 反射低減部
７ グレーティング
８ レンズ
９ レンズ
１０ 調整部
１１ 第１光源部
１１１ レーザ光源
１２ 第２光源部
１２１ シード光源
１２２ シード光源
１２３ シード光源
１７ グレーティング
Ｅ０ 基底準位
Ｅ２ 励起準位
Ｅ１ 準安定準位
Ｐ１ 励起光
Ｐ２ シード光
Ｐ３ 誘導放出光
Ｐ４ 光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】