JP2000098436A - 非線形光学薄膜の製造方法 - Google Patents

非線形光学薄膜の製造方法

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JP2000098436A
JP2000098436A JP10268132A JP26813298A JP2000098436A JP 2000098436 A JP2000098436 A JP 2000098436A JP 10268132 A JP10268132 A JP 10268132A JP 26813298 A JP26813298 A JP 26813298A JP 2000098436 A JP2000098436 A JP 2000098436A
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electric field
laser
nonlinear optical
film
electrode
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JP10268132A
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English (en)
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Naoki Nakamura
直樹 中村
Hiroshi Hasegawa
弘 長谷川
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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  • Surface Treatment Of Glass (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリカガラス系の非線形光学材料に、UVレ
ーザを照射しながら十分なポーリング用の電界を印加で
きる非線形光学薄膜の製造方法を提供する。 【解決手段】 ガラス基板10上に電子ビーム蒸着等に
よりSiO2−GeO2膜12を形成し、これに電界印加
用電極18を接するように配置する。この電界印加用電
極18は中心に貫通孔16を有した対象構造となってい
る。UVレーザを貫通孔16を介してSiO2−GeO2
膜12に照射し、同時に電界印加用電極18と裏面電極
20との間に電界を発生させて、SiO2−GeO2膜1
2に電界を印加する。以上により、SiO2−GeO2
12中に双極子が発生し、この双極子が電界によって配
向され、SiO2−GeO2膜12に非線形光学特性が発
現する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は非線形光学薄膜の製
造方法、特にシリカガラス系の非線形光学薄膜の製造方
法の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、光エレクトロニクス技術への
応用のために、光制御機能を有する非線形光学材料が種
々提案されている。このような非線形光学材料の中で、
実用化されている代表例としてはLiNbO3(ニオブ
酸リチウム)が挙げられる。
【0003】しかし、ニオブ酸リチウムの場合には、光
学素子として使用される際に、接続部材として使用され
るガラスとの屈折率や熱膨張率等の物性差のために損失
が発生する。従って、このようなニオブ酸リチウムに代
わるものとして、シリカガラスを基本とした非線形光学
材料が望まれている。このためには、シリカガラス系の
薄膜中に双極子を発生させ、これをポーリングすなわち
電界を印加して上記双極子を配向させる必要がある。
【0004】このようなシリカガラス系の非線形光学材
料の製造方法としては、従来より加熱しながら電界を印
加して熱ポーリングを行う方法が提案されていたが、P
CT/AU95/00766号公報にはSiO2−Ge
2ガラス材料にUV(紫外線)レーザを照射しつつ電
界を印加し、非線形光学特性を発現させる技術が提案さ
れている。この方法では、従来の熱ポーリングによる方
法が薄膜中に存在する双極子を電界で配向させるのに対
して、双極子の生成と配向とを同時に行うものであり、
ポーリングを効果的に行うことができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記UVレー
ザを照射する方法で非線形光学薄膜を製造しようとする
と、図6に示されるように、ガラス基板10の上に形成
された非線形光学材料であるSiO2−GeO2膜12と
電界を印加するための電極14との間に、UVレーザを
照射するための隙間をあける必要がある。例えば、電極
14の直径が3mmφであり、UVレーザの入射角度θ
が34°である場合には、SiO2−GeO2膜12と電
極14との距離xを2mmとする必要がある。このた
め、電源電圧として20kVを使用した場合に印加でき
る電界強度は66kV/cmとなる。すなわち、SiO
2−GeO2膜12と電極14との間に隙間があくことに
より、ポーリングを行うために十分な電界強度を得るこ
とが困難となるという問題があった。あるいは、十分な
電界強度を得るためには、電源電圧として極めて高いも
のを用意する必要があるという問題があった。
【0006】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、シリカガラス系の非線形光学
材料に、UVレーザを照射しながら十分なポーリング用
の電界を印加できる非線形光学薄膜の製造方法を提供す
ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、非線形光学材料にUVレーザ照射と同時
に電界を印加する非線形光学薄膜の製造方法であって、
UVレーザを照射する側の電界印加用電極を、中心に貫
通孔を有する対称構造とし、この貫通孔を介して非線形
光学材料にUVレーザを照射することを特徴とする。
【0008】また、上記非線形光学薄膜の製造方法にお
いて、UVレーザは反射面により反射されて非線形光学
材料に複数回入射し、その反射面には、UVレーザが入
射する点を中心として対称に傾斜し、照射されたUVレ
ーザの拡散を制御する傾斜面を設けたことを特徴とす
る。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態(以下
実施形態という)を、図面に従って説明する。
【0010】図1には、本発明に係る非線形光学薄膜の
製造方法を実施するための装置構成が示される。図1に
おいて、SiO2ガラス基板10の上に、GeO2濃度が
5〜90mol%のSiO2−GeO2膜12を電子ビー
ム蒸着等により形成する。SiO2−GeO2膜12の形
成方法としては、この他にスパッタリング法あるいはゾ
ルゲル法等を使用することもできる。このSiO2−G
eO2膜12が本発明に係る非線形光学材料に相当す
る。
【0011】次に、SiO2−GeO2膜12に電界を印
加しながらUVレーザを照射する。本発明において特徴
的な点は、SiO2−GeO2膜12に接して、中心に貫
通孔16を有する対称構造とされた電界印加用電極18
を配置した点にある。この電界印加用電極18は、例え
ば中空円筒状に形成した電極を使用することができる。
ポーリング時にSiO2−GeO2膜12に照射されるU
Vレーザは、この貫通孔16を介して照射される。な
お、ガラス基板10の、SiO2−GeO2膜12が形成
された面の反対側の面には、裏面電極20が配置されて
おり、ポーリング時においてSiO2−GeO2膜12に
印加される電界は、電界印加用電極18と裏面電極20
との間で発生される。電界印加用電極18がSiO2
GeO2膜12に接しているため、容易に高い電界強度
の電界をSiO2−GeO2膜12に印加することができ
る。
【0012】また、使用するUVレーザは、ArFエキ
シマレーザ(波長193nm)を用いた。このUVレー
ザを、貫通孔16から、電界印加用電極18の対称構造
の対称点に照射点を設定し照射した。なお、電界印加用
電極18は、貫通孔16を中心として対称構造をなして
いるが、UVレーザがその対称点に照射されればよいの
で、複数の電界印加用電極18を対称配置する構成とし
てもよい。本実施形態においては、上記ArFエキシマ
レーザを、100mJ/(cm2・pulse)の強度
で10,000ショット照射した。
【0013】このように、SiO2−GeO2膜12にU
Vレーザを照射することにより、非線形光学特性の起源
となる双極子がSiO2−GeO2膜12中に生じ、同時
に電界印加用電極18と裏面電極20とによって印加さ
れている電界により、この双極子が配向される。これに
より、非線形光学材料であるSiO2−GeO2膜12
が、非線形光学特性を有する非線形光学薄膜となる。
【0014】なお、図1において、電界印加用電極18
と裏面電極20とを図の水平方向にスキャンさせるか、
あるいはSiO2−GeO2膜12が形成されたガラス基
板10を水平方向にスキャンさせれば、広い範囲でSi
2−GeO2膜12にUVレーザを照射することがで
き、SiO2−GeO2膜12の広い面積に非線形光学特
性を発現させることができる。
【0015】図2には、本発明に係る非線形光学薄膜の
製造方法を実施するための変形例が示される。図2にお
いても電界印加用電極18はSiO2−GeO2膜12に
接しており、容易に200kV/cm程度の電界強度を
SiO2−GeO2膜12に印加することができる。本変
形例においては、電界印加用電極18の貫通孔16から
入射したUVレーザは、ガラス基板10の底面で反射さ
れ、一部がSiO2−GeO2膜12に吸収され、残りが
ここで反射され、更にガラス基板10の底面で反射が繰
り返される。このように、UVレーザがガラス基板10
内で多重反射されることにより、SiO2−GeO2膜1
2のポーリング部に複数回UVレーザが照射される。こ
れにより、SiO2−GeO2膜12のポーリングを十分
に行うことができ、非線形光学特性をより向上させるこ
とができる。この場合、電界印加用電極18を円筒形状
の電極とし、UVレーザをSiO2−GeO2膜12の法
線方向からわずかにずらせば、UVレーザが円筒電極の
内壁を反射して、上記効果は更に向上される。
【0016】図3(a)(b)には、本発明に係る非線
形光学薄膜の製造方法の更に他の変形例が示される。図
3(a)においても、電界印加用電極18として貫通孔
16を中心部に有する円筒電極が用いられている。ま
た、裏面電極20は、電界印加用電極18の対象点すな
わちUVレーザが入射する入射点を中心として対象に傾
斜した傾斜面22を有している。この傾斜面22には、
点刻等を形成し、ここで反射されるUVレーザの拡散を
制御している。このため、SiO2−GeO2膜12の比
較的狭い部分にUVレーザを集中的に照射したり、広い
部分に照射したりすることができるので、用途に応じて
効率的にポーリングを行うことができる。
【0017】図3(b)には、図3(a)の傾斜面22
の例の拡大図が示される。図3(b)に示される形状で
は、UVレーザは反射時において左右への拡散が抑制さ
れる。また、これとは逆に、UVレーザの拡散をより拡
大する形状とすることも可能である。
【0018】以上のようにして製造した本発明に係る非
線形光学薄膜は、高い非線形光学特性を示した。図4に
は、この非線形光学特性の測定方法が示される。本発明
に係る非線形光学薄膜の製造方法により製造した薄膜の
サンプルに、このサンプルを回転しながら基本波として
Nd:YAGレーザを照射し、発生する第2高調波(S
HG)を検出器により測定した。この場合に使用される
レーザの波長は1064nmであるので、第2高調波と
しては波長532nmのレーザ光を検出器によって測定
する。この結果が図5に示される。図5の横軸には、サ
ンプルの回転による入射角の変化が示され、縦軸には発
生する第2高調波の強度が示される。図5においては、
本発明に係る非線形光学薄膜の製造方法により、UVレ
ーザの照射とともに200kV/cmの電界を印加した
場合の結果と、図5に示された方法により、UVレーザ
の照射とともに66kV/cmの電界を印加した場合の
結果が示される。図5からわかるように、電界強度が高
い場合には、第2高調波の強度も高くなっている。従っ
て、本発明に係る非線形光学薄膜の製造方法によれば、
電界印加用電極18をSiO2−GeO2膜12に接着
し、高い電界強度を得られることから、製造される非線
形光学薄膜の非線形光学特性も高い値が得られることが
わかる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電界印加用電極を、中空円筒状等の中心に貫通孔を有す
る対象構造とし、非線形光学材料にUVレーザを貫通孔
を介して照射しながら、その照射点に高い電界を印加で
きる。これにより、十分なポーリングを行うことがで
き、高い非線形光学特性を発現させることができる。
【0020】また、入射するUVレーザを、ガラス基板
と非線形光学材料との間で反射させ、複数回非線形光学
材料に入射させ、かつガラス基板のUVレーザが反射す
る面をUVレーザの反射時の拡散を抑制する傾斜面とし
ているので、ポーリング効率を向上させることができ、
より高い非線形光学特性を発現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る非線形光学薄膜の製造方法の説
明図である。
【図2】 本発明に係る非線形光学薄膜の製造方法の変
形例を示す図である。
【図3】 本発明に係る非線形光学薄膜の製造方法の他
の変形例を示す図である。
【図4】 本発明に係る非線形光学薄膜の製造方法によ
り製造された非線形光学薄膜の非線形光学特性を測定す
る方法の説明図である。
【図5】 図4に示された測定方法によって得られた測
定結果を示す図である。
【図6】 UVレーザを照射しながら電界を印加して非
線形光学材料に非線形光学特性を発現させる方法の例を
示す図である。
【符号の説明】
10 ガラス基板、12 SiO2−GeO2膜、14
電極、16 貫通孔、18 電界印加用電極、20 裏
面電極、22 傾斜面。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2K002 AB12 CA15 DA04 FA07 FA19 FA27 FA30 HA20 4G059 AA01 AA11 EA07 EB03 EB04 EB07

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非線形光学材料にUVレーザ照射と同時
    に電界を印加する非線形光学薄膜の製造方法であって、
    UVレーザを照射する側の電界印加用電極を、中心に貫
    通孔を有する対称構造とし、この貫通孔を介して前記非
    線形光学材料にUVレーザを照射することを特徴とする
    非線形光学薄膜の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の非線形光学薄膜の製造方
    法において、前記UVレーザは反射面により反射されて
    前記非線形光学材料に複数回入射し、前記反射面には、
    前記UVレーザが入射する点を中心として対称に傾斜
    し、照射された前記UVレーザの拡散を制御する傾斜面
    を設けたことを特徴とする非線形光学薄膜の製造方法。
JP10268132A 1998-09-22 1998-09-22 非線形光学薄膜の製造方法 Pending JP2000098436A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6602558B1 (en) * 1998-08-07 2003-08-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Non-linear optical silica thin film manufacturing method and non-linear optical silica element
CN112034637A (zh) * 2020-08-21 2020-12-04 南京邮电大学 二氧化锗基光敏复合薄膜及其制备和应用

Cited By (3)

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