JP2871202B2 - 非線形光学素子 - Google Patents
非線形光学素子Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は非線形光学効果を利用し
た、光波長変換に使用する非線形光学素子及びその材料
に関するものである。
た、光波長変換に使用する非線形光学素子及びその材料
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、有機非線形光学材料の大きな非線
形光学効果や高速応答性を用いた素子が種々提案されて
いる。特に２次の非線形光学特性性を利用した光波長変
換素子は、半導体レーザ光の短波長化に利用出来るた
め、光ディスク用や、レーザプリンタ用の光源等として
盛んに研究されている。
形光学効果や高速応答性を用いた素子が種々提案されて
いる。特に２次の非線形光学特性性を利用した光波長変
換素子は、半導体レーザ光の短波長化に利用出来るた
め、光ディスク用や、レーザプリンタ用の光源等として
盛んに研究されている。
【０００３】光波長変換用の導波路型非線形光学素子で
は、導波路内の電界強度が大きくなり、光を長い距離を
伝ぱんさせることが可能であり、基本波から高調波への
大きな変換効率が期待できる。
は、導波路内の電界強度が大きくなり、光を長い距離を
伝ぱんさせることが可能であり、基本波から高調波への
大きな変換効率が期待できる。
【０００４】光波長変換を導波路型素子で行なうとき、
位相整合のとりかたとしてモード間での位相整合（例え
ば、応用物理第49巻第12月号第1234頁(1980)、もしくは
オフ゜ティックス コミュニケーション第59巻第229〜303頁(Optics Commun
ications 59 pp299-303 (1986))等）をとる方法と、チ
ェレンコフ放射を利用する方法（例えば応用物理第56巻
12月号第1637頁(1987)、もしくはフ゜ロシィーテ゛ィンク゛ス゛ オフ゛ S
PIE第682巻第187〜190頁(Proceedings of SPIE 682 pp1
87-190 (1986))）等が提案されている。
位相整合のとりかたとしてモード間での位相整合（例え
ば、応用物理第49巻第12月号第1234頁(1980)、もしくは
オフ゜ティックス コミュニケーション第59巻第229〜303頁(Optics Commun
ications 59 pp299-303 (1986))等）をとる方法と、チ
ェレンコフ放射を利用する方法（例えば応用物理第56巻
12月号第1637頁(1987)、もしくはフ゜ロシィーテ゛ィンク゛ス゛ オフ゛ S
PIE第682巻第187〜190頁(Proceedings of SPIE 682 pp1
87-190 (1986))）等が提案されている。
【０００５】モード間位相整合を利用する場合、導波路
厚みや温度の設定値からのずれに対して変換効率が大き
く変化するため、実用的な素子を安定的に作ることが困
難である。他方チェレンコフ放射を用いた素子は、温度
や導波路厚の変化に対して変換効率が大きく変化しない
ことから、変換効率の大きな素子を作ることができれば
実用的素子を実現できる。
厚みや温度の設定値からのずれに対して変換効率が大き
く変化するため、実用的な素子を安定的に作ることが困
難である。他方チェレンコフ放射を用いた素子は、温度
や導波路厚の変化に対して変換効率が大きく変化しない
ことから、変換効率の大きな素子を作ることができれば
実用的素子を実現できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図４はこれまでよく知
られている有機非線形光学材料の分子の２次の超分極率
βと吸収端波長の関係を示した図である。ここでＰＯＭ
は3-メチル-4-ニトロヒ゜リシ゛ン-1-オキシト゛、ｍ−ＮＡはm-ニトロアニリン、
ＭＮＡは2-メチル-4-ニトロアニリン、ＤＡＮＳは4-シ゛メチルアミン-4'ニト
ロスチルヘ゛ンである（但しＤＡＮＳの結晶は中心対称構造と
なるため結晶として用いた場合波長変換特性は示さな
い）。
られている有機非線形光学材料の分子の２次の超分極率
βと吸収端波長の関係を示した図である。ここでＰＯＭ
は3-メチル-4-ニトロヒ゜リシ゛ン-1-オキシト゛、ｍ−ＮＡはm-ニトロアニリン、
ＭＮＡは2-メチル-4-ニトロアニリン、ＤＡＮＳは4-シ゛メチルアミン-4'ニト
ロスチルヘ゛ンである（但しＤＡＮＳの結晶は中心対称構造と
なるため結晶として用いた場合波長変換特性は示さな
い）。
【０００７】図４より分子の共役長が長くなり吸収端波
長が大きくなるにしたがって、βの値が飛躍的に大きく
なることが判る。また、一般に光波長変換の効率はβ値
の２乗に比例するため、吸収端波長の長い材料を用いる
方が波長変換の効率を上げるには有利であることが判
る。
長が大きくなるにしたがって、βの値が飛躍的に大きく
なることが判る。また、一般に光波長変換の効率はβ値
の２乗に比例するため、吸収端波長の長い材料を用いる
方が波長変換の効率を上げるには有利であることが判
る。
【０００８】実際に非線形光学素子の基本波として用い
る波長は、ＹＡＧレーザ光又は半導体レーザ光の0.7μm
から１μm帯の光である。基本波の２倍高調波を考える
と、波長変換された光が非線形光学材料に吸収されてし
まわないようにするため、その材料は２倍波の波長に対
しても透明性でなければならない。従って、従来はＹＡ
Ｇレーザの波長変換では、吸収端波長が0.5μm程度以
下、また半導体レーザの波長変換では0.45〜0.35μm程
度以下の材料が必要であると考えられていた。
る波長は、ＹＡＧレーザ光又は半導体レーザ光の0.7μm
から１μm帯の光である。基本波の２倍高調波を考える
と、波長変換された光が非線形光学材料に吸収されてし
まわないようにするため、その材料は２倍波の波長に対
しても透明性でなければならない。従って、従来はＹＡ
Ｇレーザの波長変換では、吸収端波長が0.5μm程度以
下、また半導体レーザの波長変換では0.45〜0.35μm程
度以下の材料が必要であると考えられていた。
【０００９】そこでこれまで吸収端波長が0.45〜0.35μ
mでβ値の大きな材料が種々検討されているが（例えばノ
ンリニアー オフ゜ティカル フ゜ロハ゜ティー オフ゛ オーカ゛ニック モレキュルス゛ アント゛ クリ
スタルス゛（D.S.CHEMLA et al.:Nonlinear Optical Propert
ies of Organic Moleculesand Crystals Vol 1 (1987)A
cademic Press）)、実用上十分おおきなβ値をもった材
料は得られていない。従って従来のこのような非線形光
学材料を用いた素子では変換効率が十分とはいえず、例
えば光ディスクやレーザプリンタの光源としての使用を
考えたとき、光強度が小さいという課題があった。
mでβ値の大きな材料が種々検討されているが（例えばノ
ンリニアー オフ゜ティカル フ゜ロハ゜ティー オフ゛ オーカ゛ニック モレキュルス゛ アント゛ クリ
スタルス゛（D.S.CHEMLA et al.:Nonlinear Optical Propert
ies of Organic Moleculesand Crystals Vol 1 (1987)A
cademic Press）)、実用上十分おおきなβ値をもった材
料は得られていない。従って従来のこのような非線形光
学材料を用いた素子では変換効率が十分とはいえず、例
えば光ディスクやレーザプリンタの光源としての使用を
考えたとき、光強度が小さいという課題があった。
【００１０】本発明は、変換効率が大きい非線形光学素
子を提供することを目的とする。
子を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、基本波及び発生する高調波に対して透明性で
あり、かつ基本波及び高調波の間に電子的エネルギー遷
移による光吸収極大を有する非線形光学材料を用いるこ
とを提案するものである。
本発明は、基本波及び発生する高調波に対して透明性で
あり、かつ基本波及び高調波の間に電子的エネルギー遷
移による光吸収極大を有する非線形光学材料を用いるこ
とを提案するものである。
【００１２】
【作用】本発明により、従来は波長変換材料には不適当
であると考えられていた吸収端波長が高調波波長より長
い材料を用いて、高効率波長変換素子が実現可能となる
理由を説明する。
であると考えられていた吸収端波長が高調波波長より長
い材料を用いて、高効率波長変換素子が実現可能となる
理由を説明する。
【００１３】有機分子の光吸収は、その分子の分子軌道
に関係して説明することができる。分子軌道の基底準位
から励起準位に遷移するのに必要なエネルギーが、光の
吸収として観測される。
に関係して説明することができる。分子軌道の基底準位
から励起準位に遷移するのに必要なエネルギーが、光の
吸収として観測される。
【００１４】一方、分子の基底準位や励起準位は、分子
の振動、回転等の効果により一般にはある幅を持ったバ
ンド構造となる。第１励起バンドと第２励起バンドとに
重なりが全く無いかまたは非常に小さい場合には、光吸
収スペクトルは波長の長い方から２つの光吸収極大とし
て観察され、第１光吸収極大と第２光吸収極大の間の波
長域に光透過性の領域ができる。一般には第３光吸収極
大やそれ以上の光吸収極大も観察される。波長変換され
た光波長がこの光透過性域の波長であれば、波長変換さ
れた光が非線形光学材料で吸収されることなく取り出す
ことができる。
の振動、回転等の効果により一般にはある幅を持ったバ
ンド構造となる。第１励起バンドと第２励起バンドとに
重なりが全く無いかまたは非常に小さい場合には、光吸
収スペクトルは波長の長い方から２つの光吸収極大とし
て観察され、第１光吸収極大と第２光吸収極大の間の波
長域に光透過性の領域ができる。一般には第３光吸収極
大やそれ以上の光吸収極大も観察される。波長変換され
た光波長がこの光透過性域の波長であれば、波長変換さ
れた光が非線形光学材料で吸収されることなく取り出す
ことができる。
【００１５】従来は基本波及び波長変換された光の両方
を、材料の第１光吸収極大の長波長側のほぼ吸収が無く
なる波長（吸収端波長）より長波長帯で使用していたた
め、β値の小さな材料しか利用できなかったのに比べ、
本発明を用いた場合、基本波のみを非線形光学材料の吸
収端より長い波長とすればよく、従来より吸収端波長の
長い、従ってβ値の大きな、非線形光学材料を波長変換
素子に用いることが可能となり、従来より大きな変換効
率を有する素子を実現することが可能となる。
を、材料の第１光吸収極大の長波長側のほぼ吸収が無く
なる波長（吸収端波長）より長波長帯で使用していたた
め、β値の小さな材料しか利用できなかったのに比べ、
本発明を用いた場合、基本波のみを非線形光学材料の吸
収端より長い波長とすればよく、従来より吸収端波長の
長い、従ってβ値の大きな、非線形光学材料を波長変換
素子に用いることが可能となり、従来より大きな変換効
率を有する素子を実現することが可能となる。
【００１６】
【実施例】本発明の非線形光学素子は、入力光の基本波
と出力光の高調波とに透明性であり、基本波及び高調波
との間に電子的エネルギー遷移による光吸収極大を有す
る非線形光学材料を用いる。また素子の方式としては波
長変換された光が非線形光学材料内を短い距離しか伝ぱ
んしないチェレンコフ型の素子が好ましい。これは２つ
の光吸収極大の間の光透過性領域では、吸収のバンドの
広がりにより多少光吸収があるため、材料中を伝ぱんす
る距離が長くなると高調波の光吸収が大きくなり、効率
よく高調波を取り出せなくなるためである。
と出力光の高調波とに透明性であり、基本波及び高調波
との間に電子的エネルギー遷移による光吸収極大を有す
る非線形光学材料を用いる。また素子の方式としては波
長変換された光が非線形光学材料内を短い距離しか伝ぱ
んしないチェレンコフ型の素子が好ましい。これは２つ
の光吸収極大の間の光透過性領域では、吸収のバンドの
広がりにより多少光吸収があるため、材料中を伝ぱんす
る距離が長くなると高調波の光吸収が大きくなり、効率
よく高調波を取り出せなくなるためである。
【００１７】本発明の非線形光学材料は、無定型低分子
材料、単結晶低分子材料、非線形光学低分子化合物を主
鎖もしくは側鎖に有する高分子材料、あるいは例えばポ
リメチルメタアクリレート、ポリカーボネイト、ポリエ
ステル、ポリアミド、ポリ塩化ビニル等の透明性高分子
に低分子非線形光学材料を分散させた複合材料の何れで
もその形態は特に限定するものではないが、単結晶低分
子材料、高分子材料又は複合材料を用いると、変換効率
が高いため好ましい。
材料、単結晶低分子材料、非線形光学低分子化合物を主
鎖もしくは側鎖に有する高分子材料、あるいは例えばポ
リメチルメタアクリレート、ポリカーボネイト、ポリエ
ステル、ポリアミド、ポリ塩化ビニル等の透明性高分子
に低分子非線形光学材料を分散させた複合材料の何れで
もその形態は特に限定するものではないが、単結晶低分
子材料、高分子材料又は複合材料を用いると、変換効率
が高いため好ましい。
【００１８】更に波長変換用非線形光学材料として、光
の吸収端が800nm程度でありかつ350〜500nmの間に光の
透過領域が有りかつ大きなβ値を持つ分子として青色色
素であるインドフェノール系、並びに吸収端波長が580n
m〜700nmでありかつ300nm〜400nmで光の透過領域が有り
ありかつ大きなβ値を持つ分子として赤色色素であるア
ゾベンゼン系に注目し検討した結果、（化５）、（化
６）、（化７）および（化８）の構造式で示される化合
物が波長変換効率が高く、望ましい性質を示した
の吸収端が800nm程度でありかつ350〜500nmの間に光の
透過領域が有りかつ大きなβ値を持つ分子として青色色
素であるインドフェノール系、並びに吸収端波長が580n
m〜700nmでありかつ300nm〜400nmで光の透過領域が有り
ありかつ大きなβ値を持つ分子として赤色色素であるア
ゾベンゼン系に注目し検討した結果、（化５）、（化
６）、（化７）および（化８）の構造式で示される化合
物が波長変換効率が高く、望ましい性質を示した
【００１９】。
【化５】
【００２０】
【化６】
【００２１】
【化７】
【００２２】
【化８】
【００２３】（実施例１）以下に化合物１の合成方法、
粉末法による評価結果、波長変換素子の特性例を示す。
粉末法による評価結果、波長変換素子の特性例を示す。
【００２４】○合成例 下記構造式で表される化合物（化９）3.02gと、
【００２５】
【化９】
【００２６】下記構造式で表される化合物（化１０）5.
52gとを
52gとを
【００２７】
【化１０】
【００２８】エタノール50mlに加え、室温で撹拌した
後、硝酸銀3.4gを水15mlに溶解させた水溶液を滴下し
た。
後、硝酸銀3.4gを水15mlに溶解させた水溶液を滴下し
た。
【００２９】次いで28%アンモニア水15mlを加えた後、
さらに硝酸銀10.5gを水10mlに溶解させた水溶液を滴下
し、50℃で２時間反応させた。
さらに硝酸銀10.5gを水10mlに溶解させた水溶液を滴下
し、50℃で２時間反応させた。
【００３０】反応終了後、クロロホルムでカラム精製を
行い下記構造式で表される（化１１）の精製品を4.07g
得た。
行い下記構造式で表される（化１１）の精製品を4.07g
得た。
【００３１】
【化１１】
【００３２】上記化合物（化１１）の融点は106〜109℃
であり、エタノール中での光吸収極大波長は648nm,373n
m,299nm等であった。
であり、エタノール中での光吸収極大波長は648nm,373n
m,299nm等であった。
【００３３】○粉末法による評価 次に、この（化１１）について（シ゛ャーナル オフ゛ アフ゜ライト゛ フ
ィシ゛ックス第39巻第3798〜3813頁（J.Appl.Pysics.39,PP379
8-3813(1968)））記載のキュルツらの粉末法を用いて第
２高調波の強度を測定した。
ィシ゛ックス第39巻第3798〜3813頁（J.Appl.Pysics.39,PP379
8-3813(1968)））記載のキュルツらの粉末法を用いて第
２高調波の強度を測定した。
【００３４】基本波としては波長1064nmのパルスＹＡＧ
レーザ光を用い、尿素比で約５倍の波長変換特性を観測
した。
レーザ光を用い、尿素比で約５倍の波長変換特性を観測
した。
【００３５】図１に化合物１をガラス基板に挟んで作製
した薄膜試料の透過スペクトルを示す。図１よりこの材
料の吸収端波長は、約860nm（透過率が95％になる波長
と定義）である。さらに波長420〜540nmの間に光の透過
域があることが判る。この領域は第１光吸収極大(648n
m)と第２光吸収極大(373nm)との間の波長域であるため
光透過性となる。この光透過性領域の透過率の大きさ
は、分子の電子準位の構造に依存しおり、分子構造の最
適化を図ることにより、更に透過率を向上させることが
可能であると考えられる。
した薄膜試料の透過スペクトルを示す。図１よりこの材
料の吸収端波長は、約860nm（透過率が95％になる波長
と定義）である。さらに波長420〜540nmの間に光の透過
域があることが判る。この領域は第１光吸収極大(648n
m)と第２光吸収極大(373nm)との間の波長域であるため
光透過性となる。この光透過性領域の透過率の大きさ
は、分子の電子準位の構造に依存しおり、分子構造の最
適化を図ることにより、更に透過率を向上させることが
可能であると考えられる。
【００３６】○波長変換素子 次にこの化合物１をコア径約1.5μm、クラッド径500μm
の中空ガラスファイバの中で結晶化させ、その波長変換
特性を測定した。
の中空ガラスファイバの中で結晶化させ、その波長変換
特性を測定した。
【００３７】その測定系を図２に示す。半導体レーザ１
０から出た光は、レンズ１１で集光されファイバ１２に
結合される。ファイバ１２に結合された基本波は、波長
変換され第２次高調波が発生する。第２高調波は、いわ
ゆるチェレンコフ放射により取り出されリング状に放射
される。第２高調波は、チェレンコフ放射により非線形
材料で出来たコアから第２次高調波に対してほぼ完全に
透明なクラッドに取り出されるため、基本波と第２高調
波とが同じコア内を伝わるモ−ド間位相整合を用いる素
子に比べて、非線形光学材料中で損失する光量を少なく
出来る利点がある。こうして波長変換された光は、レン
ズ１３により集光されて検出器１５で光強度が測定され
る。また波長変換されなかった光は、フィルタ１４でカ
ットされる。この図２に示したような測定系を用いて、
波長880nmの基本波100mWに対して、440nmの第２次高調
波0.2ｍＷを観測し、変換効率は0.2%であった。
０から出た光は、レンズ１１で集光されファイバ１２に
結合される。ファイバ１２に結合された基本波は、波長
変換され第２次高調波が発生する。第２高調波は、いわ
ゆるチェレンコフ放射により取り出されリング状に放射
される。第２高調波は、チェレンコフ放射により非線形
材料で出来たコアから第２次高調波に対してほぼ完全に
透明なクラッドに取り出されるため、基本波と第２高調
波とが同じコア内を伝わるモ−ド間位相整合を用いる素
子に比べて、非線形光学材料中で損失する光量を少なく
出来る利点がある。こうして波長変換された光は、レン
ズ１３により集光されて検出器１５で光強度が測定され
る。また波長変換されなかった光は、フィルタ１４でカ
ットされる。この図２に示したような測定系を用いて、
波長880nmの基本波100mWに対して、440nmの第２次高調
波0.2ｍＷを観測し、変換効率は0.2%であった。
【００３８】素子の変換効率はそれほど高くないが、こ
れはファイバ１２中の結晶方位や、コア径の最適設計に
より更に変換効率の向上をはかることが可能である。
れはファイバ１２中の結晶方位や、コア径の最適設計に
より更に変換効率の向上をはかることが可能である。
【００３９】（実施例２）以下の構造式で示される市販
のアゾベンゼン系化合物の（化１２）を用いて、その光
透過スペクトルを測定した。
のアゾベンゼン系化合物の（化１２）を用いて、その光
透過スペクトルを測定した。
【００４０】
【化１２】
【００４１】この（化１２）の薄膜試料の吸収端波長は
約580nmであり、波長320nm〜380nmの間に光の透過域が
観測された。さらにこの（化１２）を実施例１と同様に
粉末法を用いてＹＡＧレ−ザを基本波として評価した結
果、尿素比で約６倍の波長変換特性を観測した。
約580nmであり、波長320nm〜380nmの間に光の透過域が
観測された。さらにこの（化１２）を実施例１と同様に
粉末法を用いてＹＡＧレ−ザを基本波として評価した結
果、尿素比で約６倍の波長変換特性を観測した。
【００４２】次にこの（化１２）をコア径約1.5μm、ク
ラッド径700μmの中空ガラスファイバの中で結晶化さ
せ、波長変換素子を作製した。光源として波長700nm、
のチタンサファイアレーザを用い、他は実施例１と同様
の光学系を用いて測定を行なった。
ラッド径700μmの中空ガラスファイバの中で結晶化さ
せ、波長変換素子を作製した。光源として波長700nm、
のチタンサファイアレーザを用い、他は実施例１と同様
の光学系を用いて測定を行なった。
【００４３】その結果、基本波パワー100mWに対し出力
光0.25mWの第２高調波を得、変換効率は0.25％であっ
た。
光0.25mWの第２高調波を得、変換効率は0.25％であっ
た。
【００４４】（実施例３）高分子ポリマー中に、非線形
モノマ−分子を20wt%分散させた場合の実施例を図３に
示す。ポリマーとしてポリメチルメタアクリレート（Ｐ
ＭＭＡ）を、非線形光学材料としては実施例１と同じ
（化１１）を用いた。ガラス基板３１の上に、ＩＴＯ電
極３２を真空蒸着で形成する。このＩＴＯ電極３２上に
中間層としてＳｉＯ2バッファ層３３をスパッタ−で成
膜し、バッファ層３３上に（化１１）とＰＭＭＡとの溶
液をスピンコ−トによりフィルム３４を形成し、約50〜
70℃でベーキングし２次元光導波路を形成する。次にＩ
ＴＯ電極のついた別のガラス基板のＩＴＯ電極をフィル
ム３４を上から押さえて、50〜400Ｖの電界を印加し、
温度を90〜105℃に上げてポーリングを行なった。ポ−
リングが終了したサンプルをフィルム３４面に圧着した
上部電極を取り外し、プリズム３５を図３のように配置
して波長変換特性の測定を行なった。
モノマ−分子を20wt%分散させた場合の実施例を図３に
示す。ポリマーとしてポリメチルメタアクリレート（Ｐ
ＭＭＡ）を、非線形光学材料としては実施例１と同じ
（化１１）を用いた。ガラス基板３１の上に、ＩＴＯ電
極３２を真空蒸着で形成する。このＩＴＯ電極３２上に
中間層としてＳｉＯ2バッファ層３３をスパッタ−で成
膜し、バッファ層３３上に（化１１）とＰＭＭＡとの溶
液をスピンコ−トによりフィルム３４を形成し、約50〜
70℃でベーキングし２次元光導波路を形成する。次にＩ
ＴＯ電極のついた別のガラス基板のＩＴＯ電極をフィル
ム３４を上から押さえて、50〜400Ｖの電界を印加し、
温度を90〜105℃に上げてポーリングを行なった。ポ−
リングが終了したサンプルをフィルム３４面に圧着した
上部電極を取り外し、プリズム３５を図３のように配置
して波長変換特性の測定を行なった。
【００４５】本実施例では波長985nmの色素レーザによ
るパルス光源を使用した。基本波40kWの基本波に対し
て、第２次高調波20mWを測定した。プリズムの結合効率
や導波損失を考慮すると素子の変換効率は0.05%であっ
た。
るパルス光源を使用した。基本波40kWの基本波に対し
て、第２次高調波20mWを測定した。プリズムの結合効率
や導波損失を考慮すると素子の変換効率は0.05%であっ
た。
【００４６】（実施例４）以下の構造式（化１３）で示
されるインドフェノール系化合物を、実施例１の合成例
と同様の方法で合成した。
されるインドフェノール系化合物を、実施例１の合成例
と同様の方法で合成した。
【００４７】
【化１３】
【００４８】この（化１３）の吸収端波長は約860nmで
あり、波長415〜535nmの間に光の透過域があった。
あり、波長415〜535nmの間に光の透過域があった。
【００４９】この材料は粉末法を用いて評価した結果２
次の波長変換特性は全く観測されず、中心対称構造を持
った結晶構造をしていることがわかったので、実施例３
と同様の条件でＰＭＭＡ中に分散させて素子を作成し
た。
次の波長変換特性は全く観測されず、中心対称構造を持
った結晶構造をしていることがわかったので、実施例３
と同様の条件でＰＭＭＡ中に分散させて素子を作成し
た。
【００５０】波長985nmの色素レーザによるパルス光源
を使用した。基本波40kWの基本波に対して、第２次高調
波25mWを測定した。プリズムの結合効率や導波損失を考
慮すると、素子の変換効率は0.06%であった。
を使用した。基本波40kWの基本波に対して、第２次高調
波25mWを測定した。プリズムの結合効率や導波損失を考
慮すると、素子の変換効率は0.06%であった。
【００５１】（実施例５）以下の構造式（化１４）で示
される市販のアゾベンゼン系化合物を用いて、その光透
過スペクトルを測定した。
される市販のアゾベンゼン系化合物を用いて、その光透
過スペクトルを測定した。
【００５２】
【化１４】
【００５３】この（化１４）の薄膜試料の吸収端波長は
約660nmであり、波長360nm〜420nmの間に光の透過域が
観測された。
約660nmであり、波長360nm〜420nmの間に光の透過域が
観測された。
【００５４】この材料は粉末法を用いて評価した結果２
次の波長変換特性は全く観測されず、中心対称構造を持
った結晶構造をしていることがわかったので、実施例３
と同様の条件でＰＭＭＡ中に分散させて素子を作成し
た。
次の波長変換特性は全く観測されず、中心対称構造を持
った結晶構造をしていることがわかったので、実施例３
と同様の条件でＰＭＭＡ中に分散させて素子を作成し
た。
【００５５】本実施例では波長780nmの色素レーザによ
るパルス光源を使用した。基本波40kWの基本波に対し
て、波長390nmの第２次高調波10mWを測定した。プリズ
ムの結合効率や導波損失を考慮すると素子の変換効率は
0.03%であった。
るパルス光源を使用した。基本波40kWの基本波に対し
て、波長390nmの第２次高調波10mWを測定した。プリズ
ムの結合効率や導波損失を考慮すると素子の変換効率は
0.03%であった。
【００５６】比較例 ＭＮＡをＰＭＭＡ中に20wt％分散させて同じ様な素子を
作製した。
作製した。
【００５７】この素子にＹＡＧレーザを用い基本波ピー
ク強度40kWを入射し、第２高調波強度を測定したところ
2mWの出力しか得られず、プリズムの結合効率や導波損
失を考慮すると素子の変換効率は0.005％と１桁程度小
さい値を示した。
ク強度40kWを入射し、第２高調波強度を測定したところ
2mWの出力しか得られず、プリズムの結合効率や導波損
失を考慮すると素子の変換効率は0.005％と１桁程度小
さい値を示した。
【００５８】以上の結果より、二つの光吸収極大の間の
光透過域の波長を第２高調波の波長と一致させることに
より、吸収端波長の長い、非線形分極β値の大きな材料
を用いて波長変換素子が実現でき、従来より大きな変換
効率の素子を実現できる。
光透過域の波長を第２高調波の波長と一致させることに
より、吸収端波長の長い、非線形分極β値の大きな材料
を用いて波長変換素子が実現でき、従来より大きな変換
効率の素子を実現できる。
【００５９】なお、本実施例ではポリマー中に低分子非
線形分子を分散させる方法を用いたが、高分子の側鎖に
非線形分子をつけたポリマーを用いてもよい。
線形分子を分散させる方法を用いたが、高分子の側鎖に
非線形分子をつけたポリマーを用いてもよい。
【００６０】また、ここでは低分子有機非線形光学材料
として（化１）（または（化５）または（化１１））、
（化２）（または（化６）または（化１３））、（化
３）（または（化７）または（化１４））及び（化４）
（または（化８）または（化１２））を用いたが、本発
明の低分子有機非線形光学材料はこれら化合物に限定さ
れるものではなく、２次の超分極率β値が大きな分子
で、第２次高調波に対して光吸収極大と光吸収極大との
間の光透過域を持つ材料であり、又結晶として用いる場
合は非中心対称構造となり大きな非線形定数を持つ構造
を持っていれば、他の分子でもよい。
として（化１）（または（化５）または（化１１））、
（化２）（または（化６）または（化１３））、（化
３）（または（化７）または（化１４））及び（化４）
（または（化８）または（化１２））を用いたが、本発
明の低分子有機非線形光学材料はこれら化合物に限定さ
れるものではなく、２次の超分極率β値が大きな分子
で、第２次高調波に対して光吸収極大と光吸収極大との
間の光透過域を持つ材料であり、又結晶として用いる場
合は非中心対称構造となり大きな非線形定数を持つ構造
を持っていれば、他の分子でもよい。
【００６１】さらに、上記本実施例では第２次高調波発
用の素子について示したが、例えば２種類の波長の和周
波発生用の素子等にも用いることが出来る。
用の素子について示したが、例えば２種類の波長の和周
波発生用の素子等にも用いることが出来る。
【００６２】
【発明の効果】本発明は基本波及び発生する高調波に対
して透明性であり、かつ前記基本波及び前記高調波の間
に電子的エネルギー遷移による光吸収極大を有する非線
形光学材料を用いた非線形光学素子であるため、光高調
波を二つの光吸収極大の間の光透過域の波長で取り出す
ことにより、従来使用できないと考えられていた吸収端
の長い材料でβ値の大きな材料を素子に用いることが可
能となり、その結果大きな変換効率を持った素子を作製
することが可能となる。よって本発明の工業的価値は高
い。
して透明性であり、かつ前記基本波及び前記高調波の間
に電子的エネルギー遷移による光吸収極大を有する非線
形光学材料を用いた非線形光学素子であるため、光高調
波を二つの光吸収極大の間の光透過域の波長で取り出す
ことにより、従来使用できないと考えられていた吸収端
の長い材料でβ値の大きな材料を素子に用いることが可
能となり、その結果大きな変換効率を持った素子を作製
することが可能となる。よって本発明の工業的価値は高
い。
【図１】本発明の非線形光学素子の一実施例に用いた薄
膜材料の光透過スペクトルを示す図
膜材料の光透過スペクトルを示す図
【図２】本発明の非線形光学素子の一実施例のファイバ
型波長変換素子及びその特性測定系の概略図
型波長変換素子及びその特性測定系の概略図
【図３】本発明の非線形光学素子の別の実施例の素子構
造を示す断面概略図
造を示す断面概略図
【図４】従来知られている代表的な波長変換材料の２次
の超分極率βと吸収端波長の関係を示す図
の超分極率βと吸収端波長の関係を示す図
１０ 半導体レーザ １１ レンズ １２ ファイバー １３ レンズ １４ フィルタ １５ 検出器 ３１ ガラス基板 ３２ ＩＴＯ電極 ３３ バッファ層 ３４ フィルム ３５ プリズム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 園田 信雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/35 504 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (3)
- 【請求項１】基本波及び前記基本波の入力で発生する高
調波に対して透明性であり、かつ前記基本波及び前記高
調波の間に電子的エネルギー遷移による光吸収極大を有
する非線形光学材料を用いたことを特徴とする非線形光
学素子。 - 【請求項２】非線形光学材料が、単結晶、高分子又は透
明性高分子と低分子非線形光学材料とを分散した複合材
料の何れかを含むことを特徴とする、請求項１記載の非
線形光学素子。 - 【請求項３】非線形光学材料が（化１）、（化２）、
（化３）もしくは（化４）のいずれかの構造式で表され
る材料を含むことを特徴とする、請求項１記載の非線形
光学素子。 【化１】 【化２】 【化３】 【化４】
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20416491A JP2871202B2 (ja) | 1990-08-28 | 1991-08-14 | 非線形光学素子 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2-227024 | 1990-08-28 | ||
| JP22702490 | 1990-08-28 | ||
| JP20416491A JP2871202B2 (ja) | 1990-08-28 | 1991-08-14 | 非線形光学素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH055917A JPH055917A (ja) | 1993-01-14 |
| JP2871202B2 true JP2871202B2 (ja) | 1999-03-17 |
Family
ID=26514322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20416491A Expired - Fee Related JP2871202B2 (ja) | 1990-08-28 | 1991-08-14 | 非線形光学素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2871202B2 (ja) |
-
1991
- 1991-08-14 JP JP20416491A patent/JP2871202B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH055917A (ja) | 1993-01-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |