JP2961923B2 - 波長変換素子 - Google Patents
波長変換素子Info
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- JP2961923B2 JP2961923B2 JP6854191A JP6854191A JP2961923B2 JP 2961923 B2 JP2961923 B2 JP 2961923B2 JP 6854191 A JP6854191 A JP 6854191A JP 6854191 A JP6854191 A JP 6854191A JP 2961923 B2 JP2961923 B2 JP 2961923B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、波長変換素子に関し、
非線形光学効果のうち波長変換を応用する光機能デバイ
スを構成する光学素子として利用できるものである。
非線形光学効果のうち波長変換を応用する光機能デバイ
スを構成する光学素子として利用できるものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、二次の非線形光学効果を利用した
波長変換素子が多く実現されているが、その材料として
は無機結晶が代表的である。一方、この種の素子では材
料の非線形光学定数を有効に利用するため、導波路形に
する場合が多い。この場合、入力パワーが非常に小さく
てすむ利点を有するが、実効入力パワーが非常に大きく
なるため、導波路構成材料がオプティカルダメージをう
けやすいという欠点がある。したがって、導波路構成材
料としては光損傷しきい値が高いことが必要となる。
波長変換素子が多く実現されているが、その材料として
は無機結晶が代表的である。一方、この種の素子では材
料の非線形光学定数を有効に利用するため、導波路形に
する場合が多い。この場合、入力パワーが非常に小さく
てすむ利点を有するが、実効入力パワーが非常に大きく
なるため、導波路構成材料がオプティカルダメージをう
けやすいという欠点がある。したがって、導波路構成材
料としては光損傷しきい値が高いことが必要となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した無機
材料は光損傷しきい値が低いという欠点を有する。ま
た、無機材料は、導波路作製工程が複雑であるという欠
点も有する。
材料は光損傷しきい値が低いという欠点を有する。ま
た、無機材料は、導波路作製工程が複雑であるという欠
点も有する。
【０００４】これに対し、有機化合物の非線形材料はオ
プティカルダメージに強く、加工性に富み、しかも二次
の非線形光学定数が大きく、高性能な波長変換素子を形
成する材料として期待されている。しかしながら、非線
形光学効果の高効率化に有効な導波路化については、余
り有効な実施例がないのが実状である。また、二次の非
線形光学効果を利用した波長変換においては基本波と波
長変換された発生波との間で位相をあわせるいわゆる位
相整合を如何に実現させるかが大きな問題であり、特に
導波路における位相整合は通常困難な場合が多い。
プティカルダメージに強く、加工性に富み、しかも二次
の非線形光学定数が大きく、高性能な波長変換素子を形
成する材料として期待されている。しかしながら、非線
形光学効果の高効率化に有効な導波路化については、余
り有効な実施例がないのが実状である。また、二次の非
線形光学効果を利用した波長変換においては基本波と波
長変換された発生波との間で位相をあわせるいわゆる位
相整合を如何に実現させるかが大きな問題であり、特に
導波路における位相整合は通常困難な場合が多い。
【０００５】本発明はこのような事情に鑑み、非線形光
学効果が大きく、しかも位相整合が比較的容易に実現で
きる波長変換素子を提供することを目的とする。
学効果が大きく、しかも位相整合が比較的容易に実現で
きる波長変換素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の波長変換素子は、二次の非線形光学効果を有する有
機化合物を分散あるいは化学的に結合した二次の非線形
光学効果を有する高分子材料二種を、ガラス基板上にそ
の一方向に亘って交互に並べてなり、これら二種の高分
子材料のダイポールの向きが上記一方向に対して直交し
且つ交互に逆向きであることを特徴とする。
明の波長変換素子は、二次の非線形光学効果を有する有
機化合物を分散あるいは化学的に結合した二次の非線形
光学効果を有する高分子材料二種を、ガラス基板上にそ
の一方向に亘って交互に並べてなり、これら二種の高分
子材料のダイポールの向きが上記一方向に対して直交し
且つ交互に逆向きであることを特徴とする。
【０００７】以下、本発明の構成を説明する。
【０００８】本発明においては、二次の非線形光学定数
が大きく、且つ加工性に優れた高分子材料を波長変換用
導波材料として用いているので、高効率な波長変換素子
となる。しかも、かかる高分子材料を二種交互に並べ且
つダイポールの向きを交互に逆向きとなるようにするこ
とにより位相整合しているので、位相整合も比較的容易
に実現できる。
が大きく、且つ加工性に優れた高分子材料を波長変換用
導波材料として用いているので、高効率な波長変換素子
となる。しかも、かかる高分子材料を二種交互に並べ且
つダイポールの向きを交互に逆向きとなるようにするこ
とにより位相整合しているので、位相整合も比較的容易
に実現できる。
【０００９】本発明で用いる高分子材料は波長変換素子
として有効な二次の非線形光学効果を有するものであれ
ば特に限定されず、一般の高分子材料に二次の非線形光
学効果を有する有機化合物を分散させた高分子材料、あ
るいは高分子鎖に二次の非線形光学効果を有する有機化
合物を化学的に結合した高分子材料、あるいは二次の非
線形光学効果を有する有機化合物を高分子鎖に組み入れ
た高分子材料などを用いることができる。ここで、二次
の非線形光学効果を有する有機化合物は、二次の非線形
感受率を有するものであればよいが、好ましくは二次の
非線形感受率が大きな有機化合物、例えば色素が好まし
い。そして、この有機化合物の含有量、高分子の重合度
などにより、上記高分子材料の二次の非線形感受率が異
なる。本発明では二次の非線形感受率が異なる二種の高
分子材料を用いる。
として有効な二次の非線形光学効果を有するものであれ
ば特に限定されず、一般の高分子材料に二次の非線形光
学効果を有する有機化合物を分散させた高分子材料、あ
るいは高分子鎖に二次の非線形光学効果を有する有機化
合物を化学的に結合した高分子材料、あるいは二次の非
線形光学効果を有する有機化合物を高分子鎖に組み入れ
た高分子材料などを用いることができる。ここで、二次
の非線形光学効果を有する有機化合物は、二次の非線形
感受率を有するものであればよいが、好ましくは二次の
非線形感受率が大きな有機化合物、例えば色素が好まし
い。そして、この有機化合物の含有量、高分子の重合度
などにより、上記高分子材料の二次の非線形感受率が異
なる。本発明では二次の非線形感受率が異なる二種の高
分子材料を用いる。
【００１０】本発明では二次の非線形光学効果を有する
二種の高分子材料をガラス基板上に、例えば長手方向に
交互に並べ、これら二種の高分子材料のダイポールの向
きが上記長手方向に対して直交し且つ交互に逆向きとし
ている。二次の非線形光学効果を利用した波長変換にお
いて位相整合されない場合、通常、コヒーレント長毎に
変換効率が極大と極小とを繰り返すが、本発明のように
材料のダイポールモーメントの向きをコヒーレント長毎
に交互に反転させると、例えばＳＨＧ（Second Harmoni
c Generation）による波長変換の場合、ＳＨＧがたし合
されて位相整合可能となる。なお、本発明のように、二
種の高分子材料に上述したようなダイポールの反転分布
を実現するには、例えばフォトリソグラフィによる加工
及び電界印加によるポーリングを施すようにすればよ
い。
二種の高分子材料をガラス基板上に、例えば長手方向に
交互に並べ、これら二種の高分子材料のダイポールの向
きが上記長手方向に対して直交し且つ交互に逆向きとし
ている。二次の非線形光学効果を利用した波長変換にお
いて位相整合されない場合、通常、コヒーレント長毎に
変換効率が極大と極小とを繰り返すが、本発明のように
材料のダイポールモーメントの向きをコヒーレント長毎
に交互に反転させると、例えばＳＨＧ（Second Harmoni
c Generation）による波長変換の場合、ＳＨＧがたし合
されて位相整合可能となる。なお、本発明のように、二
種の高分子材料に上述したようなダイポールの反転分布
を実現するには、例えばフォトリソグラフィによる加工
及び電界印加によるポーリングを施すようにすればよ
い。
【００１１】次に、本発明の波長変換素子の代表的作製
例を図２を参照しながら説明する。まずガラス基板１上
にストライプ状のアルミニウム電極２をガラス基板１の
長手方向に沿って平行に２本とりつける（図２(a) ）。
次に、このガラス基板１上にＴｇ1 のガラス転移温度を
有する高分子材料からなる高分子薄膜３をスピンコート
により作製する（図２(b) ）。さらに、この高分子薄膜
３にフォトリソグラフィの手法を用いて上記長手方向に
直交する方向に延びる溝を該長手方向に亘って一定間隔
に形成して、グレーティングとなった高分子薄膜４を作
製し（図２(c) ）、次いでＴｇ2 （Ｔｇ1 ＞Ｔｇ2 ）の
ガラス転移温度を有する高分子材料を高分子薄膜４上に
塗布した後、高分子薄膜４間以外をエッチングで除去し
て高分子薄膜５を形成する（図２(d) ）。次に、このよ
うにしてできた高分子薄膜４，５をＴｇ1 以上に加熱し
ながら、電極２に電界を印加して高分子薄膜４，５をポ
ーリングする（図２(e) ）。さらに、この高分子薄膜
４，５を温度Ｔ（Ｔｇ1 ＞Ｔ＞Ｔｇ2 ）に加熱して図２
(e) とは逆向きの電界を印加し、高分子薄膜５をポーリ
ングする（図２(f) ）。なお、高分子薄膜５は高分子薄
膜４全体を覆うように設けても、本発明の波長変換素子
となる。
例を図２を参照しながら説明する。まずガラス基板１上
にストライプ状のアルミニウム電極２をガラス基板１の
長手方向に沿って平行に２本とりつける（図２(a) ）。
次に、このガラス基板１上にＴｇ1 のガラス転移温度を
有する高分子材料からなる高分子薄膜３をスピンコート
により作製する（図２(b) ）。さらに、この高分子薄膜
３にフォトリソグラフィの手法を用いて上記長手方向に
直交する方向に延びる溝を該長手方向に亘って一定間隔
に形成して、グレーティングとなった高分子薄膜４を作
製し（図２(c) ）、次いでＴｇ2 （Ｔｇ1 ＞Ｔｇ2 ）の
ガラス転移温度を有する高分子材料を高分子薄膜４上に
塗布した後、高分子薄膜４間以外をエッチングで除去し
て高分子薄膜５を形成する（図２(d) ）。次に、このよ
うにしてできた高分子薄膜４，５をＴｇ1 以上に加熱し
ながら、電極２に電界を印加して高分子薄膜４，５をポ
ーリングする（図２(e) ）。さらに、この高分子薄膜
４，５を温度Ｔ（Ｔｇ1 ＞Ｔ＞Ｔｇ2 ）に加熱して図２
(e) とは逆向きの電界を印加し、高分子薄膜５をポーリ
ングする（図２(f) ）。なお、高分子薄膜５は高分子薄
膜４全体を覆うように設けても、本発明の波長変換素子
となる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００１３】図１には実施例に係る波長変換素子を概念
的に示す。なお、全体構成は基本的には図２に示すもの
と同じであるので同一作用を示す部分には同一符号を付
して重複する説明は省略する。
的に示す。なお、全体構成は基本的には図２に示すもの
と同じであるので同一作用を示す部分には同一符号を付
して重複する説明は省略する。
【００１４】（実施例１）ガラス基板１として１mm厚の
パイレックスガラスを用い、この上にアルミ製のストラ
イプ状の２本の電極２（長さ１０mm，幅１mm，間隔１０
０μｍ）を作製した。この上に、下記化１に示す構造を
有するポリマーを用い、スピンコートにより、厚さ２μ
ｍ、長さ１０mmの薄膜（高分子薄膜３に対応）を作製し
た。なお、化１のポリマーの分子量ＭW は４５００であ
り、ガラス転移温度Ｔｇは約１００℃である。次に、こ
の薄膜上にフォトレジストを塗布してフォトリソグラフ
ィによりグレーティングパターンを作製し、反応性イオ
ンエッチング（ＲＩＥ）によりグレーティングとなった
高分子薄膜４を作製した。そして、この高分子薄膜４上
に下記化２で示されるポリマーを塗布した後、エッチン
グによりグレーティング間以外の部分を除去して高分子
薄膜５とした。なお、化２に示すポリマーの分子量ＭW
は２００００であり、ガラス転移温度Ｔｇは約５０℃で
ある。このようにして作製した高分子薄膜４，５を１２
０℃に加熱し、電極２に５０kV印加したまま冷却してポ
ーリングさせた。次に、高分子薄膜４，５を６０℃に加
熱し、電極２に５０kV印加したまま冷却することによ
り、高分子薄膜５のみをポーリングさせ、波長変換素子
６とした。なお、高分子薄膜４のグレーティング周期Λ
は、高分子薄膜４及び５の屈折率の波長分散を予め求め
ておき、下記式に示される周期Λに合うようにするのが
望ましい。 Λ＝(2ｍ＋１）Ｌ，Ｌ＝Δｋ1lc ＋Δｋ2lc ′ 但し、ｍは正の実数、ｌc 及びｌc ′はコヒーレント
長、Δｋ1 ，Δｋ2 はそれぞれの領域における各波長の
伝搬定数の差である。
パイレックスガラスを用い、この上にアルミ製のストラ
イプ状の２本の電極２（長さ１０mm，幅１mm，間隔１０
０μｍ）を作製した。この上に、下記化１に示す構造を
有するポリマーを用い、スピンコートにより、厚さ２μ
ｍ、長さ１０mmの薄膜（高分子薄膜３に対応）を作製し
た。なお、化１のポリマーの分子量ＭW は４５００であ
り、ガラス転移温度Ｔｇは約１００℃である。次に、こ
の薄膜上にフォトレジストを塗布してフォトリソグラフ
ィによりグレーティングパターンを作製し、反応性イオ
ンエッチング（ＲＩＥ）によりグレーティングとなった
高分子薄膜４を作製した。そして、この高分子薄膜４上
に下記化２で示されるポリマーを塗布した後、エッチン
グによりグレーティング間以外の部分を除去して高分子
薄膜５とした。なお、化２に示すポリマーの分子量ＭW
は２００００であり、ガラス転移温度Ｔｇは約５０℃で
ある。このようにして作製した高分子薄膜４，５を１２
０℃に加熱し、電極２に５０kV印加したまま冷却してポ
ーリングさせた。次に、高分子薄膜４，５を６０℃に加
熱し、電極２に５０kV印加したまま冷却することによ
り、高分子薄膜５のみをポーリングさせ、波長変換素子
６とした。なお、高分子薄膜４のグレーティング周期Λ
は、高分子薄膜４及び５の屈折率の波長分散を予め求め
ておき、下記式に示される周期Λに合うようにするのが
望ましい。 Λ＝(2ｍ＋１）Ｌ，Ｌ＝Δｋ1lc ＋Δｋ2lc ′ 但し、ｍは正の実数、ｌc 及びｌc ′はコヒーレント
長、Δｋ1 ，Δｋ2 はそれぞれの領域における各波長の
伝搬定数の差である。
【００１５】
【化１】
【００１６】
【化２】
【００１７】次に、この波長変換素子６を用いてＳＨＧ
の発生実験を行った。基本波としてはＬＤ励起Ｎd ：Ｙ
ＡＧレーザ（波長１．３２μｍ、入射パワー１００mWC
W）を用い、対物レンズを介して波長変換素子６の端面
より基本波を入射したところ、入射端面と反対面より
０．６６μｍのＳＨＧを観測することができた。効率と
しては１％程度であった。本実施例の場合、基本波Ｗ＝
１．３２μｍであるので、高分子薄膜４のコヒーレント
長ｌc は８μｍ、高分子薄膜５のコヒーレント長ｌc ′
は６μｍであり、グレーティング周期Λは７μｍとして
いる。
の発生実験を行った。基本波としてはＬＤ励起Ｎd ：Ｙ
ＡＧレーザ（波長１．３２μｍ、入射パワー１００mWC
W）を用い、対物レンズを介して波長変換素子６の端面
より基本波を入射したところ、入射端面と反対面より
０．６６μｍのＳＨＧを観測することができた。効率と
しては１％程度であった。本実施例の場合、基本波Ｗ＝
１．３２μｍであるので、高分子薄膜４のコヒーレント
長ｌc は８μｍ、高分子薄膜５のコヒーレント長ｌc ′
は６μｍであり、グレーティング周期Λは７μｍとして
いる。
【００１８】比較のため、同膜厚の高分子薄膜４及び５
のそれぞれの単一膜を作製し、それぞれについて上記ポ
ーリング条件でポーリングして、ＳＨＧの発生実験を行
ったがＳＨＧ光は検出レベル以下であった。このことか
ら上記実施例の波長変換素子６では有効な位相整合条件
が満たされていることがわかる。
のそれぞれの単一膜を作製し、それぞれについて上記ポ
ーリング条件でポーリングして、ＳＨＧの発生実験を行
ったがＳＨＧ光は検出レベル以下であった。このことか
ら上記実施例の波長変換素子６では有効な位相整合条件
が満たされていることがわかる。
【００１９】（実施例２）下記化３に示す構造で、ｎ＝
０．８、ｍ＝０．２と、ｎ＝０．７、ｍ＝０．３との二
種の高分子材料を作製した。これらのガラス転移温度Ｔ
ｇはそれぞれ１１０℃，８０℃であった。これらを実施
例１の化１，化２に示す高分子材料の代りに用いて実施
例１と同様に波長変換素子を作製したところ、同様の効
果を得た。
０．８、ｍ＝０．２と、ｎ＝０．７、ｍ＝０．３との二
種の高分子材料を作製した。これらのガラス転移温度Ｔ
ｇはそれぞれ１１０℃，８０℃であった。これらを実施
例１の化１，化２に示す高分子材料の代りに用いて実施
例１と同様に波長変換素子を作製したところ、同様の効
果を得た。
【００２０】
【化３】
【００２１】（実施例３）下記化４に示す構造でｎ＝
０．９、ｍ＝０．１の材料を作製し、連鎖移動量の調節
によりＭW ＝５００００（Ｔｇ＝１３８℃）及びＭW ＝
２００００（Ｔｇ＝８５℃）の二種の高分子材料を得
た。これらの実施例１の化１，化２に示す高分子材料の
代りに用いて実施例１と同様に波長変換素子を作製した
ところ、同様の効果を得た。
０．９、ｍ＝０．１の材料を作製し、連鎖移動量の調節
によりＭW ＝５００００（Ｔｇ＝１３８℃）及びＭW ＝
２００００（Ｔｇ＝８５℃）の二種の高分子材料を得
た。これらの実施例１の化１，化２に示す高分子材料の
代りに用いて実施例１と同様に波長変換素子を作製した
ところ、同様の効果を得た。
【００２２】
【化４】
【００２３】上記実施例の波長変換についてはＳＨＧの
例のみを示したが、他の二次非線形光学効果、差周波発
生、和周波発生、パラメトリック発振等も、グレーティ
ング間隔を変えることにより同様に実現できることは容
易に類推できる。また、本発明において用いた材料は実
施例に示したように二次の非線形感受率の大きな有機化
合物をポリマー側鎖に化学的に結合したものであるが、
この他、二次の非線形感受率の大きな有機化合物をポリ
マーに分散させた材料、あるいは二次の非線形感受率の
大きな有機化合物をポリマー主鎖にくみこんだ材料であ
っても同様の波長変換素子を構成することができる。
例のみを示したが、他の二次非線形光学効果、差周波発
生、和周波発生、パラメトリック発振等も、グレーティ
ング間隔を変えることにより同様に実現できることは容
易に類推できる。また、本発明において用いた材料は実
施例に示したように二次の非線形感受率の大きな有機化
合物をポリマー側鎖に化学的に結合したものであるが、
この他、二次の非線形感受率の大きな有機化合物をポリ
マーに分散させた材料、あるいは二次の非線形感受率の
大きな有機化合物をポリマー主鎖にくみこんだ材料であ
っても同様の波長変換素子を構成することができる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による波長
変換素子は、非線形光学効果が大きく、しかも波長変換
において大きな問題となる位相整合が比較的簡単にとれ
ることから、波長変換を応用した素子、例えば高効率な
半導体レーザ励起可視光レーザ、光サンプリング測定
器、可変波長光源、波長可変光スイッチを構築する上で
重要な基本素子となりうるものである。
変換素子は、非線形光学効果が大きく、しかも波長変換
において大きな問題となる位相整合が比較的簡単にとれ
ることから、波長変換を応用した素子、例えば高効率な
半導体レーザ励起可視光レーザ、光サンプリング測定
器、可変波長光源、波長可変光スイッチを構築する上で
重要な基本素子となりうるものである。
【図１】一実施例に係る波長変換素子を概念的に示す説
明図である。
明図である。
【図２】一実施例の波長変換素子の作製例を示す説明図
である。
である。
１ ガラス基板 ２ 電極 ３ 高分子薄膜 ４ 高分子薄膜（グレーティング） ５ 高分子薄膜 ６ 波長変換素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戒能 俊邦 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−48831（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−199433（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開481510（ＥＰ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/35 504 G02F 1/37
Claims (1)
- 【請求項１】 二次の非線形光学効果を有する有機化合
物を分散あるいは化学的に結合した二次の非線形光学効
果を有する高分子材料二種を、ガラス基板上にその一方
向に亘って交互に並べてなり、これら二種の高分子材料
のダイポールの向きが上記一方向に対して直交し且つ交
互に逆向きであることを特徴とする波長変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6854191A JP2961923B2 (ja) | 1991-04-01 | 1991-04-01 | 波長変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6854191A JP2961923B2 (ja) | 1991-04-01 | 1991-04-01 | 波長変換素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04304434A JPH04304434A (ja) | 1992-10-27 |
| JP2961923B2 true JP2961923B2 (ja) | 1999-10-12 |
Family
ID=13376711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6854191A Expired - Fee Related JP2961923B2 (ja) | 1991-04-01 | 1991-04-01 | 波長変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2961923B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5400172A (en) * | 1993-03-18 | 1995-03-21 | Hoechst Celanese Corp. | Multi-layer optical elements formed from free standing films and method of making same |
| EP2502952B1 (en) | 2009-11-19 | 2018-06-13 | Toray Industries, Inc. | Process for production of polyamideimide resin microparticles |
-
1991
- 1991-04-01 JP JP6854191A patent/JP2961923B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04304434A (ja) | 1992-10-27 |
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