JPH01210935A - 非線形光ファイバ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は光高調波発生素子、パラメトリック波長変換
素子等に用いられる非線形光ファイバ素子に関する。

［従来の技術とその課題］ 光回路素子として入射光の波長を２分の１．３分の１に
変化させることのできる光高調波発生素子、２種の入射
光の混合によって和周波光、差周波光を発生することの
できるパラメトリック波長変換素子など、入射光の強度
によって媒質の屈折率が変化する非線形光学効果を利用
した種々の非線形光学素子が知られている。

従来、このような非線形光学素子材料としてはニオブ酸
リチウム（ＬｉＮｂＯａ）、リン酸２水素カリウム（Ｋ
Ｈ，ＰＯ，）等の無機強誘電体の単結晶のほか、２−メ
チル−４−ニトロアニリン、トラン（１，２−ジフェニ
ルアセチレン）等の非線形有機材料が使用されている。

しかしながら光学的に純度の高い上記無機強誘電体の単
結晶は非常に高価であるばかりでなく潮解性を示し、取
り扱いが不便であり、さらには非線形有機材料に比較し
てその変換効率が低い等の不都合がある。

また非線形有機材料はその変換効率が高いものの、２−
メチル−４−ニトロアニリン等には昇華性があり、その
取り扱い上に問題がある。

この発明は上記課題に鑑みてなされたもので、変換効率
が高く、取り扱いの容易な非線形光学素子を提供するこ
とを目的としている。

［課題を解決するための手段］ この発明は光ファイバの長軸方向に沿って複数の貫通孔
を設け、上記貫通孔内に非線形光学材料を収納したこと
を解決手段とした。

以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の非線形光ファイバ素子の一例である２
次光高長波発生素子を示したものである。

第１図中、符号ｌは本発明の非線形光ファイバ素子であ
る。この非線形光ファイバ素子！は光ファイバ２の導波
光路内に、その長尺方向に沿って複数の貫通孔３・・を
設け、この貫通孔３・・・内に非線形光学材料４を挿入
してなるものである。

この光ファイバ２には複数の貫通孔３・・・が設けられ
ている。この複数の貫通孔３・・・は光ファイバ２の一
端部から他端へ向って先ファイバ２の長尺方向の導波光
路に沿って光フアイバ２内を貫通している。この貫通孔
３・・・内には非線形光学材料の単結晶を成長させるの
で、その径は５〜２０μｍ程度が好ましい。その径を５
μｍ以下にすると、貫通孔３・・・に融液状態の非線形
光学材料を毛細管現象によって注入することが困難にな
り、逆に２０μｍ以上にすると貫通孔３・・・内に注入
された融液状の非線形光学材料を単結晶化させることが
困難になるためである。なお、この例では光ファイバ２
に５個の貫通孔３・・・を形成したが、先ファイバ２に
形成する貫通孔３・・・の数はこの限りではなく、非線
形光ファイバ素子１の使用目的、使用条件等により２以
上の複数で適宜設定することができる。

また光ファイバ２としては石英ガラス系ファイバ、多成
分ガラスファイバ等の広く一般に使用されているものを
使用することができるが、その母材は非線形光学材料４
の融点よりも高い融点を有するものでなければならない
。さらに本発明の非線形光ファイバ素子１ではタララド
モードで導波される光によりて貫通孔３・・・の非線形
光学材料４が２次の非線形効果を示すので、光ファイバ
２にはマルチモードファイバを使用するのが好ましい。

貫通孔３・・・内に収納する非線形光学材料４としては
ニオブ酸リチウム（Ｌ　ｉＮ　ｂｏ　ｓ）、リン酸２水
素カリウム（ＫＨ，ＰＯ，）、よう素酸リチウム（Ｌｉ
１０、）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）、ＲＤＡ（ＲｂＨ
２Ａｓｉ４）、ＯＤ　Ａ　（ＣｓＨｔＡ　Ｓｏ　４）等
の非線形光学無機材料の単結晶、２−メチル−４−ニト
ロアニリン、トラン（１，２−ジフェニルアセチレン）
等の非線形光学有機材料の単結晶等を使用することがで
きる。

このような非線形光ファイバ素子１は光ファイバ２に貫
通孔３・・・を形成し、融液状態の非線形光学材料４を
毛細管現象で注入したのち、ストックバーガー法を利用
した加熱炉内で引き上げ、非線形光学材料４を端部より
単結晶化する方法により製造することができる。この方
法を用いて本発明の一例である第１図に示した非線形光
ファイバ素子Ｉを製造する際に好適に使用される装置の
一例を第２図に示す。

第２図中、符号５は、非線形光ファイバ素子製造装置で
ある。この非線形光ファイバ素子製造装置５は分子ｍの
比較的大きな塩の単結晶製造法の１つであるストックバ
ーガー法の原理を利用したものであり、非線形光ファイ
バ素子ｌを構成する光ファイバ２と、このファイバ２内
の貫通孔３・・・に収納される非線形光学材料４の溶融
りが満たされたるつぼ６と、このるつぼ６を支持する支
持台７とを加熱炉８内に配置してなるものである。

光ファイバ２は図示しない支持ホルダによって、その一
端部がるつぼ６内に満たされた非線形光学材料４の融液
り内に浸漬されるように加熱炉８内に吊り下げられてお
り、支持台７の上下運動に伴い、支持ホルダを上下させ
ることによって、光ファイバ２の位置を変化させること
ができる。

非線形光学材料４の融液■７が満たされているるつぼ６
は非線形光学材料４と互いに反応しない融点の高い高純
度金属または酸化物からなり、これらを例示すれば高純
度合成石英、白金、窒化けい素等である。このるつぼ６
は支持台７上に載置されている。

この支持台７はるつぼ６を載置する板体の支持板７ａと
、この支持板７ａを加熱炉８内で上下させる支持軸７ｂ
とからなり、支持軸７ｂは加熱炉８の底面を貫通し、図
示しない駆動体により上下往復運動するようになってい
る。

加熱炉８はグラファイト、れんが等の耐熱材料からなる
宵底筒状体であり、その加熱炉下部８ａには高周波コイ
ルヒータ９が巻回されて、加熱炉８内を非線形光学材料
４の融点にまで加熱できるようになっており、高周波コ
イルヒータ９が巻回されている加熱炉下部８ａと高周波
コイルヒータ９が巻回されていない加熱炉上部８ｂとの
間には第４図に示したような温度分布を生じさせること
ができるようになっている。

このような装置を用いて本発明の非線形光ファイバ素子
ｌを製造するには、まするつぼ６内に非線形光学材料４
を投入し、るつぼ６が載置された支持台７を加熱炉８の
底面にまで降下させた後、高周波コイルヒータ９により
加熱炉下部８ａを非線形光学材料４の融点以上に加熱し
て、融液りを得る。この融液り内に支持ホルダに支持さ
れた光ファイバ２の一端部を浸漬すると、融液りは毛細
管現象により光ファイバ２に形成された貫通孔３・・・
内を上昇し、加熱炉上部８ｂに達する。貫通孔３・・・
内を上昇してきた融液りは、加熱炉上部８ｂと加熱炉下
部８ａ間の温度差により、加熱炉上部８ｂと加熱炉下部
８ａとの境界で固化する。光ファイバ２と融液りとをこ
のような状態にした後、支持台７および支持ホルダとを
微速で上昇させると、光フアイバ２内の融液りが加熱炉
上部８ｂと加熱炉上部８ａとの境界で単結晶化して光フ
アイバ２内に非線形光学材料４の単結晶を収納すること
ができる。第３図はこのようにしてるつぼ６および光フ
ァイバ２を加熱炉８内で上昇さけ、非線形光ファイバ素
子ｌを製造しているところを示したものである。

このようにしてるつぼ６内に浸漬さえた光ファイバ２の
一端部が加熱炉上部８に達するまで、支持台７を上昇さ
せた後、貫通孔３・・・内に非線形光学材料４が収納さ
れた光ファイバ２を支持ホルダより取り外したのち、光
ファイバ２の両端部の非線形光学材料４の単結晶化が不
十分な部分を切断して、非線形光学材料４の単結晶化が
良好な中央部のみを非線形光ファイバ素子１とする。

このようにして得られた非線形光ファイバ素子！は、優
れた変換効率を有するものの取り扱いが困難である非線
形光学材料を光フアイバ内に収納したものであるので、
非線形光学材料が空気等の雰囲気中にさらされることが
なくなり、昇華や潮解等が起こらなくなる。よって優れ
た変換効率を長時間に亙って維持することが可能となり
、その取り扱い性が向上する。さらに光ファイバより出
射された変換光は光学レンズにより容易に集光させるこ
とができ、レーザ機器内等での利用が可能である。

［実施例コ （実施例） 切断した際に５つの貫通孔が十文字に並ぶように外径３
０ｍｎ＋φの合成石英管に直径５ｍｒａφの５つの貫通
孔を開孔した。このものを石英ガラス製の外径５０ｍｍ
φ、内径３０ｍｍφのジャケット管内に挿入したのち、
紡糸して直径１５μｍの貫通孔が５つ形成された外径１
５０μｍ、長さｌｏＯ＋ｎｍの中空光ファイバを作成し
た。ついで第２図に示したようなストックバーガー法を
利用した非線形光ファイバ素子製造装置を用いて、光フ
ァイバの貫通孔内に、引き上げ速度０　、２　ｍｍ７分
で非線形光学材料である２−メチル−４−ニトロアニリ
ンの単結晶を成長させた。この際、加熱炉上部の温度は
２８℃、加熱炉下部の温度は１３４℃とした。

貫通孔内に非線形光学材料が収納された長さ１００ｍｍ
の光ファイバの両端部からそれぞれ２０ｍｍ切断して、
非線形光学材料の単結晶化が良好な部分６０ｍｍからな
る非線形光ファイバ素子を得た。

（比較例） 外径３０ｍｍの合成石英管の中央部に直径５ｍｍの貫通
孔を開孔した以外はすべて実施例と同様にして、長さ３
００　ｍｍ１直径１５０μｍの光フアイバ内に直径１５
μｍの２−メチル−４−ニトロアニリンの単結晶が収納
された比較例を得た。

以上のようにして製造された実施例および比較例の非線
形光ファイバ素子に波長１０６４　ｎｍの光を照射して
その変換効率を比較した。その結果、非線形光学材料が
収納された５つの貫通孔が設けられた長さ６０ｍｍの実
施例の非線形光ファイバ素子と、１つの貫通孔のみが設
けられた長さ３００ｍｍの比較例の非線形光ファイバ素
子とは同等の変換効率を示し、実施例の非線形光ファイ
バ素子の単位長さあたりの変換効率は比較例のそれの５
倍であり、このことから非線形光ファイバ素子の単位長
さあたりの変換効率は光ファイバに形成された貫通孔の
数に依存し、複数個の貫通孔を設けた場合の方が変換効
率が向上することが判明した。

また、実施例の非線形光ファイバ素子の出射光のパター
ンは、均一な円形であったのに対して、比較例の非線形
光ファイバ素子の出射光パターンは、非線形光学材料が
収納されている中心部のみが明るく、その周辺部が暗い
、不均一なものとなった。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明の非線形光ファイバ素子は
、光ファイバの長軸方向に沿って複数の貫通孔を設け、
上記貫通孔内に非線形光学材料を収納したものであるの
で、変換効率の高い非線形光学素子を容易に得ることが
できる。

また非線形光学材料が空気等の雰囲気中に直接さらされ
ることがなくなり、昇華や潮解等を起こすことがな（な
るので、優れた変換効率を長時間に亙って９イＬ持する
ことが可能となり、その取り扱い性が向上する。

さらに先ファイバより出射された変換光は均一で光学レ
ンズにより容易に集光させることができ、レーザ機器内
等での利用が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の非線形光ファイバ素子の一例を示した
概略断面図、第２図および第３図は本発明の非線形光フ
ァイバ素子を製造するために使用される非線形光ファイ
バ素子製造装置の一例を示した概略断面図、第４図は第
２図および第３図に示した非線形光ファイバ素子製造装
置内の温度分布を示したグラフである。 ■・・・非線形光ファイバ素子、　　２・・・光ファイ
バ、３・・・貫通孔、　４・・・非線形光学材料。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光ファイバの長軸方向に沿って複数の貫通孔を設け、上
   記貫通孔内に非線形光学材料を収納したことを特徴とす
   る非線形光ファイバ素子。