JPH01297631A - 非線形光学素子およびその製造方法 - Google Patents
非線形光学素子およびその製造方法Info
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- JPH01297631A JPH01297631A JP12891388A JP12891388A JPH01297631A JP H01297631 A JPH01297631 A JP H01297631A JP 12891388 A JP12891388 A JP 12891388A JP 12891388 A JP12891388 A JP 12891388A JP H01297631 A JPH01297631 A JP H01297631A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
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。
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
本発明は、光波長変換用非線形光学素子およびその製造
方法に関するものである。
方法に関するものである。
従来の技術
有機物質の大きな非線形性を利用して、光導波路構造に
よって光波長を変換する素子の開発が行ねれている。従
来の有機材料を用いた非線形光学素子としては、例えば
特開昭６０−２５０３３４号公報に示されている。第３
図はこの従来の非線形光学素子の構成図を示すものであ
り、６は基板、７は傾斜付き薄膜導波路、８はカプラプ
リズム、９は非線形光学結晶である。溶融石英基板（屈
折率１．４５１）、コーニング７０５９ガラス薄膜導波
路（屈折率１．５８）、ＭＮＡ （２−メチル−４−ニ
トロアニリン）非線形光学結晶（屈折率１．８）を用い
て、Ｎｄ： ＹＡＧレーザー光（波長１．０Ｅ３４μｍ
）を基本波として導波路に結合させ、ＭＮＡ非線形光学
結晶とモード結合することによって第二高調ｍ（ＳＨＧ
）を観測している。
よって光波長を変換する素子の開発が行ねれている。従
来の有機材料を用いた非線形光学素子としては、例えば
特開昭６０−２５０３３４号公報に示されている。第３
図はこの従来の非線形光学素子の構成図を示すものであ
り、６は基板、７は傾斜付き薄膜導波路、８はカプラプ
リズム、９は非線形光学結晶である。溶融石英基板（屈
折率１．４５１）、コーニング７０５９ガラス薄膜導波
路（屈折率１．５８）、ＭＮＡ （２−メチル−４−ニ
トロアニリン）非線形光学結晶（屈折率１．８）を用い
て、Ｎｄ： ＹＡＧレーザー光（波長１．０Ｅ３４μｍ
）を基本波として導波路に結合させ、ＭＮＡ非線形光学
結晶とモード結合することによって第二高調ｍ（ＳＨＧ
）を観測している。
しかしながらこの場合ＳＨＧ変換効率は低い。
発明が解決しようとする課題
何機結晶９には、Ｌ ｉ Ｎ ｂ Ｃ）ａ等の無機結晶
と比べて大きな非線形性を持つ化合物が存在し、代表的
なものとしてはＭＮＡ（２−メチル−４−ニトロアニリ
ン）、ＤＡＮ（１−ジメチル−アミノ−２−アセトアミ
ド−４−二トロベンゼン）等がある。これらの大きな非
線形性をもった有機結晶を利用することによって変換効
率の高い非線形光学素子の実現が期待される。
と比べて大きな非線形性を持つ化合物が存在し、代表的
なものとしてはＭＮＡ（２−メチル−４−ニトロアニリ
ン）、ＤＡＮ（１−ジメチル−アミノ−２−アセトアミ
ド−４−二トロベンゼン）等がある。これらの大きな非
線形性をもった有機結晶を利用することによって変換効
率の高い非線形光学素子の実現が期待される。
しかしながら、上記のような構成では、薄膜導波路の屈
折率よりも非線形光学結晶の屈折率の方が大きいのでモ
ード結合効率が小さいと考えられ、第二高調波への変換
効率が低いという問題点を有していた。
折率よりも非線形光学結晶の屈折率の方が大きいのでモ
ード結合効率が小さいと考えられ、第二高調波への変換
効率が低いという問題点を有していた。
本発明は、かかる点に鑑み、大きな非線形光学定数を有
する有機物質を利用した変換効率の高い光波長変換素子
およびその製造方法を提供することを目的とする。
する有機物質を利用した変換効率の高い光波長変換素子
およびその製造方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
本発明における非線形光学素子は、第１の基板上に三次
元光導波路を形成し、それに接して導波路よりも屈折率
の小さな有機非線形光学結晶を構成し、さらに、その有
機結晶にＸ調波波長域において屈折率が等しいか、もし
くは大きな第２の基板を接して設けた構造である。先導
波路の膜厚を制御することによって位相整合をとり、ま
た、有機結晶の大きな非線形性によって変換効率の高い
高調波を発生させることができる。また、この非線形光
学素子を作製するために、第１の基板上に形成された薄
膜を集束イオンビームエツチング加工することによって
三次元光導波路を作製し、集束イオンビームエツチング
加工することによって得られる表面形状が凹型の第２の
基板を作製し、前記三次元光導波路が形成された第１の
基板と第２の基板凹部とが向かい合う形でこれら二枚の
基板を張り合わせ、二枚の基板間に形成される間隙に有
機物質を吸い上げ後溶融法によって結晶化させる。
元光導波路を形成し、それに接して導波路よりも屈折率
の小さな有機非線形光学結晶を構成し、さらに、その有
機結晶にＸ調波波長域において屈折率が等しいか、もし
くは大きな第２の基板を接して設けた構造である。先導
波路の膜厚を制御することによって位相整合をとり、ま
た、有機結晶の大きな非線形性によって変換効率の高い
高調波を発生させることができる。また、この非線形光
学素子を作製するために、第１の基板上に形成された薄
膜を集束イオンビームエツチング加工することによって
三次元光導波路を作製し、集束イオンビームエツチング
加工することによって得られる表面形状が凹型の第２の
基板を作製し、前記三次元光導波路が形成された第１の
基板と第２の基板凹部とが向かい合う形でこれら二枚の
基板を張り合わせ、二枚の基板間に形成される間隙に有
機物質を吸い上げ後溶融法によって結晶化させる。
作用
本発明は、前記した構成により基本波が光導波路に入射
すると先導波路に接する何機結晶薄膜からチェレンコフ
放射によって高調波が発生し、その高調波が何機結晶と
屈折率が等しいか、もしくは大きな基板を通過して外部
に出射される。また、この非線形光学素子を作製する方
法として、集束イオンビームエツチング法を用いること
で簡単な工程で作製することができる。
すると先導波路に接する何機結晶薄膜からチェレンコフ
放射によって高調波が発生し、その高調波が何機結晶と
屈折率が等しいか、もしくは大きな基板を通過して外部
に出射される。また、この非線形光学素子を作製する方
法として、集束イオンビームエツチング法を用いること
で簡単な工程で作製することができる。
実施例
第１図は本発明における非線形光学素子の一実施例の構
成図を示すものである。第１図において、１は５ｉｎ２
基板、２はＴａ２０ｔ；三次元光導波路（屈折率２．２
１）、３は２に接して形成されたＭＮＡ結晶（屈折率は
、波長１．０８４μｍでは１゜８、波長０．５３２μｍ
では２．２）、４は３に接して設けられたＬｉＮｂＯ３
基板（屈折率２．２）である。ＳｉＯ２基板１上に膜厚
０． ３〜１．０μｍのＴａ２０５薄膜をスパッタ法で
形成し、集束イオンビームエツチング加工によって幅が
２μｍのＴａ２０５三次元導波路２とし、次に、ＬｉＮ
ｂＯ３結品基板４の表面に集束イオンビームエツチング
加工によって深さ０．８〜１．５μｍの凹部を形成し、
導波路と凹部が向かい合うようにこれら二枚の基板を張
り合わせることによりえられる間隙に溶融ＭＮＡを毛細
管現象によって吸い上げ固化後、ゾーンメルティング法
によってＭＮＡ結晶３を得た。ＭＮＡ結晶の屈折率は波
長１．０６４μｍの場合１．８であり、これはＴａ２０
５三次元光導波路よりも小さいから、Ｔａ２０６三次元
光導波路２の一端からＮｄ： ＹＡＧレーザ光（波長１
．０６４μｍ）を基本波Ｐ１として結合させることがで
きる。導波光によってＭＮＡ結晶から発生する第二高調
波は、ＬｉＮｂＯ３の屈折率がＭＮＡ結晶の屈折率と波
長０．５３２μｍではそれぞれ２．２と等しいために、
入射光と反対面のＬｉＮｂ０ｚ基板４の面から出射され
る。第二高調波Ｐ２を測定した結果、Ｔａ２０ｇ光導波
路２の長さが１０ｍｍｓその膜厚０．５μｍ１ ＭＮＡ
結晶３の導波路表面からの厚み０．５μｍ、Ｐ１＝１０
Ｗとした時、Ｐ２＝ ５００〜６００ｍＷの第二高調波
出力が得られ、変換効率は５〜６％となる。以上のよう
に本実施例によれば、Ｔ ａ ２０ ｓ三次元光導波路
２とこれに接してＭＮＡ結晶３を形成することにより、
変換効率の高い第二高調波を発生することができる。
成図を示すものである。第１図において、１は５ｉｎ２
基板、２はＴａ２０ｔ；三次元光導波路（屈折率２．２
１）、３は２に接して形成されたＭＮＡ結晶（屈折率は
、波長１．０８４μｍでは１゜８、波長０．５３２μｍ
では２．２）、４は３に接して設けられたＬｉＮｂＯ３
基板（屈折率２．２）である。ＳｉＯ２基板１上に膜厚
０． ３〜１．０μｍのＴａ２０５薄膜をスパッタ法で
形成し、集束イオンビームエツチング加工によって幅が
２μｍのＴａ２０５三次元導波路２とし、次に、ＬｉＮ
ｂＯ３結品基板４の表面に集束イオンビームエツチング
加工によって深さ０．８〜１．５μｍの凹部を形成し、
導波路と凹部が向かい合うようにこれら二枚の基板を張
り合わせることによりえられる間隙に溶融ＭＮＡを毛細
管現象によって吸い上げ固化後、ゾーンメルティング法
によってＭＮＡ結晶３を得た。ＭＮＡ結晶の屈折率は波
長１．０６４μｍの場合１．８であり、これはＴａ２０
５三次元光導波路よりも小さいから、Ｔａ２０６三次元
光導波路２の一端からＮｄ： ＹＡＧレーザ光（波長１
．０６４μｍ）を基本波Ｐ１として結合させることがで
きる。導波光によってＭＮＡ結晶から発生する第二高調
波は、ＬｉＮｂＯ３の屈折率がＭＮＡ結晶の屈折率と波
長０．５３２μｍではそれぞれ２．２と等しいために、
入射光と反対面のＬｉＮｂ０ｚ基板４の面から出射され
る。第二高調波Ｐ２を測定した結果、Ｔａ２０ｇ光導波
路２の長さが１０ｍｍｓその膜厚０．５μｍ１ ＭＮＡ
結晶３の導波路表面からの厚み０．５μｍ、Ｐ１＝１０
Ｗとした時、Ｐ２＝ ５００〜６００ｍＷの第二高調波
出力が得られ、変換効率は５〜６％となる。以上のよう
に本実施例によれば、Ｔ ａ ２０ ｓ三次元光導波路
２とこれに接してＭＮＡ結晶３を形成することにより、
変換効率の高い第二高調波を発生することができる。
第２図は、非線形光学素子の製造方法の一実施例の説明
図である。５ｉＯａ基板１に膜厚０． ３〜１．０μｍ
のＴａ２ｋｓ薄膜５をスパッタ法で形成しく第２図（ａ
））、集束ＧａイオンビームエツチングによってＴａ２
０５薄膜を加速電圧１００ｋＶ１ プローブ電流５０
りＡの条件でエツチングし、ＳｉＯ２基板上に幅２μｍ
のＴａ２０５三次元光導波路２をｆ’ｌした（ｍ２図（
ｂ））。ＬｉＮｂＯ５基板４を集束Ｇａイオンビームエ
ツチングによってＣ３Ｆｌｌガス雰囲気下で加速電圧１
００ｋＶ、プローブ電流５０ｐＡの条件でエツチングし
、ＬｉＮｂｏ３基板表面上に深さ０． ８〜１．５μｍ
の凹部１０を形成した（第２図（ｄ））。Ｔａ２０５三
次元光導波路２とＬｉＮｂＣ）３基板４上の凹部が向か
うように張り合わせ、それらを１３２°Ｃで溶融してい
るＭＮＡ中に浸すことによって間隙にＭＮＡを毛細管現
象により吸い上げた（第２図（ｅ））。
図である。５ｉＯａ基板１に膜厚０． ３〜１．０μｍ
のＴａ２ｋｓ薄膜５をスパッタ法で形成しく第２図（ａ
））、集束ＧａイオンビームエツチングによってＴａ２
０５薄膜を加速電圧１００ｋＶ１ プローブ電流５０
りＡの条件でエツチングし、ＳｉＯ２基板上に幅２μｍ
のＴａ２０５三次元光導波路２をｆ’ｌした（ｍ２図（
ｂ））。ＬｉＮｂＯ５基板４を集束Ｇａイオンビームエ
ツチングによってＣ３Ｆｌｌガス雰囲気下で加速電圧１
００ｋＶ、プローブ電流５０ｐＡの条件でエツチングし
、ＬｉＮｂｏ３基板表面上に深さ０． ８〜１．５μｍ
の凹部１０を形成した（第２図（ｄ））。Ｔａ２０５三
次元光導波路２とＬｉＮｂＣ）３基板４上の凹部が向か
うように張り合わせ、それらを１３２°Ｃで溶融してい
るＭＮＡ中に浸すことによって間隙にＭＮＡを毛細管現
象により吸い上げた（第２図（ｅ））。
ＭＮＡを一旦固化後、ゾーンメルティングすることによ
ってＭＮＡを結晶化させＭＮＡ結晶３を形成した。以上
のように、本実施例によれば、第１図に示した非線形光
学素子を簡単な工程で精度よく作製することができる。
ってＭＮＡを結晶化させＭＮＡ結晶３を形成した。以上
のように、本実施例によれば、第１図に示した非線形光
学素子を簡単な工程で精度よく作製することができる。
なお、第１および第２の実施例において光導波路はＴａ
２０ｇとしたが、光導波路はＮｂ２Ｏ６、Ｓｉ３Ｎ４、
Ｔ ｅ ０２としてもよく、さらに第１および第２の実
施例において非線形有機結晶はＭＮＡとしたが、非線形
有機結晶は屈折率が１．４の非線形光学結晶であるＤ
Ａ Ｎ１ あるいは、屈折率が１゜６の非線形光学結
晶である尿素（ＵＲＥＡ）としてもよい。
２０ｇとしたが、光導波路はＮｂ２Ｏ６、Ｓｉ３Ｎ４、
Ｔ ｅ ０２としてもよく、さらに第１および第２の実
施例において非線形有機結晶はＭＮＡとしたが、非線形
有機結晶は屈折率が１．４の非線形光学結晶であるＤ
Ａ Ｎ１ あるいは、屈折率が１゜６の非線形光学結
晶である尿素（ＵＲＥＡ）としてもよい。
発明の詳細
な説明したように、本発明によれば大きな非線形性を有
する有機結晶から変換効率の高い高調波を得ることがで
き、また、集束イオンビームエツチング法を用いること
でこの非線形光学素子を簡単な工程で作製することがで
きる。さらに、透過波長域がより短波長側にある非線形
有機物質を用いれば、半導体レーザとの組合せによって
波長０．３５〜０．４５μｍのコヒーレント光を高効率
で発振する小型デバイスも可能となり、その実用的効果
は大きい。
する有機結晶から変換効率の高い高調波を得ることがで
き、また、集束イオンビームエツチング法を用いること
でこの非線形光学素子を簡単な工程で作製することがで
きる。さらに、透過波長域がより短波長側にある非線形
有機物質を用いれば、半導体レーザとの組合せによって
波長０．３５〜０．４５μｍのコヒーレント光を高効率
で発振する小型デバイスも可能となり、その実用的効果
は大きい。
第１図は本発明における一実施例の光波長変換用非線形
光学素子の構成斜視図、第２図は光波長変換用非線形光
学素子の製造方法の工程説明図、第３図は非線形有機材
料を用いた従来の光波長変換用非線形光学素子の斜視図
である。 １・・・０８ｉｏ２基板、２” ” ” ’Ｔａ５ｋｓ
三次元光導波路、３・・・、ＭＮＡ結晶、４・・・＠Ｌ
ｉＮｂＯ３基板、５””Ｔａ２０５薄膜代理人の氏名
弁理士 中尾敏男 はか１名１−−５ｉＯ２暮 様 ２−−− ７ａｚＱｓ三次元先鼻液路 汁−閂ＮＡ緒晶 ４−・−ＬｉＮｂｏ３暮 仮 Ｐｌ−・・慕本敗 Ｐ２−・−第二＆調液 第 １１１′ＦＩ ！ ５−−− Ｔｏ２０ｓ 簿Ｒ 第 ２ Ｍ ６−Ｔ＆ 板 ７−・薄環４波路 ８− かブラプリズム ？−１１−、＊形先字粘品 竿３図
光学素子の構成斜視図、第２図は光波長変換用非線形光
学素子の製造方法の工程説明図、第３図は非線形有機材
料を用いた従来の光波長変換用非線形光学素子の斜視図
である。 １・・・０８ｉｏ２基板、２” ” ” ’Ｔａ５ｋｓ
三次元光導波路、３・・・、ＭＮＡ結晶、４・・・＠Ｌ
ｉＮｂＯ３基板、５””Ｔａ２０５薄膜代理人の氏名
弁理士 中尾敏男 はか１名１−−５ｉＯ２暮 様 ２−−− ７ａｚＱｓ三次元先鼻液路 汁−閂ＮＡ緒晶 ４−・−ＬｉＮｂｏ３暮 仮 Ｐｌ−・・慕本敗 Ｐ２−・−第二＆調液 第 １１１′ＦＩ ！ ５−−− Ｔｏ２０ｓ 簿Ｒ 第 ２ Ｍ ６−Ｔ＆ 板 ７−・薄環４波路 ８− かブラプリズム ？−１１−、＊形先字粘品 竿３図
Claims (2)
- （１）三次元光導波路が形成された第１の基板と、凹部
が形成され、前記導波路よりも屈折率が小さな非線形有
機結晶が前記凹部に形成され、屈折率が前記有機結晶と
高調波波長λにおいて等しいかあるいは大きな第２の基
板とを有し、前記光導波路と有機結晶が向かい合うよう
に前記第１および第２の基板が接し、前記光導波路の一
端に基本波を入射し、前記第２の基板から前記高調波（
波長λ）を取り出すことを特徴とする非線形光学素子。 - （２）第１の基板上に形成された薄膜を集束イオンビー
ムエッチング加工することによって作製した三次元光導
波路と、集束イオンビームエッチング加工することによ
って得られる表面形状が凹型の第２の基板を作製し、前
記三次元光導波路が形成された第１の基板と第２の基板
凹部とが向かい合う形でこれら二枚の基板を張り合わせ
、前記二枚の基板間に形成される間隙に有機物質を吸い
上げ後溶融法によって結晶化することを特徴とする非線
形光学素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12891388A JPH01297631A (ja) | 1988-05-26 | 1988-05-26 | 非線形光学素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12891388A JPH01297631A (ja) | 1988-05-26 | 1988-05-26 | 非線形光学素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01297631A true JPH01297631A (ja) | 1989-11-30 |
Family
ID=14996466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12891388A Pending JPH01297631A (ja) | 1988-05-26 | 1988-05-26 | 非線形光学素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01297631A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008250352A (ja) * | 2002-05-31 | 2008-10-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光学素子およびその製造方法 |
-
1988
- 1988-05-26 JP JP12891388A patent/JPH01297631A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008250352A (ja) * | 2002-05-31 | 2008-10-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光学素子およびその製造方法 |
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