JPH02114244A - 導波路型波長変換素子 - 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】 （発明の属する技術分野） 本発明は光波長変換用素子に関する。

（従来技術および問題点） ２次の光非線形効果は２次高調波（ＳＨＧ）発生に代表
されるような和周波や差周波発生による波長変換に応用
でき、高変換効率を有する材料が強く求められている状
況にある。

近年、従来より広く用いられる無機材系（燐酸２水素カ
リウム（ＫＨＰＯ＞、ニオブ酸すチウム（ＬｉＮｂＯ）
等）に比べ、著しく高い変換動率と著しく速い応答速度
を示す可能性のある有機材料が見いだされてきている０
代表的な材料として２−メチル−４−ニトロアニリン（
ＭＮＡ）が最も良く知られている。２次光非線形効果の
太きさを評価する量としてミラ一定数なるものが定義さ
れており（Ｒ，Ｃ，Ｍｉｌｌｅｒ、　Ａｐｐｌｉｅｄ　
Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、　５巻、１７頁、１
９６４年）、ＭＮＡのミラ一定数は、ニオブ酸リチウム
の２０倍とされている。変換効率はミラ一定数の自乗に
比例するため、ＭＮＡの変換効率はニオブ酸リチウムの
４００倍にもなり得る。さらに、ＭＮＡ以上のミラ一定
数を有する有機化合物も数多く（加藤、中西監修、有機
非線形光学材料、シーエムシー、１９８５年）合成され
ている。ところが、有機材料では実用に供しうるような
大きさの結晶が得られにくく、また有機結晶は脆く、加
工性に劣るという欠点を有している。

これに対し、成形加工性に優れた高分子材料を活用しよ
うという試みが行なわれている。これらは高分子材料中
に２次光非線形材料を溶解したもの、又は２次光非線形
材料を直接又はスペーサ原子団を介して高分子主鎖に結
合したものである。

これら高分子材料は、中心対称構造を有するため２次光
非線形の発現はない。従って、直流電場中で分極処理を
行ない、中心対称性を解消することが必要である。良く
知られた例としては液晶高分子中にスチルベン系色素を
ドープしたもの（Ｇ、Ｒ。

Ｍｅｒｅｄｉｔｈら、ＭａＣｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ、
　１５巻、１３８５頁、１９８２年）やポリメチルメタ
クリレートにアゾ色素をドープしたもの（Ｋ、Ｄ、Ｓｉ
　ｎｇｅｒら、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＯｐｔｉｃａｌ　
５ｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ａｍｅｒｉｃａ、　Ｂ　４巻、
９６８頁、１９８７年）がある６ 高効率波長変換のためには入射光と出射光の間に位相整
合がなされていなければならない、前記の高分子材料は
その先軸方向（光非線形分子の配向方向）で最も大きな
Ｘ（２２を示すが、この方向では結晶材料でよく行なわ
れる角度位相整合を行なうことはできない、この欠点を
克服するには、該高分子材料を薄膜として導波路構造を
形成し、基本波と第二高調波（ＳＨ波）の間でモード整
合をとればよい、しかしながら、この方法では１０−３
μｍオーダの極めて厳密な膜厚制御性が要求されるため
、導波路作製が極めて難しいという欠点があった。この
ため、前記高分子材料において実際に導波路構造で位相
整合に成功し、高効率なＳＨ波発生が見られた例は現在
までに見当たらない。

（発明の目的） 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものでその目的は
、大きな光非線形感受率を有する化合物が溶解した、も
しくは結合した高分子を分極処理した材料において、導
波路構造で位相整合がとれなかった点を解決し、成形加
工性に優れ、かつ大きな変換効率を有する導波路型ＳＨ
Ｇ発生素子を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するため、本発明による導波路型波長
変換素子は、大きな２次光非線形感受率を有する物質が
溶解している、もしくは結合している高分子材料で作製
した導波路中に、ある角度２θで基本波が交差するよう
に導波路レンズを設置し、導波路中での基本波と第二高
調波（ＳＨ波）の等価屈折率ｎ（ω＞、ｎ（２ω）のベ
クトル成分の大きさを一致させて、そのベクトル方向に
位相整合を可能とすることを特徴としている。つまり、
次式の関係が成立する方向（二つの基本波の対称軸方向
）にＳＨ波の発生が見られる。

ｎ　（２ω）＝ｎ　（ω）ｃｏｓθ 本発明の導波路構造では、光の伝搬距離を長く取ること
が可能なため、材料の２次光非線形効果が小さくとも全
体として大きな効率が得られるという利点がある。また
、位相整合が基本波の伝搬方向（角度）に依存し、膜厚
にほとんど依存しないため導波路作製が容易であるとい
う利点がある。

さらに、集光時の基本波の広がり角が上式を満たす角度
ｅ（通常は数１０度以内）の２倍角以上の大きさであれ
ば、必ず位相整合が起こり、ＳＨ波の発生が見られるの
で集光に用いる導波路レンズの設計に大きな自由度が許
されるという利点もある。

本発明においては高分子材料中に２次光非線形材料を溶
解させた材料、もしくは２次光非線形材料が高分子主鎖
に結合している材料を用いて光導波路を構成し、この導
波路の一部もしくは導波路上もしくは端面に形成された
レンズにより導波路中を伝搬する基本波を集光差せて発
生するＳＨ波との位相整合を可能とし、大きな変換効率
を得ようというものである。基本波の集光を導波路中で
行なうためには二次元導波路の一部を凹形にしたジオデ
シックレンズ、導波路の上に高屈折率部を装荷したルネ
ブルグレンズ、高屈折率のパッドを特殊な形に装荷した
フレネルレンズ、あるいは端面に反射型のチャープグレ
ーテングをつけたレンズなど光導波路レンズとして提案
・試作されているものはいずれも本発明で用いることが
できる。

ＳＨ波の発生効率を向上させるには、導波路中もしくは
導波路の上下に電極を設置して高分子材料に分極処理を
施し、大きなＸ３２′を発生させることが必要である。

この結果、入射光は高効率で変換され、高出力のＳＨ波
が得られることになる９（実施例１） ガラス基板１上に２次非線形感受率を有する物質を溶解
もしくは結合している高分子材料２を、第１図に示すよ
うに一部凹部（集光用ジオデシックスレンズ）３を形成
すると共に、分極処理電極４を設けた。

高分子材料２として、ポリメチルメタクリレートに４−
Ｎ、Ｎジメチルアミノ−４−ニトロスチルベンを２．０
％溶解したものを使用し、第１図に示したような一部を
凹形３に成形し、４０μｍ間隔の電極パターンを描いた
ガラス基板１の上に厚さ５μｍにコートし、光導波路を
構成した。分極処理は印加電圧を０．５ＭＶ／ｃｍ、試
料温度を１００℃とし、１０時間行なった。印加電圧を
収り除き、ここに波長１．０６４μｍのレーザ光（基本
波）５を入射したところ１０％の効率で０．５３２μｍ
の２次高調波６が得られた。

（実施例２） 次に示すような化合物（式１）を合成した。これを第１
図に示したような一部を凹形に成形し、４０μｍ間隔の
電極パターンを描いたガラス基板１上に厚さ１μｍにコ
ートし、光導波路を構成した。分極処理は印加電圧を０
．４ＭＶ／ｃｍ、試料温度１１０°Ｃとし、２４時間行
なった。印加電圧を取り除き、ここに波長１．０６４μ
ｍのレーザ光５を入射したところ１５％の効率で０．５
３２μｍの２次高調波６が得られた。

Ｃ：０ （発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば高分子材料におい
て高効率ＳＨＧを発生することが可能なため、成形加工
が可能な波長変換素子として使用できるという利点を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例を説明する図である。 ■・・・ガラス基板、２・・・２次非線形感受率を有す
る物質が溶解もしくは結合している高分子材料、３・・
・集光用ジオデシックレンズ、４・・・分極処理用電極
、５・・・基本波、６・・・第２高調波。 Ｏ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）大きな２次光非線形感受率を有する物質が溶解し
   ている、もしくは結合している高分子材料からなる導波
   路の一部もしくは導波路上もしくは端面に導波路中を伝
   搬する光を集光することが可能なレンズを装荷すること
   を特徴とする導波路型波長変換素子。
2. （２）一定の距離間隔で配置された該高分子材料の分極
   処理のための電極を有することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の導波路型波長変換素子。