JPH021831A - 導波路型波長変換素子 - Google Patents
導波路型波長変換素子Info
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- JPH021831A JPH021831A JP63143034A JP14303488A JPH021831A JP H021831 A JPH021831 A JP H021831A JP 63143034 A JP63143034 A JP 63143034A JP 14303488 A JP14303488 A JP 14303488A JP H021831 A JPH021831 A JP H021831A
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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
-
- G—PHYSICS
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- G02F1/374—Cherenkov radiation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- 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、入射光を第2高調波に変換する導波路型波長
変換素子に関するものである。
変換素子に関するものである。
〔従来の技術・発明が解決しようとする課題〕第2高調
波発生(SHG)現象は、非線形感受率の大きな媒質中
に単色でバラ−密度の大きな光を入射すると、入射した
光の周波数の2倍の周波数をもつ光が生ずる現象で、簡
単に光の波長を短波長側へ変換させる手法として有用で
ある。このSHG現象はすてにLiNbO3やKDP等
の無機結晶において確認されており、高出力レーザ用波
長変換器として実用化されている。
波発生(SHG)現象は、非線形感受率の大きな媒質中
に単色でバラ−密度の大きな光を入射すると、入射した
光の周波数の2倍の周波数をもつ光が生ずる現象で、簡
単に光の波長を短波長側へ変換させる手法として有用で
ある。このSHG現象はすてにLiNbO3やKDP等
の無機結晶において確認されており、高出力レーザ用波
長変換器として実用化されている。
有機非線形光学材料は、KDPのような無機結晶に比べ
て10〜102倍も大きな2次の非線形光学定数を示す
ものが多く、そのような有機材料を用いた光波長変換素
子の検討がなされている。
て10〜102倍も大きな2次の非線形光学定数を示す
ものが多く、そのような有機材料を用いた光波長変換素
子の検討がなされている。
高調波の発生効率を高めるためには、入力光を高密度に
閉じ込めることと同時に入力光波と発生する高調波との
間の位相整合を図る必要がある。
閉じ込めることと同時に入力光波と発生する高調波との
間の位相整合を図る必要がある。
この2つの要求を同時に満足させるためには導波路構造
にすることが望ましく、導波路のコア層に有機非線形結
晶を用い、コア層を導波する基本波モードの伝搬定数と
発生した第2高調波モードの伝搬定数を一致させる、い
わゆる導波モード整合により位相整合を達成するタイプ
の導波路型波長変換素子か検討されている。この波長変
換素子では導波モード整合を行なわせるために有機非線
形材料からなるコア層の寸法を非常に精密に(10−2
μmオーダで)制御することが不可欠であり、従来はこ
の寸法精度が達成できずに十分な第2高調波発生効率が
得られないという問題があった。
にすることが望ましく、導波路のコア層に有機非線形結
晶を用い、コア層を導波する基本波モードの伝搬定数と
発生した第2高調波モードの伝搬定数を一致させる、い
わゆる導波モード整合により位相整合を達成するタイプ
の導波路型波長変換素子か検討されている。この波長変
換素子では導波モード整合を行なわせるために有機非線
形材料からなるコア層の寸法を非常に精密に(10−2
μmオーダで)制御することが不可欠であり、従来はこ
の寸法精度が達成できずに十分な第2高調波発生効率が
得られないという問題があった。
本発明は、導波路型波長変換素子における首記の問題点
を解決するためになされたものであり、その目的は大き
な第2高凋波発生効率を示す導波路型波長変換素子を提
供することにある。
を解決するためになされたものであり、その目的は大き
な第2高凋波発生効率を示す導波路型波長変換素子を提
供することにある。
本発明者らは、チェレンコフ放射による高調波発生の位
相整合条件がモード整合条件よりも寸法精度の而で緩や
かであることに着目し、本発明に至った。すなわち、本
発明では、シリコン基板」ニに作製した光導波路のコア
層もしくはクラッド層の1部に、大きな2次の非線形定
数を示す有機結晶もしくは非線形性の大きなユニットあ
るいは分子を側鎖として導入あるいはドープした有機高
分子を用いて導波路構造を形成し、チェレンコフ放射に
より第2高調波発生を行なわせろことを最も主要な特徴
とし、従来の波長変換素子に比べて、大きな第2高調波
発生効率が得られる点が異なっている。
相整合条件がモード整合条件よりも寸法精度の而で緩や
かであることに着目し、本発明に至った。すなわち、本
発明では、シリコン基板」ニに作製した光導波路のコア
層もしくはクラッド層の1部に、大きな2次の非線形定
数を示す有機結晶もしくは非線形性の大きなユニットあ
るいは分子を側鎖として導入あるいはドープした有機高
分子を用いて導波路構造を形成し、チェレンコフ放射に
より第2高調波発生を行なわせろことを最も主要な特徴
とし、従来の波長変換素子に比べて、大きな第2高調波
発生効率が得られる点が異なっている。
以下、さらに詳しく本発明を説明する。
チェレンコフ放射が起こるためには、コア内を導波する
光波の等価屈折率’Qeffとクラッド層の基本波長お
よび第2高調波長における屈折率m”TVmWとの間に
次の関係が成立ずろことが必要である。
光波の等価屈折率’Qeffとクラッド層の基本波長お
よび第2高調波長における屈折率m”TVmWとの間に
次の関係が成立ずろことが必要である。
’11”< Tle[< ’l’l”
(+ )等価屈折率’rVef「はコア層および
クラッド層の基本波長での屈折率と寸法(厚さ)で一義
的に決まるため、チェレンコフ放射による第2高調波発
生に必要なコア層らくしはクラッド層寸法は式(1)を
満たす範囲内にあればよく、従来のモード整合法とは対
照的に大幅な自由度が与えられている。
(+ )等価屈折率’rVef「はコア層および
クラッド層の基本波長での屈折率と寸法(厚さ)で一義
的に決まるため、チェレンコフ放射による第2高調波発
生に必要なコア層らくしはクラッド層寸法は式(1)を
満たす範囲内にあればよく、従来のモード整合法とは対
照的に大幅な自由度が与えられている。
本発明の基本的な導波路構造は第1図(a)と(b)の
2種である。第1図で1はシリコン基板、2は石英系ク
ラッド層、3は高屈折率材料からなるコア層、4は大き
な2次の非線形定数を示す有機結晶もしくは大きな非線
形定数を示すユニットあるいは分子を側鎖としてブラン
チもしくはドープした有機高分子である。第1図(a)
では光を導波するコア層3が一辺を残して石英系クラッ
ド層2に埋設されており、この上にクラッド層の一部と
して石英系クラッド層に埋設されていないコア層の一辺
に接するように、有機非線形材料4が積載した構造をと
っている。(b)ではシリコン基tli<1上の石英系
クラッド層2にコア層として有機非線形材料4を埋設し
た光導波路構造をとっている。
2種である。第1図で1はシリコン基板、2は石英系ク
ラッド層、3は高屈折率材料からなるコア層、4は大き
な2次の非線形定数を示す有機結晶もしくは大きな非線
形定数を示すユニットあるいは分子を側鎖としてブラン
チもしくはドープした有機高分子である。第1図(a)
では光を導波するコア層3が一辺を残して石英系クラッ
ド層2に埋設されており、この上にクラッド層の一部と
して石英系クラッド層に埋設されていないコア層の一辺
に接するように、有機非線形材料4が積載した構造をと
っている。(b)ではシリコン基tli<1上の石英系
クラッド層2にコア層として有機非線形材料4を埋設し
た光導波路構造をとっている。
第1図(a)のコア層に用いる高屈折率材料としては特
に限定しないが、コーニング7059硝子や5F−10
のような重フリントガラス等を挙げることができる。本
発明で用いる有機非線形材料は大別するとI X I
O−”esu以上の大きな分子感受率βを示し、反転対
称性のない有機単結晶と、l X 10−”esu以上
の大きな分子感受率βを示すユニットを側鎖としてブラ
ンチもしくはドープした有機高分子の2種である。前者
の有機単結晶としては特に限定しないが、M N A
(2−メチル4−ニトロアニリン)、mN A (メ
タニトロアニリン)、POM(3−メチル−4−ニトロ
ピリジン1−オキサイド)、N P P (N −(
4−ニトロフェニル)−L−プロリノール)、M A
P (メチル−(2゜4−ジニトロフェニル)−アミノ
プロパノエート)、D A N (2(N 、N−ツメ
チルアミノ)−5−ニトロアセトアニリド)、N P
A N (N −(4−ニトロフェニル)−N−メチ
ルアミノアセトニトリル)、MNT(4−メトキシ−4
°−ニトロトラン)、AMNT(4−メトキシ−2−ア
セチルアミノ−4ニトロトラン)、AANP (2−
アダマンタンアミノ−5−ニトロピリジン)等を挙げる
ことができる。後者の有機高分子としては特に限定しな
いがPMMA、ポリスチレン(P S t)、ポリカー
ボネート(PC)のような代表的な透明ポリマーに4−
[N−エヂルーN−(2−ヒドロキシエチル)]]アミ
ノー4゛−ニトロアゾベンゼやD A N S (4−
(ツメチルアミノ)−4°−ニトロスチルベン)等のl
X 10−”esu以上の高いβを示す有機非線形分
子をドープした系や、特願昭61−[71061号、特
願昭62−37288号明細書に記述されているような
有機非線形ユニットを側鎖に含有する液晶高分子を例示
することができる。これらの有機高分子を用いる場合に
は反転対称性をなくすために電場によるポーリング処理
が必要である。
に限定しないが、コーニング7059硝子や5F−10
のような重フリントガラス等を挙げることができる。本
発明で用いる有機非線形材料は大別するとI X I
O−”esu以上の大きな分子感受率βを示し、反転対
称性のない有機単結晶と、l X 10−”esu以上
の大きな分子感受率βを示すユニットを側鎖としてブラ
ンチもしくはドープした有機高分子の2種である。前者
の有機単結晶としては特に限定しないが、M N A
(2−メチル4−ニトロアニリン)、mN A (メ
タニトロアニリン)、POM(3−メチル−4−ニトロ
ピリジン1−オキサイド)、N P P (N −(
4−ニトロフェニル)−L−プロリノール)、M A
P (メチル−(2゜4−ジニトロフェニル)−アミノ
プロパノエート)、D A N (2(N 、N−ツメ
チルアミノ)−5−ニトロアセトアニリド)、N P
A N (N −(4−ニトロフェニル)−N−メチ
ルアミノアセトニトリル)、MNT(4−メトキシ−4
°−ニトロトラン)、AMNT(4−メトキシ−2−ア
セチルアミノ−4ニトロトラン)、AANP (2−
アダマンタンアミノ−5−ニトロピリジン)等を挙げる
ことができる。後者の有機高分子としては特に限定しな
いがPMMA、ポリスチレン(P S t)、ポリカー
ボネート(PC)のような代表的な透明ポリマーに4−
[N−エヂルーN−(2−ヒドロキシエチル)]]アミ
ノー4゛−ニトロアゾベンゼやD A N S (4−
(ツメチルアミノ)−4°−ニトロスチルベン)等のl
X 10−”esu以上の高いβを示す有機非線形分
子をドープした系や、特願昭61−[71061号、特
願昭62−37288号明細書に記述されているような
有機非線形ユニットを側鎖に含有する液晶高分子を例示
することができる。これらの有機高分子を用いる場合に
は反転対称性をなくすために電場によるポーリング処理
が必要である。
このためには、第2図(a) 、 (b)に示すように
第1図(a) 、 (b)の基本構造に電極5を付加し
た構造も本発明に含まれるが、波長変換素子としての基
本動作は第1図(a) 、 (b)、第2図(a) 、
(b)で差異はない。
第1図(a) 、 (b)の基本構造に電極5を付加し
た構造も本発明に含まれるが、波長変換素子としての基
本動作は第1図(a) 、 (b)、第2図(a) 、
(b)で差異はない。
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれ
によりなんら限定されるものでない。
によりなんら限定されるものでない。
実施例1
シリコン基板を熱酸化して形成した5iOzクラッド層
の上に反応性エツチングにより幅3μmの、深さ2μm
の溝を作り、RFスパッタリングによりL F 4ガラ
スをこの溝に堆積させてコア層を形成した。こうして形
成した光導波路の上に厚さ3μmのMNT単結晶をC軸
がコア層の幅方向に一致するように載せてクラッド層と
した。この導波路型素子のコア層にプリズム結合により
1.06μmのTE波を入力するとM N T結晶側か
ら約5°のチェレンコフ角で第2高調波かI測された。
の上に反応性エツチングにより幅3μmの、深さ2μm
の溝を作り、RFスパッタリングによりL F 4ガラ
スをこの溝に堆積させてコア層を形成した。こうして形
成した光導波路の上に厚さ3μmのMNT単結晶をC軸
がコア層の幅方向に一致するように載せてクラッド層と
した。この導波路型素子のコア層にプリズム結合により
1.06μmのTE波を入力するとM N T結晶側か
ら約5°のチェレンコフ角で第2高調波かI測された。
第2高調波の発生効率を見積もると約15%であった。
実施例2
シリコン基板を熱酸化して形成した5iOzクラッド層
の上に、コア層用材料として下記の構造以 下 余
白 CN3 (CI+−CHテ。、、・・・・・・−・・−(CHt
C+o、5C=0 C=0 R Rt の側鎖型液晶高分子をスピンコード法で塗布した後成形
した幅2μm1高さ1μmのコア層を形成した。このコ
ア層から約10μm離れて左右に電極を取り付けた後、
コア層・電極の上にSin、クラッド層を形成した。こ
の後、電極間に数MV/amの直流電圧を印荷してポー
リング処理を施し、導波路型素子を作製した。この素子
のコア層に1.06μmのTEAを入射すると石英クラ
ッド側から約5°のチェレンコフ角で第2高調波が観測
された。第2高調波の効率を見積しろと約10%であっ
た。
の上に、コア層用材料として下記の構造以 下 余
白 CN3 (CI+−CHテ。、、・・・・・・−・・−(CHt
C+o、5C=0 C=0 R Rt の側鎖型液晶高分子をスピンコード法で塗布した後成形
した幅2μm1高さ1μmのコア層を形成した。このコ
ア層から約10μm離れて左右に電極を取り付けた後、
コア層・電極の上にSin、クラッド層を形成した。こ
の後、電極間に数MV/amの直流電圧を印荷してポー
リング処理を施し、導波路型素子を作製した。この素子
のコア層に1.06μmのTEAを入射すると石英クラ
ッド側から約5°のチェレンコフ角で第2高調波が観測
された。第2高調波の効率を見積しろと約10%であっ
た。
以上説明したように、本発明によれば、位相整合条件の
緩やかなチェレンコフ放射を利゛用し、しかも大きな非
線形光学定数を示す誘起非線形材料を用いているために
、第2高調波発生効率の高い導波路型波長変換素子を提
供することができる。
緩やかなチェレンコフ放射を利゛用し、しかも大きな非
線形光学定数を示す誘起非線形材料を用いているために
、第2高調波発生効率の高い導波路型波長変換素子を提
供することができる。
また、特にコア層もしくはクラッド層の近傍に電極を配
置すれば、電場によって有機高分子の反転対称性をなく
すことができる。
置すれば、電場によって有機高分子の反転対称性をなく
すことができる。
第1図(a)、(b)および第2図(a) 、 (b)
はいずれも本発明による波長変換素子の断面図である。 l・・・・・・シリコン基板、2・・・・・石英系クラ
ッド層、3 ・・・コア層、4・・・・・有機非線形材
料、5・・・・・電極。
はいずれも本発明による波長変換素子の断面図である。 l・・・・・・シリコン基板、2・・・・・石英系クラ
ッド層、3 ・・・コア層、4・・・・・有機非線形材
料、5・・・・・電極。
Claims (3)
- (1)シリコン基板上の石英系クラッド層にコア層が一
辺を残して埋設されたシリコン基板上の光導波路の上部
に、クラッド層の一部として石英系クラッド層に埋設さ
れていないコア層の一辺に接するように、2次の分子感
受率βが1×10^−^3^0esuより大きく反転対
称性を示さない有機単結晶もしくは2次の分子感受率β
が1×10^−^3^0esuより大きなユニットを側
鎖に有するか、もしくはドープしてなる有機高分子を積
載した構造をとり、最上部の該有機単結晶らしくは高分
子層の基本波長および第2高調波長での屈折率をη^w
、η^2^wとするとき、該有機単結晶もしくは高分子
層の厚みが、これを用いて算出されたコア層を導波する
光波の等価届折率ηeffが η_o^w<ηeff<η^2^w のチェレンコフ放射条件を満たすように作られているこ
とを特徴とする導波路型波長変換素子。 - (2)シリコン基板上の石英系クラッド層に、コア層と
して2次の分子感受率βが1×10^−^3^0esu
より大きく反転対称性を示さない有機単結晶もしくは2
次の分子感受率βが1×10^−^3^0esuより大
きなユニットを側鎖に有するか、もしくはドープしてな
る有機高分子が埋設されたシリコン基板上の光導波路構
造をとり、石英系クラッド層の基本波長および第2高調
波長での屈折率をη_o^w、η_o^2^wとすると
き、該有機単結晶もしくは高分子からなるコア層の厚み
が、これを用いて算出されたコア層を導波する光波の等
価屈折率ηeffが η_o^w<ηeff<η_o^2^w のチェレンコフ放射条件を満たすように作られているこ
とを特徴とする導波路型波長変換素子。 - (3)該光導波路のコア層もしくはクラッド層の近傍に
電極を配したことを特徴とする請求項1または2記載の
導波路型波長変換素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63143034A JPH021831A (ja) | 1988-06-10 | 1988-06-10 | 導波路型波長変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63143034A JPH021831A (ja) | 1988-06-10 | 1988-06-10 | 導波路型波長変換素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH021831A true JPH021831A (ja) | 1990-01-08 |
Family
ID=15329372
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63143034A Pending JPH021831A (ja) | 1988-06-10 | 1988-06-10 | 導波路型波長変換素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH021831A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000005788A1 (en) * | 1998-07-23 | 2000-02-03 | Molecular Optoelectronics Corporation | Optical waveguide with dissimilar core and cladding materials, and light emitting device employing the same |
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CN102010121A (zh) * | 2010-11-05 | 2011-04-13 | 北京交通大学 | 用外曝光法改变折射率分布的石英棒结构 |
-
1988
- 1988-06-10 JP JP63143034A patent/JPH021831A/ja active Pending
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