JPH025032A - 波長変換素子およびその製造方法 - 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】 （発明の産業上利用分野） 本発明は波長変換素子およびその製造方法に関する。

（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
されるような波長変換に応用でき、高変換効率を有する
材料か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（ＫＨ２ＰＯ４）、二オフ酸リチウム（ＬｉＮｂ
Ｏ３）など）に比べ著しく高い変換効率と著しく速い応
答速度を示す可能性のある有機材料が見いたされてきて
いる。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
効果の大きさを評価する量としてミラ一定数なるものか
定義されており（ＲＣ，Ｍｉｌｌｅｒ、Ａｐｐｌｉｅｃ
ｌ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、　５巻、１７頁
、１９６４年）、ＭＮＡのミラ一定数は、二オフ酸すヂ
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の変換効率は二オフ酸リチウ
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、中面監修、有
機非線形光学材料、シーエムシー、１９８５年）合成さ
れている。ところか、有機祠料では実用に供しうるよう
な大きさの結晶か得られにくく、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
うという試みか行なわれている。これらは高分子材料中
に２次光非線形祠料を溶解したもの、又は２次光非線形
利利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
非線形性の発現はない。しなかって、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か必要である。

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，Ｍｃｒｅｄｉｔｈら、Ｍａｃｒｏｍｏｌｃｃｕｌｅ
ｓ　１９８２年、１５巻、１３８５頁）やポリメチルメ
タクリレ−１〜にアソ色索を１−一プしたもの（Ｋ、Ｉ
）、Ｓｉｎｇｅｒら、Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ　ｏｐｔｉｃ
ａｌ　５ｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ａｍｅｒｉｃａ、　Ｂ　
４巻、９６８頁）がある。

高効率波長変換のためには、入射光と出射光の間に位相
整合かなされていなけれはならない。前記の高分子材料
はその光軸方向（光非線形分子の配向方向）で最も大き
なＸ”　（２次光非線形定数〉を示すか、この方向ては
結晶材料で良く行なわれる屈折率位相整合を行なうこと
はてきない。このため、前記高分子材料において実際に
位相整合を試みたものは見当たらない。

一方、ガラス材料より成る導波路中に周期的なＸ（２１
を構成し、その周期をコヒーシン１〜長にすれば、出射
光の位相整合が可能となることが示されている（Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、　２３巻、３２２
頁、］−９９８７年。

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か溶解した、も
しくは結合した高分子を分極処理した材料において、そ
の先軸方向では位相整合ができ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ＳＨＧ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なめ、本発明による波長変換素子
は、大きな２次光非線形感受率を有する物質か溶解して
いる、もしくは結合している高分子材料に一定の距離間
隔て周期的に２次光非線形定数を設けたことを特徴とし
ている。

また本発明による波長変換素子の製造方法によれは、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を周期的に一定距離間
隔て分極処理したことを特徴としている。

本発明をさらに詳細に説明する。

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
解させた祠料、もしくは２次光非線形材料か高分子主鎖
に結合している材料を用いて光導波路を構成し、この導
波路中に周期的なガゝを形成する。

この２次光非線形定数ｆゝを制御するには、光非線形成
分の一次配向度を制御することにより行なうことかでき
る。

この−次配向度は、電圧印加により分極処理し制御する
ことかできる。即ち、周期的な２次先非線形定数ｆゝを
導波路方向に発生させるには、分極処理電圧を導波路に
沿って周期的に変化させることにより行なうことができ
る。この周期を材料のコヒーレント長に一致させれば導
波路の中を進行する２次高調波を位相整合させることが
可能となる。ただし、コヒーレント長（Ｉｃ　）は次式
により定義される。

Ｉｃ−λＯ／２（１１２ω−ｎω） ここでλＯは入射基本波の波長、ｍω、ｎωはそれぞれ
２次高調波および基本波の屈折率を表す。

この結果、入射光線は高効率で変換され、高出力の出射
光線が得られることになる。

（実施例１） 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。入射光を
１．０６４μｍとするとｍω、ｎωはそれぞれ１．４９
３８．１．４８２０となった。

したかって、コヒーレント長は４５．１μｍとなる。こ
の高分子材料１を第１図（ａ）、（ｂ）に示したような
４５．１μｍ間隔の電極パターン２を描いたカラス基板
３の上にコートし、光導波路型に構成した。分極処理は
印加電圧を０．’５ＭＶ／ｃｍ、試料温度を１００°Ｃ
とし、１０時間行なった。

印加電圧を収り除き、ここにＮｄＹＡＧレーザー光（波
長１．０６４μｍ、ピークパワー−１０ｋｗ）の光を入
射したところ１５％の効率で０．５３２μｍの２次高調
波が得られた。

（実施例２） 次に示すような化合物（式１）を合成した。

入射光を１．０６４μｍとするとｍω、ｎωはそれぞれ
１．６９１８．１．６７８４となり、コヒーレント長は
３９．７μｍとなる。この材料２２を第２図に示したよ
うにポリメチルメタクリレート２３をクラッド層とし、
これを３９７μｍの間隔で電極２１を設置したカラス基
板２４間に挟み電圧（０、４ＭＶ／ｃｍ）を試料温度１
１０℃において２４時間印加した。印加電圧を除きここ
にＮｄＹＡＧレーザー光（波長１．０６４μｍ）の光を
入射したところ１７％の効率で０．５３２μｍの２次高
調波が得られた。

（以下余白） 式（１） （発明の効果） 以上説明したように、高分子材料において高効率ＳＨＧ
を発生ずることが可能なため、成形加二［か可能な波長
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１を説明する図てあり、（ａ）は断面図
、（ｂ）は正面図、第２図は実施例２を説明する図であ
り、（、）は断面図、（ｂ）は正面図を示す。 １　・　実施例１に示した高分子材料、２電極、３　・
・カラス基板、２］　　・電極、２２・・・実施例２に
示した高分子材料、２３・ポリメチルメタクリレ−１〜
、２４・・　カラス基板。

Claims (4)

【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に一定の距離
   間隔で周期的に２次光非線形定数を設けたことを特徴と
   する波長変換素子。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の波長変換素子におい
   て、距離間隔Ｉ＿ｃで２次光非線形定数を設けたことを
   特徴とする波長変換素子。ただし、Ｉ＿ｃはＩ＿ｃ＝ｋ
   λ＿ω／２（ｎ＿２＿ω−ｎ＿ω）であり、式中、ｋは
   正の整数、λ＿ωは該素子に入射する光の波長、ｎ＿２
   ＿ω、ｎ＿ωは波長を半分に変換された出射光および入
   射光に対する該素子の有効屈折率をそれぞれ表す。
3. （３）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を周期的に一
   定距離間隔で分極処理したことを特徴とする波長変換素
   子の製造方法。
4. （４）特許請求の範囲第３項記載の波長変換素子の製造
   方法において、距離間隔Ｉ＿ｃで周期的に分極処理した
   ことを特徴とする波長変換素子の製造方法。 ただし、Ｉ＿ｃは Ｉ＿ｃ＝ｋλ＿ω／２（ｎ＿２＿ω−ｎ＿ω）であり、
   式中、ｋは正の整数、λ＿ωは該素子に入射する光の波
   長、ｎ＿２＿ω、ｎ＿ωは波長を半分に変換された出射
   光および入射光に対する該素子の有効屈折率をそれぞれ
   表す。