JPH0279033A - 光波長変換素子の作成方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、基本波を第２高調波や和周波、差周波等に変
換する光波長変換素子、特に詳細には有機非線形光学材
料を用いた光波長変換素子を作成する方法に関するもの
である。

（従来の技術） 従来より、非線形光学材料を利用して、レーザー光を第
２高調波等に波長変換（短波長化）する試みが種々なさ
れている。このようにして波長変換を行なう光波長変換
素子として具体的には、例えば「光エレクトロニクスの
基礎ＪＡ、ＹＡＲＩ■著、多田邦雄、神谷武志訳（丸善
株式会社）のｐ２００〜２０４に示されるようなバルク
結晶型のものがよく知られている。ところがこの光波長
変換素子は、位相整合条件を満たすために結晶の複屈折
を利用するので、非線形性が大きくても複屈折性が無い
材料あるいは小さい材料は利用できない、という問題が
あった。

上記のような問題を解決できる光波長変換素子として、
いわゆるファイバー型のものが提案されている。この光
波長変換素子は、クラッド内に非線形光学材料からなる
コアが充てんされた光ファイバーであり、応用物理学会
懇話会微小光学研究グループ機関誌ＶＯＬ、３．Ｎ（１
２，ｐ２８〜３２にはその一例が示されている。このフ
ァイバー型の光波長変換素子は、基本波と第２高調波と
の間の位相整合をとることも容易であるので、最近では
このファイバー型光波長変換素子についての研究が盛ん
になされている。また、例えば特開昭６３−１５２３３
号、同６３−１５２３４号公報に示されるように、クラ
ッド層となる２枚の基板の間に非線形光学材料からなる
先導波路を形成した光導波路型の光波長変換素子も知ら
れている。この先導波路型の光波長変換素子も、上述の
ような特長を有している。

ところで、近時、これらファイバー型、先導波路型の光
波長変換素子において、非線形光学材料として単結晶の
有機非線形光学材料を用いる提案が種々なされている。

この有機非線形光学材料は、無機材料に比べて非線形光
学定数が極めて大きいので、この有機非線形光学材料を
用いれば高い波長変換効率を得ることが可能となるので
ある。この有機非線形光学材料としては、例えば特開昭
６０−２５０３３４号公報、“Ｎｏｎ１ｌｎｅｒ　０ｐ
ｔｉｃａｌＰ　ｒｏｐｅｒｔｌｅｓ　ｏｆ’　　Ｏｒｇ
ａｎｌｃ　ａｎｄ　　Ｐ　ｏｌｙｍｅｒｉｃＭａＬｅｒ
ｌａｌｓ’ＡＣ３ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ　　５ＥＲＩＥＳ
　　２２３．　Ｄａｖｌｄ　Ｊ、　ＷｌｌｌｉａＩｌｓ
編（Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｈｃｍｌｃａｌ　５ｏｃｉｅ
ｔｙ、　　１９８３年刊）、［有機非線形光学材料］加
藤政雄、中西へ部監修（シー・エム・シー社、１９８５
年刊）、“Ｎｏｎ１ｌｎｅａｒ　　　０ｐｔｌｃａ’ｌ
　　　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏ「　　ＯｒｇａｎｉｃＭ
ｏｌｅｃｕｌｅｓ　ａｎｄ　　Ｃｒｙｓｔａｌｓ　”　
Ｄ、　　Ｓ、　　ＣｈｅｌａおよびＪ、Ｚｙｓｓ編（Ａ
ｃａｄｅｍｌｅ　Ｐ　ｒｅｓｓ　　Ｉ　ｎｃ。

、　−１９８７年刊）　、Ｒ，Ｔ、　　Ｂａ１１ｅｙ等
による“Ｔｈｅ　　Ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎｄ　　Ｐｅｒ
ｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ’　ＴｈｅＯｒｇａｎｉｃ　　
Ｎｏｎ−ＬｌｎｅａｒＯｐｔｌｃａｌ　　Ｍａｔｅｒｉ
ａｌ（−）　　２−　　（（Ｚ　　−Ｍｅｔｈｙｌｂｅ
ｎｚｙｌａｓｉｎｏ）　　−５−Ｎ１ｔｒｏｐ＞’ｒｌ
ｄｉｎｅ　（ＭＢＡ−ＮＰ）　”　　（Ｏｐｔｉｃｓ　
ＣＯＩｍｕｎｌｅａｔｌｏｎｓ、　　Ｖｏｌ、　６５．
　Ｎｏ、３　、　　Ｐ２２９　）等に示されるＭＮＡ　
（２−メチル−４−ニトロアニリン）　、ｍＮＡ　（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）、尿素、ＮＰＰ　［Ｎ−
（４−二ｌ・ロフェニル）−（Ｓ）−プロリノール］　
、ＮＰＡＮ　（２−［Ｎ−（４−ニトロフェニル）−Ｎ
−メチルアミノコアセトニトリル）　、ＤＡＮ　（２−
ジメチルアミノ−５−ニトロアセトアニリド）　、ＭＢ
Ａ−ＮＰ　［２−Ｎ　（α−メチルベンジルアミノ）−
５−二トロピリジン〕さらには特開昭６２−２１０４３
２号公報に示される３、５−ジメチル−１−（４−ニト
ロフェニル）ピラゾール［以下、ＰＲＡと称する］、３
．５−ジメチル−１−（４−ニトロフェニル）−１，２
，４−トリアゾール、２−エチル−１−（４−ニトロフ
ェニル）イミダゾール、１−（４−ニトロフェニル）ビ
ロール、２−シメチルアミノ１−５−ニトロアセトアニ
リド、５−ニトロ−２−ピロリジノアセトアニリド、３
−メチル−４−ニトロピリジン−Ｎ−オキシド等が挙げ
られる。例えばＭＮＡは、無機非線形光学材料であるＬ
ｉＮｂＯ３に比べると２０００倍程度高い波長変換効率
を有するので、この有機非線形光学材料を用いて光波長
変換素子を形成すれば、−般的な小型かつ低コストの半
導体レーザーからの赤外レーザー光を基本波として第２
高調波を発生させることにより、青領域の短波長レーザ
ー光を得ることも可能となる。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上述の有機非線形光学材料によって光ファイ
バーのコア、あるいは光導波路を構成して得られたファ
イバー型あるいは先導波路型の光波長変換素子にあって
は、従来、波長変換効率および基本波の入射結合効率が
時間経過にともなって著しく悪化する、という問題が認
められていた。

すなわち、光波長変換素子を構成する有機非線形光学材
料は、その端面において周囲の空気等の雰囲気と接する
ので、この部分から昇華して単結晶部分が短くなり、あ
るいは変成して単結晶でなくなってしまって上述の問題
を招くのである。このような問題は、有機非線形光学材
料からなるバルり結晶型の非線形光学材料においても同
様に起こり得るものである。

そこで本発明は、上記の問題を防止できる波長変換素子
を作成する方法を提供することを目的とするものである
。

（課題を解決するための手段） 本発明による光波長変換素子の作成方法は、先に述べた
ような有機非線形光学材料を用いたファイバー型あるい
は光導波路型、さらにはバルク結晶型の光波長変換素子
を作成する際に、上記有機非線形光学材料と同じ材料を
飽和状態まで溶解させてある液状の樹脂を、上記有機非
線形光学材料の表面部分に塗布し、 次いでこの樹脂を固化させて、上記表面部分とその周囲
の雰囲気とを遮断する遮断層を形成することを特徴とす
るものである。

なお、後に述べる実施例からも明らかなように、本明細
書における「液状の樹脂」という表現は文字通り液状の
樹脂そのものと、樹脂を適当な溶剤に溶解してなる樹脂
溶液の両方を意味するものである。

（作　　用） 上記のような遮断層が設けられていれば、有機非線形光
学材料の表面は空気等の雰囲気と直接接しなくなるので
、前述した昇華あるいは変成が防止される。

そして、上記有機非線形光学材料に塗布する樹脂には、
この有機非線形光学材料と同じ材料を飽和状態まで溶か
し込んであるから、この樹脂の塗布時に有機非線形光学
材料が該樹脂あるいはその溶剤と相溶してしまうことも
防止される。

（実　施　例） 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。

く第１実施例〉 第１図および第２図は本発明の方法によって形成される
光波長変換素子ｌＯを示すものである。この光波長変換
素子１０は、クラッド１２の中心の中空部分内に、非線
形光学材料からなるコア１１が充てんされた光ファイバ
ーである。上記非線形光学材料としては、前述したよう
に波長変換効率が高い有機非線形光学材料が用いられる
。そしてコア１１の端面を含む素子端面１０ａ、１０ｂ
上には、それぞれ遮断層１３ａ、　１３ｂが形成されて
いる。

ここで、本実施例ではコア１１を前述のＰＲＡ。

クラッド１２をパイレックスガラス、遮断層１３８％１
３ｂをポリメチルメタクリレートから形成する。

以下、この光波長変換素子ｌＯの製造方法を説明する。

まずクラッド１２となる中空のガラスファイバー１２°
が用意される。このガラスファイバー１，２゜は−例と
して、外径が１ｍｍ程度で、中空部の径が０．１〜１０
μｍ程度のものである。そして第３図に示すように、炉
内等においてＰＲＡＩＩ’を融液状態に保ち、この融液
内にガラスファイバー１２′の一端部を浸入させる。す
ると毛細管現象により、融液状態のＰＲＡＩＩ’がガラ
スファイバー１２’　の中空部内に進入する。なよ該融
液の温度は、Ｐ　ＲＡ　１１’　の分解を防止するため
、その融点（１０２℃）よりも僅かに高い温度とする。

その後ガラスファイバー１２′を急冷させると、中空部
に進入していたＰ　ＲＡ　１１’が多結晶化する。

なお、さらに好ましくはこの光ファイバー１２゛を、Ｐ
ＲＡＩＩ’　の融点より高い温度（例えば１０２６５℃
）に保たれた炉内から、該融点より低い温度に保たれた
炉外に徐々に引き出すことにより、溶融状態のＰＲＡＩ
Ｉｏを炉外への引出し部分から単結晶化させる。それに
より、極めて長い単結晶状態で結晶方位も一定に揃った
コア１１が形成され、光波長変換素子ｌＯを十分に長く
することができる。

周知のようにこの種の光波長変換素子の波長変換効率は
素子の長さに比例するので、光波長変換素子は長いほど
実用的価値が高くなる。

以上述べたようにしてコア１１が充てんされた後、適宜
両端が切断されたガラスファイバー１２°の両端面には
、ポリメチルメタクリレートからなる遮断層１３ａ、１
３ｂが形成される。この遮断層１３８％１３ｂの形成は
、ポリメチルメタクリレートをメチルエチルケトンで希
釈し、そこにＰＲＡを溶解度以上に溶かし混み、この液
をファイバー１２′の両端面に塗布後、乾燥するという
工程によって行なわれる。それにより第１図および第２
図に示すような光波長変換素子１０が得られる。上記遮
断層１３ａ、１３ｂは例えば厚さ数μｍ程度に形成され
る。

なおＰＲＡは、ポリメチルメタクリレートの溶剤である
メチルエチルケトンと相溶しやすい。しかし切断された
ファイバー１２゛　の両端部に塗布するメチルエチルケ
トン含有のポリメチルメタクリレートには、上述の通り
ＰＲＡが飽和するまで溶かし込んであるから、ポリメチ
ルメタクリレートをファイバー両端部に塗布した際にＰ
ＲＡがメチルエチルケトンによって溶けてしまうことは
ない。

上記光波長変換素子ｌＯは第２図図示のようにして使用
される。すなわち基本波１５は、素子ＩＯの入射端面１
０ａからコア１１内に入射される。基本波発生手段とし
ては例えばＱスイッチＹＡＧレーザー（波長：　１０６
０１０６０ｎが用いられ、対物レンズ】７で集光したレ
ーザー光（基本波）　１５を遮断層１３ａ越しにコア部
の素子端面１０ａに照射することにより、該レーザー光
■５を光波長変換素子ｌＯ内に入射させる。この基本波
１５は、コア■１を構成するＰＲＡにより、波長が１／
２の第２高調波１５’　に変換される。この第２高調波
１５°はクラッド１２の外表面の間で全反射を繰り返し
て素子ｌＯ内を進行する。位相整合は例えば、基本波１
５のコア部での導波モードと、第２高調波１５゛　のク
ラッド部への放射モードとの間で行なわれる（いわゆる
チェレンコフ放射の場合）。

光波長変換素子ＩＯの出射端面１０ｂ　（クラッド端面
）からは、上記第２高調波１５’　を含むビーム１５′
が出射する。この出射ビーム１５°は、遮断層１３ｂを
透過して素子外に出射し、図示しないフィルターに通さ
れ、第２高調波１５゛　のみが取り出されて利用される
。

ここで、前述のような遮断層１３ａおよび１３ｂが設け
られていれば、有機材料であるＰＲＡからなるコア１１
が空気等の雰囲気に直接接しなくなるので、このコア１
１の昇華および変成が防止される。

以下、この昇華および変成防止の効果を具体的に説明す
る。

以上述べた本実施例の光波長変換素子１０と、遮断層１
３ａ、１３ｂを形成しない意思外はこの実施例の光波長
変換素子１０と全く同様に形成した比較例としての光波
長変換素子とを、温度２５℃、湿度５０％の空気中に２
週間放置した後、コア１．１の端面の変化を調べた。遮
断層１３ａＳ１３ｂを形成していない光波長変換素子に
おいては、コア端面から４０μｍの長さの範囲に昇華あ
るいは変成が認められたが、遮断層１３ａ、　１３ｂを
設けた本実施例の光波長変換素子１０においては、変化
が全く認められなかった。

また、ポリメチルメタクリレートの溶剤であるメチルエ
チルケトンがＰＲＡに与える影響を調べるために、ポリ
メチルメタクリレートをメチルエチルケトンで希釈しく
ＰＲＡは溶かし込まない）、それを前記ガラスファイバ
ー１２’　の両端に塗布して、前記遮断層１３ａ、　１
３ｂと同様の遮断層を有する光波長変換素子を形成した
。こうして形成されたファイバー型の光波長変換素子に
おいては、コア１１に対する基本波１５の光結合が不可
能であった。

これはコア１１を構成するＰＲＡの端面部分がポリメチ
ルメタクリレートのメチルエチルケトン溶液に相溶して
しまったためである。それに対して本実施例の光波長変
換素子ｌＯは、基本波１５の入力結合が良好に行なわれ
得る。

く第２実施例〉 次に本発明の第２実施例について説明する。この第２実
施例の方法で作成する光波長変換素子は、第１．２図で
説明した遮断層１３ａ、１３ｂの材料が第１実施例にお
けるものと異なっているだけで、その他は第１実施例の
光波長変換素子ｌＯと同様に形成される。したがつて以
下、第１．２図に付した番号を流用して説明を行なう。

本実施例において遮断層Ｌｌａ、　１３ｂは、紫外線硬
化型変成アクリレート樹脂にＰＲＡを飽和するまで溶か
し混んだものを前記ガラスファイバー１２°の両端面に
塗布後、紫外線照射により硬化させることによって形成
される。こうして紫外線硬化型変成アクリレート樹脂か
らなる遮断層を有する光波長変換素子についても、前記
第１実施例におけるのと同様に、遮断層によるコアの変
質、変成防止の効果が得られる。また、この光波長変換
素子においても、基本波の入力結合は良好に行なわれ、
ＰＲＡからなるコア１１の端部が溶けていないことが裏
付けられた。

なお、本発明において用いられる樹脂の具体例としては
、上記ポリメチルメタクリレートおよび上記紫外線硬化
型変成アクリレート樹脂を含むアクリル樹脂、フェノー
ル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、シリ
コン樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリルニトリル−ブタ
ジェン−スチレン共重合体、フッ素樹脂、ポリ塩化ビニ
ル樹脂、メタクリル−スチレン共重合体、ポリカーボネ
ート、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルアセタ
ール、アルキド樹脂、酢酸ビニル樹脂等が挙げられる。

これらの樹脂は液状のものがそのまま、あるいは適当な
溶剤に溶解した樹脂溶液として用いられる。

また本発明においては、特に有機非線形光学材料の表面
部分のみならず、上記実施例におけるように波長変換波
が出射するクラッド部の端面にまで遮断層を形成しても
よい。そのようにすればクラッド部が保護されるし、特
に該遮断層をクラッド部よりも低屈折率の材料で形成し
た場合は、波長変換波のクラッド部端面における反射が
減少して、その出射効率が向上する。

また勿論ながら本発明の方法は、有機非線形光学材料と
してＰＲＡを用いる場合のみならず、先に述べたような
その他の有機非線形光学材料を用いて光波長変換素子を
作成する場合においても同様に適用され得るものである
。

また、以上の実施例の光波長変換素子は、基本波のコア
部での導波モードと第２高調波のクラッド部への放射モ
ードとの間で位相整合がとられるものであるが、本発明
は、基本波と第２高調波をともにコア部あるいは光導波
路中において導波させ、両者の導波モード間で位相整合
をとるタイプの素子に対しても適用可能である。

さらに、以上説明した実施例は、第２高調波を発生する
ファイバー型の光波長変換素子を作成するものであるが
、本発明の方法は、第２高調波以外の例えば第３高調波
、和周波、差周波等を発生させる光波長変換素子に対し
ても、また前述した光導波路型やバルク結晶型の光波長
変換素子に対しても適用可能である。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り本発明の方法によれば、有機非
線形光学材料の表面部分に遮断層を設けるようにしたこ
とにより、有機非線形光学材料の昇華あるいは変成が確
実に防止される。したがって、有機非線形光学材料の波
長変換効率が低下することを防止でき、また遮断層を設
けた端面を基本波入射端面とする場合は、基本波の入射
結合効率も高く維持できるようになる。

その上、本発明の方法においては、上記の遮断層となる
樹脂を塗布する際に、該樹脂あるいはその溶剤によって
有機非線形光学材料の表面部分が溶けてしまうことが防
止される。したがって、本方法によって作成されるファ
イバー型や光導波路型の光波長変換素子にあっては、遮
断層形成のために基本波の入力結合効率が低下してしま
うことがなくなり、またバルク結晶型の光波長変換素子
にあっては結晶表面における基本波の散乱が防止され、
ともに波長変換効率を高める効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ、本発明の方法によって
作成される光波長変換素子の一例を示す斜視図と概略側
面図、 第３図は上記光波長変換素子の作成方法を説明する概略
図である。 １０・・・光波長変換素子　　１０ａ、　ｆｏｂ・・・
素子端面１１・・・コ　ア　　　　　　１２・・・クラ
ッド１３ａ、　１３ｂ・・・遮断層　　１５・・・基　
本　波１５′　・・・第２高調波

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 有機非線形光学材料によって基本波を波長変換する光波
   長変換素子を作成する方法であって、前記有機非線形光
   学材料と同じ材料を飽和状態まで溶解させてある液状の
   樹脂を前記有機非線形光学材料の表面部分に塗布し、 この樹脂を固化させて、前記表面部分とその周囲の雰囲
   気とを遮断する遮断層を形成することを特徴とする光波
   長変換素子の作成方法。