JPH0279821A - 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、ＹＡＲＩＶ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クループ機関誌ＶＯＬ、３．Ｎａ３
．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
導波路を形成した先導波路型の光波長変換素子も知られ
ている。この光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、Ｎｏｎ１ｉｎｅｒ　０ｐｔ
ｉｃａｌＰ　ｒｏｐａｒｔＩｅｓ　ｏｆ’　　Ｏｒｇａ
ｎｌｃ　ａｎｄ　　Ｐ　ｏｌｙａ＋ｅｒ１ｃＭａｔｅｒ
ｉａｌｓ”　ＡＣ８ＳＹＭＰＯＳ　ＩＵＭ　　５ＥＲＩ
ＥＳ　　２２３．　Ｄａｖｉｄ　Ｊ、　ＷｌｌｌＩａｍ
ｓ編（Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　５ｏｃｉ
ｅｔｙ、　　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、１９８
５年刊）、“Ｎｏｎ１ｌｎｅａｒ　　０ｐｔｉｃａｌ　
　Ｐｒｏｐｅｒｔｌｅｓｏｆ　　ＯｒｇａｎｉｃＭｏｌ
ｅｃｕｌｅｓ　ａｎｄ　　Ｃｒｙｓｔａｌｓ　”　Ｄ、
　　Ｓ、　　Ｃｈｅｉ＋１ａおよびＪ、Ｚｙｓｓ編（Ａ
ｃａｄｅＩＩｌｉｃ　Ｐ　ｒｅｓｓ　　Ｉ　ｎｅ。

、１９８７年刊）　、Ｒ，Ｔ、　　Ｂａ１１ｅｙ等によ
るＴｈｅ　　Ｑｕａｌｌｔｙ　ａｎｄ　　Ｐｅｒｔ’ｏ
ｒＩｌａｎｃｅ　ｏｆ　ＴｈｅＯｒｇａｎｉｃ　　Ｎｏ
ｎ−ＬｉｎｅａｒＯｐｔｉｃａｌ　　Ｍａｔｅｒｉａｌ
（−）　２−（ａ　−Ｍｅｔｈｙｌｂｅｎｚｙｌａｍｉ
ｎｏ）　−５−Ｎ１ｔｒｏｐｙｒｉｄｉｎｅ　（ＭＢＡ
−ＮＰ）　’　　（Ｏｐｔｉｃｓ　Ｃｏｗａ＋ｕｎｌｃ
ａｔｉｏｎｓ、　　Ｖｏｌ、　８５．　Ｎｏ、３　、　
　Ｐ２２９　）等に示されるＭＮＡ　（２−メ°チルー
４−ニトロアニリン）　、ｍＮＡ　（メタニトロアニリ
ン）、ＰＯＭ（３−メチル−４−二トロビリジン−１−
オキサイド）、尿素、ＮＰＰ　［Ｎ−（４−ニトロフェ
ニル’）−（Ｓ）−プロリノール）　、ＮＰＡＮ　（２
−［Ｎ−（４−二トロフェニル）−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）　、ＭＢＡ−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６２−２１０４３２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−（４−二トロフェニル）−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Ｍ
ＮＡは、無機非線形光学材料であるＬｉＮｂＯ３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
イバー型あるいは光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
は先導波路型、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の表面部分を
、Ｎ２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、またはＸｅのプラズ
マガス中に曝すことを特徴とするものである。

（作　　用） 上記のようなプラズマ処理を行なうと、前述した昇華あ
るいは変成が起こり難くなる。これは、プラズマ処理を
受けた有機非線形光学材料の表面部分が、何か別の物質
に変化するためと考えられる。

（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。

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１０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
。

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から形成する。

以下、この光波長変換素子１０の作成方法を説明する。

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１２゜は−例とし
て、外径が１ｍｍ程度で、中空部の径が０．１〜１０μ
ｍ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。なお該融
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
ＲＡ１１″の融点より高い温度（例えば１０２．５℃）
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Ｐ　ＲＡ　
１１’　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１０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゛　の両端面は
、第４図に示すような高周波電源２２を用いたプラズマ
発生装置２０から発生されたＮ２プラズマ２１の中に曝
される。本例におけるこのＮ２プラズマ２１の生成条件
は、室ａ　（３０℃）において放電周波数１３．５８　
ＭＨｚ　、放電出力３０ＷＳＮ２圧力０．８　ｍｂａｒ
である。以上の工程により、第１図および第２図に示す
ような光波長変換素子ＩＯが得られる。

上記光波長変換素子１０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１０の入射端面
１０ａ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：　１０
６０１０６０ｎが用いられ、対物レンズ１７で集光した
レーザー光（基本波）１５をコア部の素子端面１０ａに
照射することにより、該レーザー光１５を光波長変換素
子１０内に入射させる。この基本波１５は、コア１１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■０内を進行す
る。位相整合は例えば、基本波１５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ｌＯ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、素子端面１０ａ、ｌＯｂに対して前述のような
プラズマ処理を行なったことにより、コア１１の昇華お
よび変成が防止されるようになる。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、プラズマ
処理を行なわない点以外はこの実施例の光波長変換素子
ＩＯ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％の空気中に放置して、
コア１１の端面の変化を調べた。

比較例としての光波長変換素子においては、２日後にコ
ア端面部分に昇華あるいは変成が認められたが、プラズ
マ処理を行なった本実施例の光波長変換素子１０におい
ては、５か月経過しても劣化が全く認められなかった。

なお本発明は、特に有機非線形光学材料として前述のＰ
ＲＡ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
る場合においても適用可能である。またプラズマ処理に
用いるプラズマガスもＮ２プラズマに限らず、その他Ｈ
ｅ％Ｎｅ５Ａｒ、ＫｒあるいはＸｅのプラズマを用いて
も、前述した有機非線形光学材料の昇華および変成を防
止する効果が得られる。

さらに、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先導
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。

また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
、また前述した先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プラズマ処理を施すことによ
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る。また、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、上記昇華あるいは変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図と第４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。 ｌＯ・・・光波長変換素子　　１０ａ、　ｌＯｂ・・・
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 ２０・・・プラズマ発生装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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において、前記有機非線形光
   学材料の表面部分を、Ｎ＿２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ
   、またはＸｅのプラズマガス中に曝すことを特徴とする
   光波長変換素子の作成方法。