JPH03113428A - 光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】 産業上の利用分野 本発明１表　　コヒーレント光を利用する光情報処理分
野あるいは光応用計測制御分野に使用する光波長変換素
子、およびその製造方法に関するものであム 従来の技術 有機非線形材料は無機材料にくらべ非線形定数が犬き１
．Ｘ、応答が速いといった特徴をもつ力丈般的に単結晶
を得ることが難しｂＸｃ、シたがって有機非線形材料を
導波路へ応用した例はまだあまり多くない力（例えば　
電子情報通信学会論文誌Ｖ。

１、　Ｊ７０−ＣＮｏ、　２（１９８７）、　１）、　
２２４に示されている。第３図はこの従来の光波長変換
素子の構成を示すものである。７は基板、　８は傾斜つ
きＭＮＡ導波敢９はプリズムであり、基本波である入力
光Ｐ１をプリズム９を介して導波路８に入射して波長変
換された出力光Ｐ２が出射される。この素子の作製方法
は　第４図に示すようにまず２枚の基板１０ａ、　１０
ｂをはりあわせる。このとき、これらの間の空隙が傾斜
を持つように空隙の片側にポリカーボネート薄膜１１を
はさむ。この基板の下部を粉末ＭＮＡ（２メチル−４−
ニトロアニリン）１２中に入れ１３０℃まで加熱Ｌ　　
ＭＮＡを融解させる。融解したＭＮＡは毛細管現象によ
って空隙内に吸い上げられる。

このようにして空隙内に満たされたＭＮＡを帯域溶融法
で再結晶化し　単結晶薄膜を得る。その後この基板をは
がし　先導波路８として用いる。

この傾斜付きＭＮＡ単結晶薄膜を導波路に用いてＮｄ：
　　ＹＡＧレーザ光（波長］、、　０６４　μｍ）を基
本波人力光Ｐ１としてＭＮＡ導波路８に結合させ、基本
波入力パワー１０ワツトで変換効率０，３％の第二高調
波出力光Ｐ２を観測している。前記の例（よ　基本波の
導波モードから高調波の導波モードへの変換である力（
第５図に示すように　Ｔａ２Ｏ５薄膜導波路１４上にク
ラッドとなるＭ　Ｎ　Ａ　１５を形成して基本波の入力
光Ｐ１の導波モードから高調波の出力光Ｐ２の放射モー
ドに変換する方法もある。１３は５ｉ０２基板、１６は
ＬｉＮｂＯ３基板である。　（特願昭６２−３３１９７
３号）発明が解決しようとする課題 有機非線形材料の大きな非線形性を利用することで、変
換効率の高い非線形光学素子の実現が期待されている力
（最初の例（第３図）のような構成では有機非線形材料
の結晶が先導波路も兼ねる構造であるた八　良質な結晶
が得にくい現状では基本波、高調波の伝搬損失により、
高調波への変換効率が低くなってしまう。また導波モー
ド間で光の波長変換を行う場合、コアの膜厚の許容誤差
はたいへん小さいにもかかわらず、この例の方法ではコ
アとなる有機非線形材料の膜厚を精度よく制御すること
は困難である。さらにこのようなスラブ型先導波路の構
造では光強度密度が低いことから変換効率の点で不利で
ある。第２の例（第５図）で（上　有機非線形材料を光
導波路のクラッドとして用いるため伝搬損失への影響や
膜厚の許容誤差の制限をある程度免れる。また光導波路
のコアの部分を紘　横両方向とも閉じ込められる矩形と
Ｌ　３次元光導波路構造にすることも可能であり、光強
度密度を高へ　変換効率を向上させることができる力丈
　このとき波長変換のための非線形現象の生じる領域（
上　コアとを機非線形材料の隣接する領域であるから矩
形のコアの一辺にわたる部分のみである。したがってこ
の領域をさらに拡大することでより変換効率を高めるこ
とが可能となる。

また放射モードへ光を変換する場合、その出射パターン
１７は円弧状に広がる第６図に示すような変速的な形を
しているたム　変換された光を集光等を行った後利用す
るのは困難である。本発明は先導波路を基本とし　その
構成材料として非線形性の大きい有機材料を用（＼　光
波長変換素子の構造および製造方法に新たな工夫を加え
ることで、変換効率を向上させることが可能となるもの
である。

課題を解決するための手段 本発明は３次元光導波路の矩形のコアの三方にクラッド
として有機非線形材料を用いることで、高光強度密度が
維持され　変換効率が向上し　さらにクラッドで発生し
た高調波がコア内を伝搬することか収　集光等が比較的
容易な出射光を取りだせる波長変換素子が得られる。ま
た本発明の製造方法によればこのような素子を実現する
ことが可能となる。すなわち本発明（よ　基板上に形成
された３次元光導波路のコアに隣接するクラッド層の一
部に有機非線形材料を有することを特徴とする光波長変
換素子と、第１の基板上に３次元光導波路を作製し　第
２の基板と重ね合わせ、その空隙内に有機非線形材料の
結晶を成長させることで前述の光波長変換素子を作製す
る製造方法に提供するものである。

作用 前記の構成の先導波路は基本的には３次元光導波路であ
るから光は横方向にも閉じ込められており、光強度密度
は向上する。また有機非線形材料をクラッド部に用いる
こて、膜厚をきびしく制御する必要もなくなる。したが
って素子の変換効率を向上させることができる。さらに
基本波の導波モードから高調波の導波モードへの変換を
利用することで、集光特性のよい出射光を得ることが可
能となる。また本発明の製造方法によれば　矩形の先導
波路のコアの三方に有機非線形材料を用いるため変換効
率の向上が図れ　また光導波路部分の両端をストライプ
状にエツチングするだけで他の部分を残すことか収　基
板をはさみあわせたときに生じる応力や、先導波路のコ
ア部分に対する機械的損傷の影響を最小限にとどめるこ
とが可能である。

実施例 本発明の光波長変換素子についてその一実施例の構成斜
視図を第１図に示す。本発明ＧＡ　　２枚の基板と、高
屈折率薄膜層　有機非線形材料、ならびに３次元光導波
路を形成するための２本の溝３ａ、３ｂよりなる構成を
有り、、３次元光導波路に基本波Ｐ１を入射すると、ク
ラッド部の非線形性により出射端から高調波Ｐ２が発生
するというものである。本実施例では第１の基板および
第２の基板としてソーダガラス基板１および６を、高屈
折率薄膜層としてＴａａＯｓ薄膜２を、有機非線形材料
としてカルコン誘導体５を用いている。本発明の光波長
変換素子の製造方法の実施例の工程斜視図を第２図に示
す。この実施例ではソーダガラス基板（ｌｏ×１０ｘ　
１ｍｍ）上のＴａ２０５を光導波路のコアとし有機非線
形材料としてカルコン誘導体を用いた場合について説明
する。第２図（ａ）で１はソーダガラス基板であり、　
この上にＴａｐ’ｓ　２を０．４μｍスパッタリングに
より堆積する。この基板に幅０．５μ取　深さ０．５μ
のの２本の溝３ａ、３ｂを間隔０．５μｍでドライエツ
チングにより作製する。この工程により溝３ａ、３ｂの
間の領域４は３次元光導波路となる。この基板の先導波
路のある面に他のソーダガラス基板６を重ね合わせ基板
間のギャップに１６０ｔ：で融解させたカルコン誘導体
５を毛細管現象を用いて満たし冷却後帯域溶融法で再結
晶化し　単結晶とする。

なお本実施例では基板としてソーダガラスを用いたがこ
れと同程度の屈折率を有する一般的なガラス基板を用い
ても何ら問題ないり、、　　ＬｉＮｂＯ５を用いること
も可能である。またＴａ２’ｓのかわりにＴｉ０ａを用
いてもよいし　基板にＬｉＮｂＯ５を用いたとき（上Ｔ
ａ２０ｇ薄膜のかわりにプロトン交換やＴｉ拡散にょっ
て薄膜を形成してもよ（−また２本の溝を作製するのに
この実施例ではドライエツチングを用いたが表面を滑ら
かにエツチングすることのできるウェットエツチングを
用いてもよし〜　さらく　カルコン誘導体のかわりに非
線形性の大きいＭＮＡ　（２−メチル−４−ニトロアニ
リン）を用いても有効である。第１図に示された素子は
非線形光学効果の大きい有機材料を用（Ｘ、３次元光導
波路化することで基本波を横方向にも閉じ込めて変、換
効率を鳥取　また有機材料をクラッドとして用いるため
有機材料に対するきびしい膜厚制御も不要となり作製も
容易となも　また先導波路のコアの両端のみをエツチン
グし　他の部分を残しておくことでコアに対する機械的
損傷や有機非線形材料を再結晶させる際の応力の歪によ
る結晶の不均一性や欠損などを軽減することができも　
また第５図の例のように高調波を放射モードとして取り
だした場合にはその出射パターンは変則的な円弧上とな
り上部と下部で光の広がり角が異なるといった理由か収
　平行光化が難しｔ、Ｌ　　集光特性が悪いといった問
題点があった力丈　本発明の素子によれば出射光は導波
モードに変換された高調波が出射端面で発散されるため
これらの問題点は解決される。

この素子に人力として波長１．０６４μｍのＹＡＧレー
ザの光を基本波Ｐ１として端面から光を入射させると、
出射側の端面から波長０．５３２μｍの高調波Ｐ２を得
ることができる。このときの効率は従来のスラブ型で有
機非線形材料をコアに使った先導波路の場合の５０倍で
ある。また第５図の例と比較した場合に耘　約１０倍の
効率改善がみられ　さらに前述したように集光特性も改
善される。

発明の詳細 な説明したように本発明によれは　大きな非線形性を持
つ有機材料を３次元導波路のクラッドに用いることで、
変換効率を高めまた有機材料の膜厚制御といった困難も
解消される。まな　高調波を先導波路のコアからとりだ
すことができるため集光特性なども改善される。さらに
本発明の製造方法によれＩＬ　　先導波路に対する機械
的損傷や基板をはさみあわせた時に生じる応力のため結
晶化のときの不均一性や欠損を軽減することも可能であ
る。そのうえ　透過波長域がより短波長側にある有機非
線形材料を用いれは　半導体レーザとの組合せによって
さらに短波長のコヒーレント光を高効率で発振するデバ
イスも可能となり、その実用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光波長変換素子の構成斜視
医　第２図は本発明の一実施例の光波長変換素子の製造
方法の工程は　第３＠　第５図は有機非線形材料を用い
た従来の光波長変換素子の斜視＠　第４図は第３図で用
いられた光波長変換素子の作製方法の概略医　第６図は
第５図の素子より出射された高調波のパターンの概略図
である。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に形成された３次元光導波路のコアに隣接
   するクラッド層の一部に有機非線形材料を有することを
   特徴とする光波長変換素子。
2. （２）３次元光導波路としてリッジ型の構造を有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光波長変換
   素子。
3. （３）３次元光導波路の基板としてガラスを、コアとし
   てＴａ＿２Ｏ＿５あるいはＴｉＯ＿２を用いることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の光波長変換素子。
4. （４）３次元光導波路の基板としてＬｉＮｂＯ＿３を、
   コアとしてプロトン交換層あるいはＴｉ拡散層を用いる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光波長変
   換素子。
5. （５）有機非線形材料としてカルコン誘導体、あるいは
   ＭＮＡ（２−メチル−４−ニトロアニリン）を用いるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光波長変換
   素子。
6. （６）第１の基板上に前記第１の基板よりも高い屈折率
   を有する物質を薄膜状に作製する工程と、前記薄膜に２
   本の溝をエッチングにより作製する工程と、３次元光導
   波路の光導波路面が内側になるように第２の基板と重ね
   合わせ、前記３次元光導波路と前記第２の基板との間の
   空隙内に融解した有機非線形材料を毛細管現象により満
   たす工程と、帯域溶融法により前記有機非線形材料を再
   結晶化する工程を有することを特徴とする光波長変換素
   子の製造方法。
7. （７）薄膜を作製する方法として、スパッタリング、あ
   るいは基板のプロトン交換、またはＴｉ拡散を用いるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の光波長変換
   素子の製造方法。
8. （８）２本の溝の作製法がドライエッチングあるいは、
   ウェットエッチングであることを特徴とする特許請求の
   範囲第５項記載の光波長変換素子の製造方法。