JPH03126928A - 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） 本発明は光波長変換素子、特に詳細には３次元光導波路
型の光波長変換素子、およびその製造方法に関するもの
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
子の一つとして、例えば特開昭６４−７３３２７号公報
に示されるように、クラッド内にそれよりも高屈折率の
非線形光学材料をコアとして配してなる、いわゆるファ
イバー型のものが知られている。

また特開昭６３−２２９４３３号公報には、クラヅド部
となる基板の表面に溝を切り、この溝を基板とは別の部
材で覆って中空部を形成し、この中空部内に非線形光学
材料を導波部として充てんしてなる３次元光導波路型の
光波長変換素子が開示されている。

（発明が解決しようとする課題） 上記ファイバー型の光波長変換素子は、中空のガラスフ
ァイバーを用意し、例えばこのガラスファイバーの一端
を溶融状態の非線形光学材料中に浸入させ、毛細管現象
により非線形光学材料をファイバー中空部内に充てんさ
せることによって作製される。ところが上述のような中
空のガラスファイバーは、その作製に際して歪みやすく
、そのためコア径やクラツド径の精度が部分的に落ちる
るという問題がある。そうなると、基本波の伝搬効率が
低下したり、波長変換波の変換効率が低下する等の問題
が起こり得る。

それに対して、前述の３次元光導波路型の光波長変換素
子においては、基板厚さや溝寸法の精度を出しやすいの
で、上記のような問題は起こり難くなっている。

しかしその半面、この３次元光導波路型の光波長変換素
子においては、溝を覆うための部材を基板に貼り合わせ
る場合、接着層の一部が導波部の周囲の一部に面するの
で、そこでクラッド部に屈折率段差が生じることになる
。そうなると、導波効率が低下したり、光波長変換素子
から出射した波長変換波のビーム断面パターンが乱れて
それを十分に絞ることが不可能になる、といった問題が
生じる。

また特開昭６３−２２９４３３号公報には、上記基板の
溝を覆うため、基板とは別の材料を溶融付着させること
も開示されているが、この場合は、溝を覆う材１１を溶
融させ、それを基板上に付着させる作業が必要であるの
で、製造が困難で歩留りが悪いという問題もある。さら
にこの場合（ま、溝を覆う材料を溶融状態で基板に付着
させるから、最終的に該材料によって閉じられて画成さ
れる中空部の寸法、つまり結局は導波部の寸法を、精度
良く所望値に制御することも困難になっている。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり
、導波部およびクラッド部の寸法精度が高く、前述した
接着層によるクラッド部の屈折率段差の問題が無く、そ
して製造容易な３次元光導波路型の光波長変換素子を提
供することを目的とするものである。

また本発明は、上述のような光波長変換素子を製造する
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は、 それぞれの一表面どうしがオプティカルコンタクトによ
り接合して、互いに貼り合わされた同屈折率の２枚の基
板と、 これらの基板の上記表面の少なくとも一方に形威された
溝内に充てんされた、該基板よりも高屈折率の非線形光
学材料とから構成されたものである。

また上記の光波長変換素子を製造する本発明の方法は、 屈折率が相等しい基板の各一表面を、オプティカルコン
タクトが可能な程度に研磨するとともに、これらの表面
の少なくとも一方に溝を形威し、これらの表面をオプテ
ィカルコンタクトにより接合して上記２枚の基板を貼り
合わせ、次いで上記溝内に、基板よりも高屈折率の非線
形光学材料を充てんさせることを特徴とするものである
。

（作　　用） 上記のように基板の表面に溝を形成する際には、現在確
立されているフォトリソグラフィ等の技術により、溝寸
法を精度良く制御可能である。また、２枚の基板をオプ
ティカルコンタクトによって貼り合わせれば、前述した
接着層によるクラッド部の屈折率段差は生じないし、ま
た周基板の貼り合わせも容易に行なわれ得る。

（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図の（１）〜（８）は、本発明の方法により３次元
光導波路型の光波長変換素子を製造する様子を示してい
る。まず同図（１）に示されるように、２枚のガラス基
板１１．１２が用意される。本例では、これらのガラス
基板ＩＬ　１２として、ともに５ＦＩＯガラスからなる
ものが用いられる。そしてガラス基板１１．１２の各一
表面１１ａ、　１２ａは、研磨装置５を用いて、オプテ
ィカルコンタクトが可能な程度の面精度に研磨される。

この面精度は、例えば最大表面粗さがλ／１０（λは入
射する光の波長）以下となる程度とされる。そしてガラ
ス基板１１．１２は、この研磨により所定の厚さに設定
される。なおガラス基板ＩＬ　１２が薄い場合は、それ
らがしなることにより強い密着力が得られるので、面精
度は上記よりやや低くてもよい。

次に同図（２）に示されるように、一方のガラス基板１
１の表面１１ａ上に、例えば０．４μｍの厚さのポジタ
イプ・フォトレジスト６が塗布される。次いでマスク露
光およびレジスト現像を行なうことにより、同図（３）
に示されるように、フォトレジスト６の一部が所定幅Ｗ
で、かつ基板１１の全長に亘って剥離される。次いでこ
の状態でガラスエツチングを行なうことにより、同図（
４）に示されるように基板１ｉの表面１１ａに、その全
長に亘って延びる溝１、ｌｂが形成される。このエツチ
ング処理としては、従来より知られているフッ硝酸エツ
チング、反応性イオンエツチング等が適用可能である。

このようなエツチング処理により２３１１　ｂは、幅お
よび深さの寸法誤差が例えばＬＯｎｍ以下程度と、極め
て精度良く仕上げることができる。

次に同図（５）に示されるように、基板１１の表面１１
ａからフォトレジスト６が除去される。そしてこの表面
１１ａと、もう一方の基板ｉ２の表面１２ａとを、間に
ゴミ、水分、空気等の異物が入らないようにして密着さ
せると、両表面１１ａ、１２ａがファン・デル・ワール
スカにより接合する（同図（６）の状！ｔ３）。この状
態おいて溝Ｈｂは、全く均質な材料（ＳＦＩＯガラス）
の中を延びる中空部を形成することになる。なお上記の
ようにしてオプティカルコンタクトにより貼り合わされ
た基板１１．１２を加熱することにより、両者の接合強
度をさらに高めることもできる。

次に同図（７）示されるように基板１１．１２を、溝１
１ｂが開口している端面側から、有機非線形光学材料の
融液１３′　中に浸入させる。この有機非線形光学材料
として本例では、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］を用いている。こ
うすることにより、ＰＲＡ融液（３°が毛細管現象で溝
１１ｂ内に進入する。なお該融液（３°の温度は、ＰＲ
Ａ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。その後基板ＩＬ　１２を急冷さ
せると、中空部に進入していたＰＲＡ１３°が多結晶化
する。こうして、基板ＬＬ　１２内に有機非線形光学材
料であるＰＲＡが導波部として充てんされてなる光波長
変換素子１０が形成される。

なお、さらに好ましくはこの光波長変換素子１０を、同
図（８）に示されるように、ＰＲＡの融点より高い温度
（例えば１０２．５℃）に保たれたヒータ７の近傍部分
から、該融点より低い温度に保たれたヒータ外に徐々に
引き出すことにより、再溶融状態のＰ　ＲＡ　１３’　
をヒータ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
導波部１３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。なお上記
引出しの速度は、例えば０，１〜１０ｍｍ／ｈ程度とす
る。

以上のようにして製造された光波長変換素子１０は、第
２図図示のようにして使用される。すなわち、基本波発
生手段としての半導体レーザ（波長８７０ｎｍ）１Ｂか
ら射出された発散ビームであるレーザ光（基本波）１５
はコリメーターレンズ１７によって平行ビームとされ、
さらに対物レンズ１８によって集光され、導波部（ＰＲ
Ａ）１３の端面１３ａ上においてそれと同程度の径の小
さなスポットに収束せしめられる。それにより該レーザ
光１５が光波長変換素子１０内に入射する。

光波長変換素子ｌＯに入射した基本波１５は、導波部１
３とクラッド部（基板１１あるいは１２）との界面の間
で全反射を繰り返して、該導波部１３内を導波する。こ
のようにして導波する基本波１５は、導波部１３を構成
するＰＲＡの非線形光学効果により、波長が１／２　（
＝４３５ｎｍ）の第２高調波１５゛に変換される。この
第２高調波１５’　は基板１１．１２中に放射し、その
外表面と周囲媒質（通常は空気）との界面の間で全反射
を繰り返して素子ＬＯ内を端面側に進行する。位相整合
は、例えば基本波１５の導波部Ｉ３での導波モードと、
第２高調波１５゛　の基板ＩＬ　１２への放射モードと
の間で取られる（いわゆるチェレンコフ放射の場合）。

光波長変換素子１０の出射端面ＬＯｂ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。なお基
板１１．１２の幅および厚さが十分に大きければ、第２
高調波１５°が上記のように全反射せず、直接的に素子
端面１０ｂから出射する。

この出射した第２高調波１５°は、第２図中に概略的に
示すように、同心円状のビーム断面パターンを有するも
のとなるので、この第２高調波１５′を、一般的な集束
光学系を用いて回折限界まで十分に絞り込むことが可能
となる。

なお基板ＩＬ　１２中の溝１１ｂ内に進入させる非線形
光学材料は、前述のように融液状態としておく他、溶液
状態としておいても構わない。またこの有機非線形光学
材料としては、上記実施例におけるＰＲＡに限らず、そ
の他の公知のものを広く用いることができる。そのよう
な有機非線形光学材料として具体的には、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−
ニトロフェニル）−（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ｌ　、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−ニトロピ
リジン］さらには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）ピロール、２〜ジメチルアミノ１−５
−二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。

また上記実施例では、２枚の基板１１．１２のうちの一
方のみに溝１１ｂが設けられているが、第３図に示すよ
うに基板１１．１２の双方に溝ｉｎ、１２ｂを設けて、
これらの溝１１ｂＳ１２ｂが構成する中空部内に導波部
ｉ３を形成してもよい。さらに、上記溝の断面形状は矩
形に限らず、その他例えば円形等とされてもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り本発明においては、基板の表面
に溝を形成し、この溝を他の基板で閉じた後に該溝中に
非線形光学材料を充てんさせるようにしたので、溝寸法
つまりは導波部およびクラッド部の寸法を精度良く所望
値に制御可能であり、高い導波効率を得ることができる また本発明においては、上記２枚の基板を同一屈折率の
ものとし、それらをオプティがルコンタクトによって貼
り合わせているので、クラッド部に屈折−率段差が生じ
ることがなく、よってこの点からも導波効率を高め、ま
たリング状の波長変換波断面パターンを得て該波長変換
波を十分に絞り込むことが可能となる。

さらに本発明においては、２枚の基板が上述のようにし
て簡単に貼り合わされるので、光波長変換素子の製造が
容易になり、その歩留りも向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法による光波長変換素子の製造の様
子を順を追って示す説明図、 第２図は、本発明の一実施例による光波長変換素子の使
用状態を示す概略側面図、 第３図は、本発明の別の実施例による光波長変換素子を
示す概略正面図である。 ５・・・研磨装置　　　　　６・・・フォトレジスト７
・・・ヒータ　　　　　　１０・・・光波長変換素子１
１、（２・・・基　板　　　　Ｌ１ａＳＬ２ａ・・・基
板表面１１ｂ、　１２ｂ・・・溝　　　　１３・・・導
波部１３’　・・・ＰＲＡＭ液 （１） （２） 第 図 （７） 第 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）それぞれの一表面どうしがオプティカルコンタク
   トにより接合して、互いに貼り合わされた同屈折率の２
   枚の基板と、 これらの基板の前記表面の少なくとも一方に形成された
   溝内に充てんされた、該基板よりも高屈折率の非線形光
   学材料とからなる光波長変換素子。
2. （２）屈折率が相等しい基板の各一表面を、オプティカ
   ルコンタクトが可能な程度に研磨するとともに、これら
   の表面の少なくとも一方に溝を形成し、これらの表面を
   オプタィカルコンタクトにより接合して前記２枚の基板
   を貼り合わせ、 次いで前記溝内に、基板よりも高屈折率の非線形光学材
   料を充てんさせることを特徴とする光波長変換素子の製
   造方法。