JPH03160423A - 有機非線形光導波路素子 - 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〕 本発明は有機非線形光導波路素子に関し、詳しくは、微
孔構造をもった無機酸化物ガラスの微孔内に非線形光学
応答に示す有機或分が含有せしめられ、しかも、その有
機成分を含有したところは薄層で屈折率分布が形成され
る有機非線形光導波路素子に関する． 〔従来の技術〕 非線形光学材料としては、ＬｉＮｂＯ，やＫＨ２ＰＯ４
などの無機物単結晶が多く用いられてきている。だが，
これら無機物単結晶は光学的に純度の高いものでは非常
に高価なうえ、光損傷（レーザー光による分子の破壊）
の閾値が低いといった問題点が残されている。

ところが，近時、ある種の有機材料においては高い非線
形光学性能を有することが見出され、無機材料をしのぐ
性能及び高速応答性から注目されている。そのような非
線形有機材料は例えば「有機非線形光学材料」加藤政雄
、中西八郎監修（シー・エム・シー社１９８３年発行）
などに詳しく記載されている．だが、そこにみられる非
線形有機材料は単結晶のものとして得られにくく、また
、耐薬品性に乏しい等の理由から、素子への実装或いは
電極の形成などには困難を伴ない、それ故、デバイス化
するには多くの課題を残している． もっとも，特開昭６３−２８２７２１号，特開平１−９
３７２１号などの公報には、無機酸化物ガラスの微孔に
非線形光学応答を示す有機成分を含有させた非線形光学
媒体が提案されている． 一方、非線形光学効果は入射光強度，印加電界強度が大
きいほどより良好な結果が期待できるたれ，実効の入射
光強度及び／又は印加電界強度に大きく依存している光
導波路デバイスには非線形光学材料の使用が適当である
。このため、先にあげたＬｉＮｂＯａなどの無機非線形
材料を用いて既知のＴｉ拡散又はプロトン交換などの手
段で先導波路素子がつくられている． 有機材料を用いて非線形光導波路素子を作成することは
難しく、それ故，有機非線形光学材料をポリマーにブレ
ンドしポーリングする方法（特開昭６１−１８６９４２
号公報）、ポリマーの一部に非線形光学応答を示す基を
導入する方法（特開昭６１−６９０３９号、同６２−１
９０２０８号，同６２−１９０２２３号、同６２−１９
０２３０などの公報）等で得られたポリマーは成膜性が
比較的良好なため，そうしたポリマーを光導波路材料と
して応用することも考えられている．だが．いずれの場
合においても，これら従来より知られている素子は、ガ
ラス等の透明基板上に慣用の方法でポリマーの薄膜を形
成するか，例えば二枚のガラスによってつくられる空隙
にポリマ一を充填する等の方法が用いられるため，光導
波路の膜厚制御は難かしい、基板との密着性が良好でな
い、大きな非線形光学係数が得られない，等の理由から
必がしもよい結果はもたらされていないのが実情である
． 〔発明が解決しようとする課題〕 本発明は上記のような不都合を解消し、レーザー周波数
変換、光回路の情報制御、光スイッチなどに応用しうる
有機非線形先導波路素子を提供するものである， 〔課題を解決するための手段〕 本発明の有機非線形光波路素子は、微孔構造をもった無
機酸化物ガラスのその微孔内に有機非線形光学物質を含
有せしめた構造体において、有機非線形光学物質含有層
が先導波特性を示しうる薄層であることを特徴としてい
る． ちなみに、本発明者らは有機非線形先導波路素子につい
て多くの検討を行なってきた結果、無機酸化物ガラスの
微孔内に有機非線形光学物質層を先導波特性を示しうる
薄層として形成せしめることによって良好な先導波路が
形成でき，前記課題が十分達威しうることを確めた．本
発明はこれによりなされたものである． 以下に本発明をさらに詳細に説明する．前記のごとく，
本発明における光導波路は、微孔構造をもった無機酸化
物ガラスのその微孔に有機非線形光学物質が含有された
薄膜をもって形威されている． ここで用いられる微孔構造をもった無機酸化物ガラスは
，無機酸化物ガラスに微孔構造を形威させたものである
．無機酸化物ガラス自体は、典型的には、シリカのみか
ら或いはシリカと約２０重量＄までの１〜２種程度の他
の無機像化物との混合物から構成される．前記他の無機
酸化物の例としてはリチウム、ナトリウム，カリウム、
ルビジウム、セシウム，マグネシウム、カルシウム，ス
トロンチウム、バリウム、チタン、ジルコニウム、バナ
ジウム、タンタル酸、クロム、モリブデン，タングステ
ン、マンガン、鉄，ニッケル，コバルト、銅、亜鉛、カ
ドミウム，ホウ素，アルミニウム，リン、ガリウム、ゲ
ルマニウム、スズ，砒素、アンチモン、ビスマス、セレ
ン等が挙げられる．この無機酸化物ガラスに微孔構造を
形或するには、既知のパイ力一法、コーニング法、化学
蒸着法、ホワイトカーボン法、コロイドシリカ法、シリ
カーゲル法、ゾルーゲル法等が応用されるが、中でもゾ
ルーゲル法は不純物の混入が少なく、微孔構造も均一で
あり優れた光学特性を示すことから特に好ましい．一般
に、微孔サイズは１５〜２，０００人好ましくは５０〜
３００人，微孔容積は全体の約１０〜８０％で調整でき
る．なお，これら無機酸化物ガラスに微孔構造を形成す
る詳細な説明は特開昭６３一２８２７２１号公報に詳述
されている．非線光学応答を示す有機材料は小分子（化
合物）、オリゴマー及びポリマーのいずれであってもか
まわない．また、これらは１種又は２種以上の混合物で
あってもよいが、少なくともその１種は非局在冗電子を
もつ分子である。こうした非線形光応答を示す有機材料
の代表例には、例えば公知化合物のｐ−ニトロアニリン
，２−メチル−４−ニトロアニリン、４−Ｎ，Ｎ−ジメ
チルアミノニトロスチルベン（ＤＡＮＳ）、またフェニ
ルヒドラゾン、トリフェニルアミン、４−クロルスチル
ベン誘導体あるいはニトロベンゼン等が挙げられる。

これらの他にも、側鎖あるいは直鎖の一部に、非線形光
学応答を示す基を含む高分子、あるいは、非線形光学応
答を示す有機分子とブレンドした透明性高分子であって
もかまわない． ところで、前記非線形光学応答を示す有機分子の分子分
極率Ｐは千式の様に書き表わされる．ｐ＝μ＋αＥ＋β
ＥＥ＋γＥＥＥ＋・・・（但し、μ：電極線の電気或分
のような電界との相互作用によって起こる励起状態 α：周知の線形もしくは一次分極率 β：二次の超分極率 γ：三次の超分極率 Ｅ：電界 である．） 前記の有機分子は一般的に大きなβ、Ｙを持っており、
潜在的に高い非線形光学性能を持っている．しかし、巨
視的には，非線形光学効果は個々の分子の分極の重ね合
わせの結果が観測されるため、分子の配例状態によって
は，分子の性能が高くても所望の非線形光学効果たとえ
ば、第２高周波発生（ＳＨＧ）等を示さない場合もある
．この様な場合には、微孔中で、該有機非線形分子が自
由に回転できる状態たとえば融点以上あるいは熱軟化点
以上で外場例えば電界、磁界、機械的応力等で分子配列
を制御し、後に適切な配列状態で冷却固化する方法を行
なうことにより，所望の非線−形光学効果を発現させる
ようにすればよい．先に触れたように、本発明の有機非
線形光導波路素子は，前記の微孔構造をもった無機酸化
物ガラスのその微孔内に有機非線形光学物質が光導波特
性を示しうるように薄層に含有せしめられている．ここ
での「薄層」がどの程度であるかは、光源の波長によっ
て幾分異なったものとなってくるが，通常はｌＯ，ａ以
下である．そして、この「薄層」によって形威される光
導波路はパターン化されているのが一般であり、パター
ンは有機非線形光導波路素子がレーザー周波数変換、光
スイッチその他の用途によって相違してくるのは従来と
かわりはない． 実際に、本発明の有機非線形光導波路素子をつくるには
，幾つかの方法が考えられるが，例えば次のようにして
作製するのが便利である．先ず，第２図に示したように
，微孔構造をもった無機酸化物ガラス１の表面に，リン
グラフ法を用いて、所望の光導波路パターンとはネガ型
に対応するマクス２を設ける． 続いて、この状態のものに前記非線形有機分子を含む液
体即ち該分子の液相状態、該分子を一成分として含む蒸
気あるいはミスト中に放置することによって、前記非線
形有機分子を含む成分を光導波路パターン応じてガラス
中に拡散せしめる．前記非線形有機分子が拡散された部
位は，空孔に該或分が充てんされるため、周囲に比べ屈
折率が増加するので、この部分を光導波路とした埋め込
み型有機非線形光導波路素子を形成することができる．
先導波路の深さは液体、ミストあるいはガス中での放置
時間，あるいは温度、ガス圧等によって容易制御しうる
． しかる後，マスクはエッチング等により除去されて，意
図する光導波路３を有した有機非線形光導波路素子がつ
くられる（第ｌ図）． なお、第１図に示した本発明に係る素子はそのままで波
長変換に利用できるが，第３図に示したように，この光
導波路３の近傍に電極４を取りつけ電圧５を印加するよ
うにすれば光スイッチング、光変調等に広く利用するこ
とが可能となる．〔実施例〕 平均微孔径が４０〜５０人のゾルーゲル法により作製し
た微孔構造をもった無機酸化物ガラス板（１０Ｘ５Ｘ　
３ｍｍ）を用意し、この表面に通常のフォトリソグラフ
法によりＡＱのマスクを第２図に示したように形成した
．これを、減圧し、６０〜８０℃に加熱して、２−メチ
ル−４−ニトロアニリンの蒸気で満たした炉内に放置し
た．ガラス板を取り出しＡＱマスクをとりのぞいたとこ
ろ、第１図に示したような光導波路３が形威された． この光導波路素子の上面で光導波路の近傍に電極を取り
つけ、この素子を約１４０℃に熱し、約１×１０’ｖ／
ｃ■の電界を約２分間印加した後，電界を印加したまま
該素子を室温まで冷却し微孔内の分子の配向処理を行っ
た．該素子の端面を光学研磨し、Ｎｄ　：　ＹＡＧレー
ザの光（１０６４ｎｍ）を端面より入射したところ、他
方よりＳＨＧ光（５３２ｎｍ）が確認された（第３図）
． 〔発明の効果〕 本発明の有機非線形光導波路素子は．光導波路サイズが
正確なものであるため、使用上極めて有利である．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る有機非線形先導波路素子の概略図
である． 第２図は本発明に係る素子の製造法を説明するための図
である． 第３ｒＪ！Ｉは本発明に係る素子の使用法の一例を示し
た図である． １・・・微細構造をもった無機酸化物ガラス２・・・マ
スク ３・・・光導波路 ４・・・電極 ５・・・電圧

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）微孔構造をもった無機酸化物ガラスのその微孔内
   に有機非線形光学物質を含有せしめた構造体において、
   有機非線形光学物質含有層が光導波特性を示しうる薄層
   であることを特徴とする有機非線形光導波路素子。