JPH03225327A - Second harmonic generating element and production thereof - Google Patents

Second harmonic generating element and production thereof

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JPH03225327A
JPH03225327A JP1883390A JP1883390A JPH03225327A JP H03225327 A JPH03225327 A JP H03225327A JP 1883390 A JP1883390 A JP 1883390A JP 1883390 A JP1883390 A JP 1883390A JP H03225327 A JPH03225327 A JP H03225327A
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JP
Japan
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glass
glass capillary
tube
nonlinear optical
capillary tube
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JP1883390A
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Japanese (ja)
Inventor
Minehiro Sotozaki
峰広 外崎
Koichi Tatsuki
幸一 田附
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PURPOSE:To obtain a second harmonic generating element ensuring a satisfactory wave front of Cerenkov radiation and having superior light convergency by filling an org. nonlinear optical material into a glass capillary tube having >=1,000 ratio of the outside diameter to the inside diameter. CONSTITUTION:A glass tube 3 is concentrically set in a glass tube 1, the resulting multi-tubed structure is fitted to a prescribed drawing device used to produce a capillary tube and a glass capillary tube having >=1,000 ratio of the outside diameter to the inside diameter is formed by heating and drawing the structure. An org. nonlinear optical material such as 2-methyl-4-nitroaniline is sucked into the hollow 6 of the capillary tube by capillarity and converted into a single crystal. Second harmonics SH whose wavelength is 1/2 of that of fundamental waves FW are radiated into the clad part 40 of the resulting element at a certain Cerenkov angle theta and second harmonics having a ring- shaped wave front 45 of radiation are taken out from the emergence end 40b.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザー光を利用する情報処理分野。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention is in the field of information processing that uses laser light.

計測制御分野等において使用される第二高調波発生素子
(以下、SHG素子と称する。)およびその製造方法に
関し、特に良好なチェレンコフ放射波面と高出力の得ら
れるファイバー型のSHG素子およびその製造方法に関
する。
Regarding second harmonic generation elements (hereinafter referred to as SHG elements) used in the measurement control field, etc., and their manufacturing methods, fiber-type SHG elements that can obtain particularly good Cerenkov radiation wavefronts and high output, and their manufacturing methods. Regarding.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、有機非線型光学材料からなるコア部を包囲す
るクラッド部として内径に対する外径の比が1000以
上と極端に大きいガラス毛細管を使用することにより、
チェレンコフ放射波面が良好で集光等の用途に適するフ
ァイバー型のSHG素子を提供しようとするものである
The present invention uses a glass capillary tube with an extremely large ratio of outer diameter to inner diameter of 1000 or more as a cladding part surrounding a core part made of an organic nonlinear optical material.
The present invention aims to provide a fiber-type SHG element that has a good Cerenkov radiation wavefront and is suitable for uses such as light collection.

さらに本発明は、上記SHG素子のクラッド部を構成す
るガラス毛細管の作成を、いわゆる同軸同時延伸により
可能とするものである。
Furthermore, the present invention makes it possible to create the glass capillary tube constituting the cladding portion of the SHG element by so-called coaxial simultaneous stretching.

さらに本発明は、上記ガラス毛細管の中空部の内圧を高
めた状態で加熱して該ガラス毛細管を局部的に膨張させ
ることにより、基本波の入射効率を高めるためのテーパ
一部をコア部の一端に精度良く形成し、高出力型のSH
G素子を製造しようとするものである。
Furthermore, the present invention provides a tapered portion at one end of the core portion for increasing the fundamental wave incidence efficiency by heating the glass capillary while increasing the internal pressure in the hollow portion of the glass capillary to locally expand the glass capillary. High-output type SH
The purpose is to manufacture a G element.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

レーザー光を利用して情報処理や計測制御等を行うオプ
トエレクトロニクスの分野においては、光源の短波長化
(高周波数化)と高出力化への要求が一段と高まってい
る。この光源としては、小型で近年価格も下がっている
半導体レーザーが広く使用されている。しかし、700
0Å以下の短波長光を必要とする場合には従来の半導体
レーザーでは発振困難であるため、気体レーザーを使用
せざるを得ず、関連機器の大型化は避けられなかった。
In the field of optoelectronics, which uses laser light to perform information processing, measurement control, etc., there is an increasing demand for shorter wavelengths (higher frequencies) and higher output light sources. Semiconductor lasers, which are small and whose price has fallen in recent years, are widely used as this light source. However, 700
When short-wavelength light of 0 Å or less is required, it is difficult to oscillate with conventional semiconductor lasers, so gas lasers have to be used, making it inevitable to increase the size of related equipment.

そのため、第二高調波発生(SHG)の現象を利用して
光源からの基本波の波長を172に変換することのでき
るSHG素子が研究されている。SHG素子は非線型光
学材料を使用して構成され、角周波数ωの基本波によっ
て材料内部に生じた非線型分極から角周波数2ωの第二
高調波を発生するものである。このような素子を利用す
れば、肉眼では見えない赤外線レーザーを可視化して新
しいタイプの表示装置を提供したり、ビームスポット径
を小さくして光学情報記録媒体の記録密度を一挙に4倍
とすること等が可能となる。
Therefore, SHG elements that can convert the wavelength of the fundamental wave from the light source to 172 nm using the phenomenon of second harmonic generation (SHG) are being researched. The SHG element is constructed using a nonlinear optical material, and generates a second harmonic with an angular frequency of 2ω from nonlinear polarization generated inside the material by a fundamental wave with an angular frequency of ω. By using such elements, we can visualize infrared lasers that are invisible to the naked eye and provide a new type of display device, or quadruple the recording density of optical information storage media by reducing the beam spot diameter. It becomes possible to do things like this.

上記SHO素子には、大別してバルク状の非線型光学結
晶を使用するバルク型と、導波路を有する導波路型とが
ある。近年、光源として半導体レーザーが多用されてい
ることを考慮すると、装置の小型化、低コスト化を実現
し、比較的パワーの小さい半導体レーザーから効率良く
第二高調波を発生させるという観点から導波路型が有利
である。
The above-mentioned SHO element can be roughly divided into a bulk type using a bulk nonlinear optical crystal and a waveguide type having a waveguide. Considering that semiconductor lasers have been widely used as light sources in recent years, waveguides have been developed from the viewpoint of making devices smaller and lower in cost, and efficiently generating second harmonics from semiconductor lasers with relatively low power. Type is advantageous.

さらに導波路型には、ニオブ酸リチウム(LiNbO,
)等の非線型光学材料からなる基板上にリッジを形成し
たりッジ型、適当なりラッド材の中に非線型光学材料か
らなるコアを配したファイバー型等の種類がある。この
うちファイバー型は、小型化に適すること、得られる第
二高調波のビーム形状の対称性が高い等の利点を有して
いる。
Furthermore, the waveguide type includes lithium niobate (LiNbO,
There are various types, such as a ridge type in which a ridge is formed on a substrate made of a nonlinear optical material such as ), and a fiber type in which a core made of a nonlinear optical material is arranged in a suitable rad material. Among these, the fiber type has advantages such as being suitable for miniaturization and having a highly symmetrical beam shape of the obtained second harmonic.

また、上記非線型光学材料には、従来から知られている
リン酸二水素カリウムや上記ニオブ酸リチウム等の無機
化合物の他に、近年ではこれらの無機化合物を迩かに上
回る非線型光学効果と高速応答性を示す有機化合物が見
出されており、有機分子構造の多様性を活かして様々な
分子設計の試みがなされている。
In addition to the conventionally known inorganic compounds such as potassium dihydrogen phosphate and the above-mentioned lithium niobate, the nonlinear optical materials mentioned above include inorganic compounds that have nonlinear optical effects that significantly exceed those of these inorganic compounds. Organic compounds that exhibit high-speed response have been discovered, and various molecular designs are being attempted by taking advantage of the diversity of organic molecular structures.

したがって、有機非線型光学材料からなるコアを有する
ファイバー型のSHG素子は、その応用。
Therefore, a fiber-type SHG element having a core made of organic nonlinear optical material is suitable for its applications.

発展が将来的にも極めて有望視されるものである。This is something that holds great promise for future development.

かかるファイバー型のSHG素子と周辺光学系の代表的
な構成を第7図に示す、このSHG素子は、ガラス毛細
管等からなるクラッド部(4o)の中央部に、有機非線
型光学材料としてたとえば2メチル−4−ニトロアニリ
ン(MNA)を充填してなるコア部(41)を配してな
るものである。ここで、クラッド部(40)の屈折率は
コア部(41)の屈折率よりも低く選ばれている。この
SHG素子の外部には半導体レーザー(42)とコリメ
ーターレンズ(43)および集光レンズ(44)等が置
かれ、上記半導体レーザー(42)から放出される基本
波FWを上記各レンズを介して入射側端面(40a)か
らコア部(41)へ入射するようになされている。基本
波FWがコア部(41)の内部で全反射を繰り返しなが
ら伝播する間に、基本波FWの半分の波長を有する第二
高調波SHが一定のチェレンコフ角θをもってクラッド
部(40)内に放射され、モードマツチした成分だけが
出射側端面(40b)から空気中へ放出される。この際
、出射側端面(40b)の後段に基本波を遮断するため
のフィルター等を設けておけば、リング状の放射波面(
45)を有する第二高調波SHを選択的に取り出すこと
ができる。
A typical configuration of such a fiber-type SHG element and peripheral optical system is shown in FIG. 7. This SHG element has an organic nonlinear optical material such as 2 A core portion (41) filled with methyl-4-nitroaniline (MNA) is arranged. Here, the refractive index of the cladding part (40) is selected to be lower than the refractive index of the core part (41). A semiconductor laser (42), a collimator lens (43), a condensing lens (44), etc. are placed outside this SHG element, and the fundamental wave FW emitted from the semiconductor laser (42) is transmitted through each of the lenses. The light enters the core portion (41) from the incident side end surface (40a). While the fundamental wave FW propagates inside the core part (41) while repeating total reflection, the second harmonic SH having half the wavelength of the fundamental wave FW enters the cladding part (40) with a constant Cerenkov angle θ. Only the radiated and mode-matched components are emitted into the air from the emission side end face (40b). At this time, if a filter or the like is provided after the output side end face (40b) to block the fundamental wave, a ring-shaped radiation wavefront (
45) can be selectively extracted.

ところで、第7図に示されるようなSHG素子から得ら
れた第二高調波SHを集光して微細なビームスポットを
形成するためには、該第二高調波SHのコヒーレンスが
良好でなければならず、したがって単一モード伝搬をさ
せることが必要となる。第二高調波SHの導波自体は、
クラッド部(40)と空気との間の屈折率を利用する全
反射により該クラッド部(40)内を伝搬させるモード
によっても可能であるが、この場合は第二高調波SHが
コア部(41)を通過する際に干渉を起こすので、伝搬
効率が低下すること、放射波面の揃った光が得られず集
光の目的には不適切であること等の実用上の問題点が多
い。
By the way, in order to condense the second harmonic SH obtained from the SHG element as shown in FIG. 7 and form a fine beam spot, the coherence of the second harmonic SH must be good. Therefore, it is necessary to allow single mode propagation. The waveguide itself of the second harmonic SH is
It is also possible to use a mode that propagates within the cladding part (40) by total reflection using the refractive index between the cladding part (40) and air, but in this case, the second harmonic SH is transmitted to the core part (41 ), there are many practical problems, such as a decrease in propagation efficiency and the fact that light with a uniform emitted wavefront cannot be obtained, making it unsuitable for the purpose of condensing light.

このような事情から、ファイバー型SHG素子の寸法は
、外径を2r、全長を2.チェレンコフ放射角をθとす
るときI!−tanθ〉rの関係を満たすように設定さ
れ、典型的にはチェレンコフ放射角θが9〜10″の場
合、外径2r−1〜2mm。
Due to these circumstances, the dimensions of the fiber type SHG element are 2r for the outer diameter and 2.2r for the total length. When the Cerenkov radiation angle is θ, I! It is set to satisfy the relationship: -tan θ>r, and typically, when the Cherenkov radiation angle θ is 9 to 10'', the outer diameter is 2r-1 to 2 mm.

全長!=3〜5mmとされる。さらに、単一モード伝搬
を実現するにはコア部(41)への基本波FWの入射角
を狭く規定することが必要であり、そのためクラッド部
(40)の内径〔すなわちコア部(41)の直径〕はl
um程度とされる。つまり、クラッド部(40)を構成
するガラス毛細管としては、内径に対する外径の比が1
000以上もの材料が必要となるわけである。
full length! =3 to 5 mm. Furthermore, in order to realize single mode propagation, it is necessary to narrowly define the angle of incidence of the fundamental wave FW on the core part (41), and therefore the inner diameter of the cladding part (40) [i.e. Diameter] is l
It is said to be about um. In other words, the ratio of the outer diameter to the inner diameter of the glass capillary tube constituting the cladding part (40) is 1.
More than 1,000 materials are required.

しかしながら、このような内径と外径の比が極端に大き
いガラス毛細管を実際に製造することは技術的に困難で
ある。そこで、従来ではこれを解決する一方法として、
内径数μm、外径数十μm程度のガラス毛細管の中空部
に有機非線型光学材料を充填して結晶化させた後、該ガ
ラス毛細管をより径の大きいガラス管の中空部に挿入し
、両者の隙間を上記有機非線型光学材料の結晶化温度よ
り低い融点を有するモールド樹脂により充填して見掛は
上の外径を大とした構成が考えられている。
However, it is technically difficult to actually manufacture a glass capillary tube with such an extremely large ratio of inner diameter to outer diameter. Therefore, one way to solve this problem is to
After filling the hollow part of a glass capillary with an inner diameter of several μm and an outer diameter of about several tens of μm with an organic nonlinear optical material and crystallizing it, the glass capillary is inserted into the hollow part of a glass tube with a larger diameter, and both A structure has been considered in which the gap is filled with a molding resin having a melting point lower than the crystallization temperature of the organic nonlinear optical material, so that the outer diameter of the material is apparently increased.

〔発明が解決しようとする!II!り しかし、上述のようなモールド樹脂を使用したSHG素
子には幾つかの欠点がある。第一に、ガラス管とモール
ド樹脂との界面を平滑に形成することが困難であるため
、チェレンコフ放射波面が乱れて集光性が劣化する。第
二に、モールド樹脂が基本波の波長帯域に吸収を有する
ために、入射光のパワーが大きい場合にはモールド樹脂
の焼失や飛散が生じ、入射側端面を汚染する戊れが大き
い、したがって、上記の構成では実用性に優れるSHG
素子を提供できないのが実情である。
[Invention tries to solve! II! However, the SHG element using molded resin as described above has several drawbacks. First, since it is difficult to form a smooth interface between the glass tube and the molded resin, the Cerenkov radiation wavefront is disturbed and the light focusing performance is deteriorated. Second, since the mold resin has absorption in the wavelength band of the fundamental wave, when the power of the incident light is large, the mold resin burns out or scatters, and there is a large possibility of contaminating the end face on the incident side. With the above configuration, the SHG has excellent practicality.
The reality is that we cannot provide the elements.

以上は、単一モード伝搬を考慮した場合のガラス毛細管
の内外径比に間する検討であるが、入射効率の向上もS
HG素子の重要な課題である。従来のファイバー型5)
IG素子は、ガラス毛細管の内径が全長にわたって一定
であるため、開口数の大きい集光レンズを使用して基本
波を入射させる際の入射効率は極めて低く、したがって
高出力を得ることができない。
The above is a study on the ratio of the inner and outer diameters of the glass capillary when single mode propagation is taken into account, but improvement of the incidence efficiency is also important.
This is an important issue for HG devices. Conventional fiber type 5)
In the IG element, since the inner diameter of the glass capillary is constant over the entire length, the incidence efficiency when a fundamental wave is incident using a condensing lens with a large numerical aperture is extremely low, and therefore high output cannot be obtained.

そこで本発明は、良好なチェレンコフ放射波面と高出力
の得られる第二高調波発生素子およびその製造方法を提
供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a second harmonic generation element that can obtain a good Cerenkov radiation wavefront and high output, and a method for manufacturing the same.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

本発明者らは上述の目的を達成するために検討を重ねた
結果、光ファイバーの製造分野において行われているロ
ッドインガラス法にヒントを得、径の異なるガラス管同
士の同軸同時延伸を行えば、内径に対する外径の比が1
000以上と大きいガラス毛細管を精度良く製造できる
こと、およびかかるガラス毛細管の中空部に有機非線型
光学材料を充填すればチェレンコフ放射波面が良好で集
光性に優れるファイバー型のSHG素子を提供できるこ
とを見出した。
As a result of repeated studies to achieve the above-mentioned object, the present inventors took a hint from the rod-in glass method used in the field of optical fiber manufacturing, and found that by coaxially drawing glass tubes of different diameters simultaneously. , the ratio of the outer diameter to the inner diameter is 1
We have discovered that it is possible to manufacture glass capillaries as large as 000 or more with high precision, and that by filling the hollow part of such glass capillaries with an organic nonlinear optical material, it is possible to provide a fiber-type SHG element with a good Cerenkov radiation wavefront and excellent light focusing ability. Ta.

さらに本発明者らは、クラッド部の内径、すなわちコア
部の直径が入射側端面に向かって拡大するように該コア
部に適当なテーパーを設ければ基本波の入射効率を向上
させることができ、かかるガラス毛細管は内外圧力差を
利用した局部的な加熱膨張により製造できることを見出
した。
Furthermore, the present inventors have found that the incidence efficiency of the fundamental wave can be improved by providing an appropriate taper in the core part so that the inner diameter of the cladding part, that is, the diameter of the core part expands toward the incidence side end face. It was discovered that such a glass capillary tube can be manufactured by local heating expansion using the difference in internal and external pressure.

本発明は、上述の知見にもとづいて完成されたものであ
る。
The present invention was completed based on the above-mentioned findings.

すなわち、本発明の第1の発明にがかるSHG素子は、
内径に対する外径の比が1000以上のガラス毛細管中
に有機非線型光学材料が充填されてなることを特徴とす
るものである。
That is, the SHG element according to the first aspect of the present invention is
It is characterized in that an organic nonlinear optical material is filled in a glass capillary tube having an outer diameter to inner diameter ratio of 1000 or more.

さらに、本発明の第2の発明にかかるSHG素子の製造
方法は、径の異なる複数本のガラス管を同軸状に配して
なる多重管構成体を加熱延伸すると同時に熱融着により
一体化して内径に対する外径の比が1000以上である
ガラス毛細管を形成する工程と、前記ガラス毛細管の中
空部に有機非線型光学材料を充填する工程を有すること
を特徴とするものである。
Furthermore, the method for manufacturing an SHG element according to the second aspect of the present invention includes heating and stretching a multi-tube structure formed by coaxially arranging a plurality of glass tubes having different diameters, and at the same time integrating them by heat fusion. This method is characterized by comprising a step of forming a glass capillary tube having an outer diameter to inner diameter ratio of 1000 or more, and a step of filling the hollow part of the glass capillary tube with an organic nonlinear optical material.

さらに、本発明の第3の発明にがかるSHG素子の製造
方法は、径の異なる複数本のガラス管を同軸状に配して
なる多重管構成体を加熱延伸すると同時に熱融着により
一体化して内径に対する外径の比が1000以上である
ガラス毛細管を形成する工程と、前記ガラス毛細管の中
空部に所定量の液体を封入して加熱気化により内圧を上
昇させる工程と、前記ガラス毛細管を局所的に軟化点よ
り高い温度に加熱して被加熱部を膨張させる工程と、前
記ガラス毛細管の中空部から前記液体を除去して有機非
線型光学材料を充填する工程を有することを特徴とする
ものである。
Furthermore, the method for manufacturing an SHG element according to the third aspect of the present invention includes heating and stretching a multi-tube structure formed by coaxially arranging a plurality of glass tubes having different diameters, and at the same time integrating them by heat fusion. a step of forming a glass capillary having an outer diameter to inner diameter ratio of 1000 or more; a step of sealing a predetermined amount of liquid into the hollow part of the glass capillary and increasing the internal pressure by heating vaporization; The method is characterized by comprising a step of heating the heated portion to a temperature higher than its softening point to expand the heated portion, and a step of removing the liquid from the hollow portion of the glass capillary and filling it with an organic nonlinear optical material. be.

本発明のSHC素子のクラッド部はガラス毛細管により
構成されるものである。一般に上記ガラス毛細管の原料
ガラスとしては、コアに使用される後述の有機非線型光
学材料よりも低い屈折率を有し、第二高調波に対して透
明であり、製造過程において中空部に溶融状態で後述の
有機非線型光学材料を充填する必要から該有機非線型光
学材料よりも高い融点を有し、かつ十分な強度と優れた
成形性を有するガラスが好適とされる。しかし、本発明
ではガラス毛細管が同軸同時延伸により製造されること
から、脈理を発生しにくいことも重要な特性である。そ
のためには屈折率1.40〜1.98の鉛ガラスが特に
好適である。
The cladding portion of the SHC element of the present invention is composed of a glass capillary tube. In general, the raw material glass for the above-mentioned glass capillary has a lower refractive index than the organic nonlinear optical material used for the core, which will be described later, is transparent to the second harmonic, and is in a molten state in the hollow part during the manufacturing process. Since it is necessary to fill the glass with an organic nonlinear optical material to be described later, a glass having a melting point higher than that of the organic nonlinear optical material, sufficient strength, and excellent moldability is preferred. However, in the present invention, since the glass capillary tube is manufactured by simultaneous coaxial stretching, an important property is that it is less likely to generate striae. For this purpose, lead glass having a refractive index of 1.40 to 1.98 is particularly suitable.

上記ガラス毛細管の中空部に充填されてコア部を形成す
る有機非線型光学材料としては、高いSHG活性を有す
る公知の化合物が適用可能である。
As the organic nonlinear optical material filled in the hollow part of the glass capillary to form the core part, known compounds having high SHG activity can be used.

例示すれば、2−メチル−4−ニトロアニリン(MNA
)、2.N−ジメチル−4−二トロアニリン(MNMA
)、1−ジメチルアミノ−2−アセトアミド−4−二ト
ロベンゼン(DAN)、メチル−(2,4−ジニトロフ
ェニル)アミノプロピオネート(MAP)、l(α−メ
チルベンジルアミノ)−5−二トロピリジン[MBA−
NP]2−(2−ヒドロキシメチルピロリジノ)−5ニ
トロピリジン(PNP)、3−メチル−4−ニトロピリ
ジン−N−オキシド(POM)等である。
For example, 2-methyl-4-nitroaniline (MNA
), 2. N-dimethyl-4-nitroaniline (MNMA
), 1-dimethylamino-2-acetamido-4-nitrobenzene (DAN), methyl-(2,4-dinitrophenyl)aminopropionate (MAP), l(α-methylbenzylamino)-5-di Tropyridine [MBA-
NP]2-(2-hydroxymethylpyrrolidino)-5nitropyridine (PNP), 3-methyl-4-nitropyridine-N-oxide (POM), and the like.

なお、SHGを実現するためには二次の非線型感受率χ
I)が大きいことがまず必要である。このような観点か
ら、上述の化合物はいずれも芳香環をはさんで電子吸引
性基と電子供与性基を配した構造を共通に有している。
In addition, in order to realize SHG, the second-order nonlinear susceptibility χ
First of all, it is necessary that I) be large. From this point of view, all of the above-mentioned compounds have in common a structure in which an electron-withdrawing group and an electron-donating group are arranged with an aromatic ring in between.

しかし、たとえばpニトロアニリンや4′−ジメチルア
ミノ−4−ニトロスチルベン等のように上述のような構
造をとっていても反転対称性を有するためにSHGを発
現しない化合物もある。このような化合物については、
立体障害の大きい置換基の導入、光学活性基の導入、水
素結合の導入、永久双極子を小さくする等の手段により
本発明に適用可能となる。
However, there are some compounds, such as p-nitroaniline and 4'-dimethylamino-4-nitrostilbene, which do not express SHG because they have inversion symmetry even if they have the above-mentioned structure. For such compounds,
It can be applied to the present invention by means such as introducing a substituent with large steric hindrance, introducing an optically active group, introducing a hydrogen bond, and reducing a permanent dipole.

上記ガラス毛細管を作成するには、径の異なる複数本の
ガラス管を同軸状に配してなる多重管構成体を加熱延伸
すると同時に熱融着により一体化させる。加熱延伸時の
温度は、屈伏点以上かつ軟化点以下に選ばれる。屈伏点
より低温側では同軸状に配された複数のガラス管同士が
融着せず、軟化点より高温側ではガラス材料が自重によ
り流動するために中空部が潰れてしまう、上述の温度範
囲におけるガラス材料の粘度は、おおよそ10’〜IQ
I lボイズである。
In order to create the above-mentioned glass capillary tube, a multi-tube structure consisting of a plurality of glass tubes having different diameters arranged coaxially is heated and stretched, and at the same time, integrated by heat fusion. The temperature during heating and stretching is selected to be higher than the yield point and lower than the softening point. Glass in the temperature range mentioned above, where the glass tubes arranged coaxially do not fuse to each other at temperatures lower than the yielding point, and the hollow portion collapses due to the glass material flowing under its own weight at temperatures higher than the softening point. The viscosity of the material is approximately 10'~IQ
I l boys.

ところで、同軸同時延伸によりガラス毛細管を製造する
技術は、たとえば特開昭63−185838号公報にも
みることができる。しかし、上記公報は屈折率が1.5
程度の石英系ガラスを使用して光ファイバーの接続に用
いられるガラスフェルールを製造する技術を開示したも
のであり、本発明とは目的も効果も異なるものである。
By the way, a technique for manufacturing a glass capillary tube by coaxial simultaneous stretching can also be found in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 185838/1983. However, in the above publication, the refractive index is 1.5.
This disclosure discloses a technique for manufacturing a glass ferrule used for connecting optical fibers using quartz-based glass of approximately 100%, and is different in purpose and effect from the present invention.

すなわち、石英系ガラスの同軸同時延伸では橿めて脈理
が発生し易く、また製造されるガラス毛細管の内径に対
する外径の比も8程度と小さいものであるため、屈折率
分布の高度な均一性と大きな内外径比が要求されるSH
G素子のクラツド材としての用途には到底適さないから
である。
In other words, coaxial simultaneous stretching of silica glass tends to cause striae due to stretching, and the ratio of the outer diameter to the inner diameter of the manufactured glass capillary is as small as about 8, so it is difficult to achieve a highly uniform refractive index distribution. SH that requires high performance and large inner/outer diameter ratio
This is because it is completely unsuitable for use as a cladding material for G elements.

上述のようなガラス毛細管の中空部に有機非線型光学材
料を充填するためには、有機非線型光学材料を融点以上
に加熱して溶融物とし、これをガラス毛細管の中空部へ
注入するか、もしくはガラス毛細管の先端部を上記溶融
物中へ浸漬して毛管現象により吸い上げる0本発明では
、製造されるガラス毛細管の内径が極めて小さいために
、後者の方法が容易に適用できる。有機非線型光学材料
の充填後は、ブリッジマン炉等を使用して通常の方法で
単結晶化させれば良い。このように有機非線型光学材料
の単結晶にて構成されるコア部は、前述の条件(j2・
tanθ>r)が満足されていれば必ずしもクラッド部
の中心部に正確に配されている必要はない。
In order to fill the hollow part of the glass capillary with an organic nonlinear optical material as described above, the organic nonlinear optical material is heated above its melting point to form a melt, and this is injected into the hollow part of the glass capillary. Alternatively, the tip of the glass capillary can be immersed into the melt and sucked up by capillary action. In the present invention, the latter method can be easily applied because the inner diameter of the glass capillary to be manufactured is extremely small. After filling the organic nonlinear optical material, it may be single-crystalized by a conventional method using a Bridgman furnace or the like. In this way, the core portion composed of a single crystal of an organic nonlinear optical material is formed under the above-mentioned conditions (j2・
tan θ>r), it does not necessarily have to be placed exactly at the center of the cladding part.

最後に、有機非線型光学材料の単結晶が充填されたガラ
ス毛細管を前述の条件(1−tanθ>r)を満たす長
さに切断すれば、複数の5f(G素子が効率良く製造さ
れる。
Finally, by cutting the glass capillary filled with the single crystal of the organic nonlinear optical material into a length that satisfies the above-mentioned condition (1-tan θ>r), a plurality of 5f (G elements) can be efficiently manufactured.

本発明ではさらに、基本波の入射効率を高めるために、
クラッド部の内径、すなわちコア部の直径が入射側端面
に向かって拡大するように該コア部に適当なテーパ一部
を設けることを考える。かかるテーパ一部を形成するた
めに、本発明者らはガラス毛細管の中空部に所定量の液
体を封入して加熱により内圧を上昇させ、続いて前記ガ
ラス毛細管を局所的に軟化点より高い温度に加熱して加
熱部を膨張させる方法を提案した。このときの内圧は実
用的には50〜200 ate程度に選ばれる。局所的
な加熱は、ガラス毛細管の周囲に同軸的に配されたリン
グ状のヒーター等を移動させながら行うことができる。
In the present invention, furthermore, in order to increase the incidence efficiency of the fundamental wave,
Consider providing an appropriate taper portion in the core portion so that the inner diameter of the cladding portion, ie, the diameter of the core portion, increases toward the incident end face. In order to form such a tapered portion, the present inventors sealed a predetermined amount of liquid into the hollow part of a glass capillary, increased the internal pressure by heating, and then locally heated the glass capillary to a temperature higher than its softening point. We proposed a method in which the heating section is expanded by heating. The internal pressure at this time is practically selected to be about 50 to 200 ate. Local heating can be performed by moving a ring-shaped heater or the like arranged coaxially around the glass capillary tube.

上記方法によれば、内圧、加熱温度、加熱時間等を最適
に制御することにより、極めて高精度に多様な形状を有
する膨張部を形成することができる。ここで、上記テー
パ一部の長さは最終的なSHG素子の全長lの1710
以下とすることが望ましい、また、入射側端面における
テーパ一部の開口径は、ガラス毛細管の内径の1.5〜
4倍程度とすることが望ましい。上記開口径が小さすぎ
ては基本波の入射効率が向上せず、また大きすぎては広
範囲な入射角の基本波を受は入れて多重モード伝搬とな
ってしまう。
According to the above method, by optimally controlling the internal pressure, heating temperature, heating time, etc., expansion parts having various shapes can be formed with extremely high precision. Here, the length of the taper part is 1710 of the final total length l of the SHG element.
It is desirable that the opening diameter of the taper part on the entrance side end face is 1.5 to 1.5 of the inner diameter of the glass capillary.
It is desirable to make it about 4 times. If the aperture diameter is too small, the fundamental wave incidence efficiency will not be improved, and if it is too large, fundamental waves with a wide range of incident angles will be accepted, resulting in multimode propagation.

かかるSHG素子を実際に製造するには、長尺状のガラ
ス毛細管にかかる膨張部を多数形成し、内圧を上昇させ
るために使用された液体を除去して乾燥させた後、前述
の方法にて有機非線型光学材料を充填して単結晶化させ
、所望のテーパー形状が得られる部位にて上記ガラス毛
細管を所定の長さに切り出せば、量産が可能となる。
To actually manufacture such an SHG element, a large number of expansion parts are formed on a long glass capillary tube, the liquid used to increase the internal pressure is removed and dried, and then the above-mentioned method is performed. Mass production becomes possible by filling the organic nonlinear optical material to form a single crystal, and cutting the glass capillary to a predetermined length at a portion where a desired taper shape can be obtained.

ところで、ガラス毛細管の中空部の一端にテーパーを設
けた例は前述の特開昭63−185838号公報にも開
示されている。しかし、この場合のテーパー加工はガラ
ス毛細管を所定の長さに切り出した後にエツチング等に
より行われているので、SHG素子の製造に適用するに
は加工精度およびテーパ一部の表面性共に不十分である
ほか、生産性にも劣る。
Incidentally, an example in which a taper is provided at one end of the hollow portion of a glass capillary tube is also disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 185838/1983. However, the taper processing in this case is performed by etching after cutting the glass capillary tube to a predetermined length, so both the processing accuracy and the surface quality of the taper part are insufficient for application to the manufacture of SHG elements. In addition, productivity is also poor.

なお、本発明のSHG素子の端面には、ゴミ等の付着、
あるいは有機非線型光学材料の傷付き変質等による性能
劣化を防止するために、必要に応じて樹脂等による保護
層が設けられていても良い、上記保護層は、特に入射側
端面に設けられた場合に効果が大きい。
It should be noted that the end face of the SHG element of the present invention is free from adhesion of dust, etc.
Alternatively, in order to prevent performance deterioration due to scratches and deterioration of the organic nonlinear optical material, a protective layer made of resin or the like may be provided as necessary. It is very effective in some cases.

〔作用〕[Effect]

本発明のSHG素子は、内径に対する外径の比が100
0以上のガラス毛細管をクラッド部とし、該クラッド部
の中空部に有機非線型光学材料が充填されコア部が形成
されてなるものである。かかるSHG素子のコア部から
放射された第二高調波は、クラッド部を構成するガラス
材料の内部のみを出射側端面に向かって伝搬することが
でき、異種材料の界面の影響を受けることがない。した
がって、得られるチェレンコフ放射波面が良好で、集光
性に優れている。外径を小さく規定すれば内径もそれに
応じて1μmまで縮小することができ、単一モード伝搬
を実現することができる。
The SHG element of the present invention has a ratio of the outer diameter to the inner diameter of 100.
The core part is formed by using zero or more glass capillaries as a cladding part, and filling the hollow part of the cladding part with an organic nonlinear optical material. The second harmonic radiated from the core portion of such an SHG element can propagate only inside the glass material constituting the cladding portion toward the output side end face, and is not affected by the interface between different materials. . Therefore, the obtained Cerenkov radiation wavefront is good and the light focusing property is excellent. If the outer diameter is specified small, the inner diameter can be correspondingly reduced to 1 μm, and single mode propagation can be realized.

かかるSHG素子のクラッド部となるガラス毛細管は、
同軸同時延伸により極めて精度良く製造することができ
る。すなわち、径の異なる複数本のガラス管を同軸状に
配してなる多重管構成体を加熱延伸すると同時に熱融着
により一体化させることは、最中央部に配置された最も
径の小さいガラス管の肉厚をそれを取り巻く径の大きい
ガラス管の肉厚で補うことに他ならない。したがって、
単一のガラス管の加熱延伸では到底不可能なほどの大き
な内外径比を有するガラス毛細管の製造も、本発明によ
り可能となるわけである。
The glass capillary tube that becomes the cladding part of such an SHG element is
Coaxial simultaneous stretching allows production with extremely high precision. In other words, by heat-stretching a multi-tube structure made up of coaxially arranged glass tubes with different diameters and simultaneously integrating them by heat fusion, it is possible to This is nothing more than compensating for the wall thickness of the glass tube with a larger diameter surrounding it. therefore,
The present invention also makes it possible to manufacture a glass capillary tube having a large inner/outer diameter ratio that would be completely impossible by heating and stretching a single glass tube.

さらに、本発明においてコア部の一端に基本波の入射効
率を高めるためのテーパ一部を設ける方法によれば、ガ
ラス毛細管の内圧が均一に上昇している状態で外部から
局所的な加熱が行われるため、形成される膨張部は加熱
源に最も近接した部位で太く、加熱源から遠ざかるにつ
れてなだらかに細くなる形状となる。しかもその形成過
程は極めて制御性に優れている。この膨張部の内面は、
形成時に何ら機械的な損傷を受けていないので極めて平
滑であり、テーパ一部とされた場合にも入射する基本波
の伝搬に悪影響を与えることがない。
Furthermore, according to the method of the present invention in which a part of the taper is provided at one end of the core portion to increase the incidence efficiency of the fundamental wave, local heating is performed from the outside while the internal pressure of the glass capillary is uniformly rising. Therefore, the expanded portion formed is thick at the portion closest to the heating source and becomes gradually thinner as it moves away from the heating source. Moreover, the formation process is extremely controllable. The inner surface of this expansion part is
Since it is not mechanically damaged at the time of formation, it is extremely smooth, and even if it is made into a tapered part, it will not adversely affect the propagation of the incident fundamental wave.

また、このテーパ一部の形成は長尺状のガラス毛細管を
SHG素子の全長に合わせて切断する以前に行われるた
め、生産性にも極めて優れている。
Further, since the formation of this taper portion is performed before cutting the elongated glass capillary tube to match the entire length of the SHG element, productivity is also extremely high.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の好適な実施例について図面を参照しなが
ら説明する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

実施例1 本実施例は、ガラス毛細管の中空部に有機非線型光学材
料として2−メチル−4−ニトロアニリンを充填したS
HG素子の例である。
Example 1 In this example, S
This is an example of an HG element.

上記SHG素子の構成は、前述の第7図に示すとおりで
あり、寸法は外径2r=1mm、内径d=1μm、全長
1=3mmである。
The configuration of the SHG element is as shown in FIG. 7 described above, and the dimensions are outer diameter 2r=1 mm, inner diameter d=1 μm, and total length 1=3 mm.

以下、かかるSHG素子の製造方法について説明する。Hereinafter, a method for manufacturing such an SHG element will be explained.

まず、クラッド部となるガラス毛細管の製造に使用され
る延伸装置の構成を概略的に第1図に示す、この延伸装
置は、ガラス管(1)を最初に装置内ヘガイドするため
の材料送り機構(10)、ガラス管(1)を軟化点以上
に加熱するための軟化炉(11)、加熱軟化され自重に
より落下するガラス管(2)を適切な温度に冷却するた
めの空冷用ファン(17)、ガラス管(2)の外径を規
定しながら延伸を行う延伸機構(12)、上記材料送り
機構(10)と同軸上に配設され、外径の規定されたガ
ラス管(3)を保持することにより常にガラス管(1)
を軟化炉(11)の中心位置に維持することを可能とす
る同軸ホルダー(13)、(15) 、上記2個の同軸
ホルダー(13) 、 (15)の中間に設けられ延伸
されたガラス管(3)の外径を計測する計測装置(14
)、延伸されたガラス管(3)を所定の長さに切断する
ためのカッター(16)等がガラス管の送り方向(図中
、矢印A方向)に沿って配設されてなるものである。上
記材料送り機構(10)および同軸ホルダー(13) 
、 (15)は、3点支持可能なヘアリング機構等から
構成されている。上記計測装置(14)はたとえばデジ
タルリニヤゲージにより構成され、外径の測定結果にも
とづいて生成される制御信号が上記延伸機構(12)の
モーターの回転数を制御するようになされている。
First, FIG. 1 schematically shows the configuration of a drawing device used to manufacture a glass capillary tube that will become a cladding part.This drawing device has a material feeding mechanism for first guiding a glass tube (1) into the device. (10), a softening furnace (11) for heating the glass tube (1) above its softening point, an air cooling fan (17) for cooling the glass tube (2), which has been softened by heating and falls under its own weight, to an appropriate temperature. ), a stretching mechanism (12) that stretches the glass tube (2) while defining its outer diameter; Always hold the glass tube (1)
coaxial holders (13), (15), which make it possible to maintain the coaxial holders (13), (15) at the center of the softening furnace (11), and a stretched glass tube provided between the two coaxial holders (13), (15) (3) Measuring device (14
), a cutter (16) for cutting the elongated glass tube (3) to a predetermined length, etc. are arranged along the feeding direction of the glass tube (direction of arrow A in the figure). . The above material feeding mechanism (10) and coaxial holder (13)
, (15) is composed of a hair ring mechanism etc. that can be supported at three points. The measuring device (14) is composed of, for example, a digital linear gauge, and a control signal generated based on the measurement result of the outer diameter controls the rotation speed of the motor of the stretching mechanism (12).

次に、上述の延伸装置を使用してガラス毛細管を作成し
た。
Next, a glass capillary tube was created using the above-mentioned drawing device.

まず、鉛系ガラス(屈折率1.90.軟化点390°C
)からなる外径10mm、内径0.6mmのガラス管(
1)を上記延伸装置の材料送り機構(10)に装入し、
軟化炉(11)の温度を420°Cとしてガラス管(1
)を軟化させた後、落下するガラス管(2)を延伸機構
(12)で受けて外径を規定し、外径0.5mm、内径
30μmのガラス管(3)を製造した。このガラス管(
3)の外径は、元のガラス(1)の内径よりも小さくさ
れている。
First, lead-based glass (refractive index 1.90, softening point 390°C
) with an outer diameter of 10 mm and an inner diameter of 0.6 mm (
1) into the material feeding mechanism (10) of the stretching device,
The temperature of the softening furnace (11) was set to 420°C, and the glass tube (1
) was softened, the falling glass tube (2) was received by a stretching mechanism (12) to define the outer diameter, and a glass tube (3) with an outer diameter of 0.5 mm and an inner diameter of 30 μm was manufactured. This glass tube (
The outer diameter of glass (3) is smaller than the inner diameter of the original glass (1).

次に、上記ガラス管(3)を上記ガラス管(1)の中空
部にに挿入して多重管構成体(4)とし、これを第2図
に示すような保持機構(18)を使用して固定した。こ
の保持機構(18)はガラス管(1)の外縁部に接して
これを把持する溝部(19)と、ガラス管(3)の外周
部に接してこれを把持する中心孔(20)を有しており
、上記ガラス管(1)およびガラス管(3)とを同軸的
に保持するようになされている。
Next, the glass tube (3) is inserted into the hollow part of the glass tube (1) to form a multi-tube structure (4), which is held using a holding mechanism (18) as shown in FIG. It was fixed. This holding mechanism (18) has a groove (19) that contacts and holds the outer edge of the glass tube (1), and a center hole (20) that contacts and holds the outer circumference of the glass tube (3). The glass tube (1) and the glass tube (3) are held coaxially.

上記ガラス管(3)の端部(3a)は溶融封止されてい
る。上記保持機構(18)の一端には真空ポンプ等の減
圧装置(図示せず。)に接続可能な排気孔(21)が設
けられている。上記排気孔(21)は、上記保持機構(
18)が多重管構成体(4)を保持した場合に形成され
る空洞部(22)と連通している。したがって、排気孔
(21)を通じて上記空洞部(22)を減圧することに
より、両ガラス管(1) 、 (3)間の間隙部(23
)に存在する空気を排気しながら該ガラス管(1) 、
 (3)同士を良好に融着させることが可能となる。
The end (3a) of the glass tube (3) is melt-sealed. An exhaust hole (21) connectable to a pressure reducing device (not shown) such as a vacuum pump is provided at one end of the holding mechanism (18). The exhaust hole (21) is connected to the holding mechanism (
18) communicates with the cavity (22) formed when holding the multi-tube structure (4). Therefore, by reducing the pressure in the cavity (22) through the exhaust hole (21), the gap (23) between the glass tubes (1) and (3) is reduced.
) while exhausting the air present in the glass tube (1),
(3) It becomes possible to fuse them together well.

上述のように保持された多重管構成体(4)を再び前述
の延伸装置(第2図には図示せず。)にセットし、排気
孔(21)を通じて空洞部(22)および間隙部(23
)を減圧しながら延伸を行った。ここで、軟化炉(11
)の温度を490°Cとすると、ガラス管(1)の中空
部(6)が潰れることなく、しかも両ガラス管(1) 
、 (3)間に気泡等を残すことなく両者が熱融着によ
り一体化され、外径1mm、内径1μmのガラス毛細管
(5)が製造された。このガラス毛細管(5)の内径に
対する外径の比は1000である。また、上記ガラス毛
細管(5)においてはガラス管(1)の真円状態が維持
されており、脈理等の欠陥は形成されていなかった。
The multi-tube structure (4) held as described above is set again in the aforementioned stretching device (not shown in FIG. 2), and the cavity (22) and the gap ( 23
) was stretched under reduced pressure. Here, softening furnace (11
) is 490°C, the hollow part (6) of the glass tube (1) will not be crushed, and both glass tubes (1)
(3) The two were integrated by heat fusion without leaving any air bubbles between them, and a glass capillary tube (5) having an outer diameter of 1 mm and an inner diameter of 1 μm was manufactured. The ratio of the outer diameter to the inner diameter of this glass capillary (5) is 1000. Further, in the glass capillary tube (5), the glass tube (1) maintained its perfectly circular state, and no defects such as striae were formed.

以上の熱融着の過程を長さ方向に垂直な断面に沿って見
ると、第3図(A)ないし第3図(C)に示すようにな
る。第3図(A)は第2図中のaa線に沿って見た熱融
着前の多重管構成体(4)の断面、第3図(B)はb−
b線に沿って見た熱融着途中の多重管構成体(4)の断
面、第3図(C)はc−c線に沿って見た延伸後のガラ
ス毛細管(5)の断面をそれぞれ表す、ただし、第3図
(C)の縮尺は第3図(A)および第3図(B)よりも
大きく設定されている。ガラス管(1) 、 (3)の
融着が進行するにつれて間隙部(23)が消失し、中空
部(6)の直径も小さくなってゆく様子が明らかである
When the above thermal fusion process is viewed along a cross section perpendicular to the length direction, it becomes as shown in FIGS. 3(A) to 3(C). FIG. 3(A) is a cross section of the multi-tube structure (4) before heat fusion as seen along line aa in FIG. 2, and FIG. 3(B) is b-
Figure 3 (C) shows the cross section of the multi-tube structure (4) during thermal fusion as seen along line b, and the cross section of the glass capillary tube (5) after stretching as seen along line c-c. However, the scale of FIG. 3(C) is set larger than that of FIG. 3(A) and FIG. 3(B). It is clear that as the glass tubes (1) and (3) are fused together, the gap (23) disappears and the diameter of the hollow part (6) becomes smaller.

なお、上記の熱融着の過程において、ガラス毛細管(5
)の内径の制御性をより一層高めるために、ガラス管(
3)の端部(3a)を溶融封止せずに適当な加圧手段に
接続し、中空部(6)の潰れを防止するようにしても良
い。
In addition, in the process of heat fusion described above, glass capillary tubes (5
) In order to further improve the controllability of the inner diameter of the glass tube (
The end portion (3a) of 3) may be connected to an appropriate pressurizing means without being melt-sealed to prevent the hollow portion (6) from collapsing.

以上のようにして製造されたガラス毛細管(5)の中空
部(6)に、常法にしたがって有機非線型光学材料を充
填し、単結晶化を行った。すなわち、溶融した2−メチ
ル−4−ニトロアニリン(MNA)を満たした容器に上
記ガラス毛細管(5)の−端を浸漬し、毛管現象により
中空部(6)に充填した。この時点で、中空部(6)内
に充填されたMNAは冷却されて多結晶状態にある。こ
のガラス毛細管(5)をブリンジマン炉内で移動させる
ことにより、MNAの単結晶化を行った。
The hollow part (6) of the glass capillary tube (5) produced as described above was filled with an organic nonlinear optical material according to a conventional method, and single crystallization was performed. That is, the lower end of the glass capillary tube (5) was immersed in a container filled with molten 2-methyl-4-nitroaniline (MNA), and the hollow portion (6) was filled by capillary action. At this point, the MNA filled in the hollow part (6) has been cooled and is in a polycrystalline state. MNA was single crystallized by moving this glass capillary tube (5) in a Bringeman furnace.

最後に、上記ガラス毛細管(5)を3mmの長さに切断
し、第7図に示したようなSHG素子を完成した。
Finally, the glass capillary tube (5) was cut into a length of 3 mm to complete the SHG device as shown in FIG.

かかるSHG素子の入射側端面から波長11064nの
YAGレーザー光を入射させたところ、出射側端面から
は波長532nm(緑色)の第二高調波がきれいなリン
グ状の放射波面にて得られた。
When a YAG laser beam with a wavelength of 11064 nm was input from the input end face of the SHG element, a second harmonic with a wavelength of 532 nm (green) was obtained from the output end face in a clean ring-shaped radiation wavefront.

実施例2 本実施例は、基本波の入射側端面にテーパ一部を設けた
SHG素子の例である。
Example 2 This example is an example of an SHG element in which a part of the taper is provided on the end face on the incident side of the fundamental wave.

本実施例のSHG素子の構成例を第4図に示す。FIG. 4 shows an example of the configuration of the SHG element of this embodiment.

このSHG素子は、クラッド部(30)を構成するガラ
ス毛細管の内径、すなわちコア部(31)の直径が入射
側端面(30a)に向かうて拡大するように該コア部(
31)に適当なテーパ一部(32)を設け、基本波の入
射効率を高めるようになされたものである。
This SHG element is constructed such that the inner diameter of the glass capillary constituting the cladding section (30), that is, the diameter of the core section (31) increases toward the incident end surface (30a).
31) is provided with an appropriate taper portion (32) to increase the incidence efficiency of the fundamental wave.

各部の寸法は外径2r=1mm、内径d1−1μm、全
長f、=3mm、テーパ一部(32)の長さj22=0
.3 mm、入射側端面(30a)におけるテーパー部
(32)の開口径d2=4μmである。
The dimensions of each part are outer diameter 2r = 1mm, inner diameter d1 - 1μm, total length f, = 3mm, length of the tapered part (32) j22 = 0
.. 3 mm, and the opening diameter d2 of the tapered portion (32) on the incident side end surface (30a) is 4 μm.

以下、このSHG素子の製造方法について第5図を参照
しながら説明する。
Hereinafter, a method for manufacturing this SHG element will be explained with reference to FIG.

まず、ガラス毛細管(5)を製造するまでの工程は実施
例1に前述したとおりである。
First, the steps up to manufacturing the glass capillary (5) are as described above in Example 1.

上記ガラス毛細管(5)の中空部(6)にエタノールを
毛管現象により中途部まで吸い上げて充填し、ガラス毛
細管(5)の両端(5a)を溶融封止した。
The hollow part (6) of the glass capillary tube (5) was filled with ethanol by sucking it up to the middle part by capillary action, and both ends (5a) of the glass capillary tube (5) were melt-sealed.

次に、エタノールを収容している部分を下方に向けて上
記ガラス毛細管(5)を円筒ヒーター(33)中にセッ
トし、240℃に加熱して中空部(6)の内圧を63 
atmとした。この状態で、ガラス毛細管(5)のうち
円筒ヒーター(33)の外部に露出している部分を、該
ガラス毛細管(5)と同軸的に配設されたリング状ヒー
ター(34)で局所的に加熱した。上記リング状ヒータ
ー(34)としてはセラミック・ヒーターを使用し、5
秒間で400°Cまで昇温させた。
Next, the glass capillary tube (5) is set in the cylindrical heater (33) with the part containing ethanol facing downward, and heated to 240°C to reduce the internal pressure of the hollow part (6) to 63°C.
It was called ATM. In this state, the portion of the glass capillary (5) exposed to the outside of the cylindrical heater (33) is locally heated using a ring-shaped heater (34) disposed coaxially with the glass capillary (5). Heated. A ceramic heater is used as the ring-shaped heater (34), and 5
The temperature was raised to 400°C in seconds.

また、このリング状ヒーター(34)を上下(図中、矢
印B方向)に移動させることにより、ガラス毛細管(5
)の所望の部分を順次局所的に加熱した。
Also, by moving this ring-shaped heater (34) up and down (in the direction of arrow B in the figure), the glass capillary (5
) were sequentially and locally heated.

この結果、ガラス毛細管(5)は第6図に示すように、
局所的に膨張部(7)が複数個形成された状態となった
。上記膨張部(7)の内壁部(7a)は、SHG素子の
テーパ一部(32)を構成する部分となる。
As a result, the glass capillary (5) as shown in FIG.
A state was reached in which a plurality of expanded portions (7) were locally formed. The inner wall portion (7a) of the expansion portion (7) constitutes a tapered portion (32) of the SHG element.

このテーパ一部(32)は、最終的には基本波の反射面
となるので高度に平滑であることが要求されるが、本発
明の方法によれば膨張部(7)が物理的な損傷を何ら受
けることなく形成されるので、エツチング等によるテー
パー加工よりも極めて有利である。
This tapered portion (32) is required to be highly smooth because it will ultimately become a reflecting surface for the fundamental wave, but according to the method of the present invention, the expanded portion (7) may be damaged by physical damage. Since it is formed without undergoing any process, it is extremely advantageous over tapering by etching or the like.

次に、かかるガラス毛細管(5)の中空部(6)からエ
タノールを除去して乾燥させ、実施例1の場合と同様に
してMNAを充填し単結晶化させた後、3mmの長さに
切断してSHG素子を完成した。
Next, ethanol was removed from the hollow part (6) of the glass capillary (5) and dried, filled with MNA to form a single crystal in the same manner as in Example 1, and then cut into a length of 3 mm. The SHG device was completed.

ここで、本実施例においてはSHG素子の入射側端面(
30a)にテーパ一部(32)を形成する必要から、入
射側端面(30a)を形成するための切断は上記膨張部
(7)の適当な部位において行われなければならない、
この切断は、たとえば第6図のd−d線に沿って行うこ
とができるが、所望の開口径、テーパ一部の長さ等によ
って適宜変更しても差支えない。
Here, in this example, the incident side end face of the SHG element (
Since it is necessary to form a tapered portion (32) in 30a), the cutting to form the entrance side end surface (30a) must be performed at an appropriate portion of the expansion portion (7).
This cutting can be performed, for example, along line dd in FIG. 6, but may be changed as appropriate depending on the desired opening diameter, length of the tapered portion, etc.

かかるSHG素子においては基本波の入射効率が増大し
、得られる第二高調波SHの放射波面(35)も良好で
あった。
In such an SHG element, the incidence efficiency of the fundamental wave increased, and the radiation wavefront (35) of the obtained second harmonic SH was also good.

なお、本実施例ではガラス毛細管(5)の中空部(6)
の内圧を上昇させるための液体としてエタノールを使用
したが、たとえば水を使用して約370°Cに加熱し、
内圧を200気圧程度とすることもできる。これらの諸
条件は、所望のテーパーの形状および寸法により適宜設
定すれば良い。
In addition, in this example, the hollow part (6) of the glass capillary (5)
Ethanol was used as a liquid to increase the internal pressure of the
The internal pressure can also be about 200 atmospheres. These conditions may be appropriately set depending on the desired shape and dimensions of the taper.

また、膨張部(7)を形成するための局所的な加熱方法
として、上述のようなリング状ヒーター(34)の代わ
りに炭酸ガスレーザー(波長10μm)による迅速加熱
を行えば、制御性を一層向上させることもできる。
Furthermore, as a local heating method for forming the expanded portion (7), rapid heating using a carbon dioxide laser (wavelength: 10 μm) can be used instead of the ring-shaped heater (34) as described above, to further improve controllability. It can also be improved.

さらに、上述の各実施例では多重管構成体(4)を構成
するガラス管の数を2本としたが、本発明が3本以上の
ガラス管を使用した場合にも適用できることは言うまで
もない。
Further, in each of the above embodiments, the number of glass tubes constituting the multi-tube structure (4) is two, but it goes without saying that the present invention can also be applied to cases where three or more glass tubes are used.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、従
来では精度良く製造することが困難であった内外径比の
極端に大きいガラス毛細管を高い信頼性および生産性を
もって製造できる。かかるガラス毛細管をクラッド部と
するファイバー型のSHG素子は、チェレンコフ放射波
面が極めて良好であり、出射後の集光性にも優れている
。したがって、高密度記録再生のための光源の短波長化
へのニーズ等にも対応し得るものである。
As is clear from the above description, according to the present invention, it is possible to manufacture glass capillary tubes with an extremely large inner/outer diameter ratio, which has been difficult to manufacture with high precision in the past, with high reliability and productivity. A fiber-type SHG element having such a glass capillary as a cladding part has an extremely good Cerenkov radiation wavefront and is also excellent in light convergence after emission. Therefore, it can also meet the need for shorter wavelength light sources for high-density recording and reproduction.

さらに、本発明によればコア部の入射側端面におけるテ
ーパー加工も容易に行うことが可能となり、基本波の入
射効率に優れた高出力型のSHG素子が高い信頼性およ
び生産性をもって提供できるようになる。
Furthermore, according to the present invention, it is possible to easily perform taper processing on the incident side end face of the core portion, and a high output SHG element with excellent fundamental wave incident efficiency can be provided with high reliability and productivity. become.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はガラス毛細管の製造に使用される延伸装置の一
構成例を概略的に示す模式図である。第2図は同軸同時
延伸の過程を示す概略断面図であり、第3図(A)ない
し第3図(C)は第2図に示す各段階における多重管構
成体の状態を示す模式的断面図である。第4図はコア部
の入射側端面にテーパ一部を有するファイバー型SHG
素子の一構成例を示す概略断面図である。第5図はガラ
ス毛細管に局所的に膨張部を形成する方法を概略的に示
す模式図であり、第6図は局所的に膨張部が形成された
ガラス毛細管の要部拡大断面図である。第7図は一般的
なファイバー型のSHG素子と周辺光学系の構成を概略
的に示す模式図である。 1.3 30、 40 31、 41 2 ガラス管 多重管構成体 ガラス毛細管 中空部 膨張部 クラッド部 コア部 テーパ一部
FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing an example of the configuration of a drawing device used for manufacturing a glass capillary tube. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the process of coaxial simultaneous stretching, and FIGS. 3(A) to 3(C) are schematic cross-sectional views showing the state of the multi-tube structure at each stage shown in FIG. It is a diagram. Figure 4 shows a fiber type SHG with a part of the taper on the input side end face of the core part.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of an element. FIG. 5 is a schematic view schematically showing a method of locally forming an expanded portion in a glass capillary, and FIG. 6 is an enlarged sectional view of a main part of a glass capillary in which an expanded portion is locally formed. FIG. 7 is a schematic diagram schematically showing the configuration of a general fiber type SHG element and a peripheral optical system. 1.3 30, 40 31, 41 2 Glass tube multi-tube structure Glass capillary hollow part Expansion part Clad part Core part Taper part

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)内径に対する外径の比が1000以上のガラス毛
細管中に有機非線型光学材料が充填されてなる第二高調
波発生素子。
(1) A second harmonic generation element comprising an organic nonlinear optical material filled in a glass capillary tube having an outer diameter to inner diameter ratio of 1000 or more.
(2)径の異なる複数本のガラス管を同軸状に配してな
る多重管構成体を加熱延伸すると同時に熱融着により一
体化して内径に対する外径の比が1000以上であるガ
ラス毛細管を形成する工程と、前記ガラス毛細管の中空
部に有機非線型光学材料を充填する工程を有することを
特徴とする第二高調波発生素子の製造方法。
(2) A multi-tube structure consisting of multiple glass tubes with different diameters arranged coaxially is heated and stretched, and at the same time is integrated by heat fusion to form a glass capillary tube with a ratio of the outer diameter to the inner diameter of 1000 or more. A method for manufacturing a second harmonic generating element, comprising the steps of: filling the hollow portion of the glass capillary with an organic nonlinear optical material.
(3)径の異なる複数本のガラス管を同軸状に配してな
る多重管構成体を加熱延伸すると同時に熱融着により一
体化して内径に対する外径の比が1000以上であるガ
ラス毛細管を形成する工程と、前記ガラス毛細管の中空
部に所定量の液体を封入して加熱気化により内圧を上昇
させる工程と、前記ガラス毛細管を局所的に軟化点より
高い温度に加熱して被加熱部を膨張させる工程と、前記
ガラス毛細管の中空部から前記液体を除去して有機非線
型光学材料を充填する工程を有することを特徴とする第
二高調波発生素子の製造方法。
(3) A multi-tube structure consisting of multiple glass tubes with different diameters coaxially arranged is heated and stretched, and at the same time integrated by heat fusion to form a glass capillary tube with an outer diameter to inner diameter ratio of 1000 or more. a step of sealing a predetermined amount of liquid in the hollow part of the glass capillary and increasing the internal pressure by heating and vaporizing it; and a step of locally heating the glass capillary to a temperature higher than its softening point to expand the heated part. and a step of removing the liquid from the hollow part of the glass capillary to fill it with an organic nonlinear optical material.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6151155A (en) * 1998-07-29 2000-11-21 The Regents Of The University Of Michigan Guided wave methods and apparatus for nonlinear frequency generation
JP2012519838A (en) * 2009-03-04 2012-08-30 マルベルン インスツルメンツ リミテッド Measurement of particle characteristics

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