JPH04340934A - Light wavelength converting element and its manufacture - Google Patents

Light wavelength converting element and its manufacture

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JPH04340934A
JPH04340934A JP11327691A JP11327691A JPH04340934A JP H04340934 A JPH04340934 A JP H04340934A JP 11327691 A JP11327691 A JP 11327691A JP 11327691 A JP11327691 A JP 11327691A JP H04340934 A JPH04340934 A JP H04340934A
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JP
Japan
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optical
nonlinear optical
grooves
wavelength conversion
substrate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP11327691A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
原田明憲
Akinori Harada
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH04340934A publication Critical patent/JPH04340934A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain the light wavelength converting element which is high in the degree of freedom of selection for a nonlinear optical material and easily manufactured and has periodic structure. CONSTITUTION:An embedded optical waveguide 13 is formed in the surface 11a of a 1st glass substrate 11 and single crystal 14 of MNA as the organic nonlinear optical material is charged in plural grooves 12b formed in the surface 12a of a 2nd glass substrate 12 at a specific period. Then those substrates 11 and 12 are joined so that the optical waveguide 13 contacts the MNA single crystal 14.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は基本波を第2高調波等に
波長変換する光波長変換素子、特に詳細には非線形光学
材料の周期構造を有する光波長変換素子に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical wavelength conversion element for wavelength converting a fundamental wave into a second harmonic or the like, and more particularly to an optical wavelength conversion element having a periodic structure of a nonlinear optical material.

【0002】また本発明は、有機非線形光学材料を利用
して上述のような光波長変換素子を製造する方法に関す
るものである。
The present invention also relates to a method of manufacturing the above-mentioned optical wavelength conversion element using an organic nonlinear optical material.

【0003】0003

【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の一つとして、例えば特開昭64−
35424号公報に示されているように、クラッド層と
なる基板内に非線形光学材料からなる3次元光導波路を
埋め込んだものが提案されている。この光導波路型の光
波長変換素子は、基本波と波長変換波との間の位相整合
をとることも容易であるので、最近ではこの光導波路型
の光波長変換素子についての研究が盛んになされている
[Prior Art] Conventionally, nonlinear optical materials have been used to
Various attempts have been made to convert the wavelength of laser light into a second harmonic or the like (shorten the wavelength). As one of the optical wavelength conversion elements that perform wavelength conversion in this way, for example,
As shown in Japanese Patent No. 35424, a three-dimensional optical waveguide made of a nonlinear optical material is embedded in a substrate serving as a cladding layer. Since this optical waveguide type optical wavelength conversion element can easily achieve phase matching between the fundamental wave and the wavelength-converted wave, research on this optical waveguide type optical wavelength conversion element has been actively conducted recently. ing.

【0004】ところで、近時、このような光導波路型の
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実現できる。
Recently, various proposals have been made to use single-crystal organic nonlinear optical materials as nonlinear optical materials in such optical waveguide type optical wavelength conversion elements. Since this organic nonlinear optical material has a significantly larger nonlinear optical constant than an inorganic material, high wavelength conversion efficiency can be achieved by using this organic nonlinear optical material.

【0005】この有機非線形光学材料としては、例えば
特開昭60−250334号公報及び“Nonline
r Optical  Properties of 
 Organic and  Polymeric M
aterials”ACS  SYMPOSIUM  
SERIES  223,David  J.Will
iams 編(American Chemical 
Society,1983年刊)、「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,1
985年刊)、“Nonlinear  Optica
l  Properties of  Organic
  Molecules and  Crystals
 ”D.S.Chemla およびJ.Zyss 編(
Academic Press  Inc.,1987
年刊)、R.T.Bailey 等による“The  
Quality andPerformance of
 TheOrganic  Non−Linear O
ptical  Material (−)2−(α−
Methylbenzylamino)−5−Nitr
opyridine(MBA−NP)”(Optics
 Communications,  Vol. 65
,No.3 ,P229 )等に示される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]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−ニトロピリジン]、NPRO
(1−(4−ニトロフェニル)ピラゾール)、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、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−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、特開平2
−28号公報に示されるTRI、本出願人による特願平
2−58654号明細書に示されるENIM等が挙げら
れる。
This organic nonlinear optical material is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-250334 and "Nonline
r Optical Properties of
Organic and Polymeric M
material”ACS SYMPOSIUM
SERIES 223, David J. Will
iams (American Chemical)
Society, 1983), “Organic Nonlinear Optical Materials” supervised by Masao Kato and Hachiro Nakanishi (CMC Publishing Co., Ltd., 1983).
985), “Nonlinear Optica
l Properties of Organic
Molecules and Crystals
” edited by D. S. Chemla and J. Zyss (
Academic Press Inc. , 1987
Annual), R. T. “The
Quality and Performance of
TheOrganic Non-Linear O
ptical Material (-)2-(α-
Methylbenzylamino)-5-Nitr
Opyridine (MBA-NP)” (Optics
Communications, Vol. 65
, No. MNA (2-
Methyl-4-nitroaniline), mNA (methanitroaniline), POM (3-methyl-4-nitropyridine-
1-oxide), urea, NPP[N-(4-nitrophenyl)-(S)-prolinol], NPAN{2-[
N-(4-nitrophenyl)-N-methylamino]acetonitrile}, DAN (2-dimethylamino-5-nitroacetanilide), MBA-NP[2-N(α-methylbenzylamino)-5-nitropyridine] , NPRO
(1-(4-nitrophenyl)pyrazole), and 3,5-dimethyl-1-(4-nitrophenyl)pyrazole shown in JP-A-62-210432, 3,
5-dimethyl-1-(4-nitrophenyl)-1,2,
4-triazole, 2-ethyl-1-(4-nitrophenyl)imidazole, 1-(4-nitrophenyl)pyrrole, 2-dimethylamino 1-5-nitroacetanilide, 5-nitro-2-pyrrolidinoacetanilide, 3 −
Methyl-4-nitropyridine-N-oxide, JP-A-2
Examples include TRI shown in Japanese Patent Application No. 28-28 and ENIM shown in Japanese Patent Application No. 2-58654 by the present applicant.

【0006】他方、基本波と波長変換波との位相不整合
を補償するため、光導波路部分に、屈折率あるいは非線
形分極(ドメイン)の異なる状態が周期的に繰り返す周
期構造を導入することが提案されている。この周期構造
は、補償すべき位相不整合量をΔn(Δn=n2 −n
1 、  ただしn1は基本波が感じる光導波路の屈折
率、n2 は波長変換波が感じる光導波路の屈折率)と
したとき、上記屈折率あるいは非線形分極が
On the other hand, in order to compensate for the phase mismatch between the fundamental wave and the wavelength-converted wave, it has been proposed to introduce a periodic structure in which states of different refractive indexes or nonlinear polarizations (domains) periodically repeat in the optical waveguide section. has been done. This periodic structure allows the amount of phase mismatch to be compensated to be Δn(Δn=n2 −n
1, where n1 is the refractive index of the optical waveguide that is felt by the fundamental wave, and n2 is the refractive index of the optical waveguide that is felt by the wavelength-converted wave), then the above refractive index or nonlinear polarization is

【0007
0007
]

【数1】[Math 1]

【0008】を満足する周期Λで繰り返すものである。 従来より、そのような光波長変換素子として具体的には
、LiNbO3 のドメインを反転させた周期構造を有
するものが知られている。
It is repeated at a period Λ that satisfies the following. Conventionally, as such an optical wavelength conversion element, specifically, one having a periodic structure in which LiNbO3 domains are inverted is known.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし上記のようなド
メイン反転型の周期構造を有する従来の光波長変換素子
は、使用し得る非線形光学材料が大幅に制限されるとい
う問題が有る。
However, the conventional optical wavelength conversion element having a domain inversion type periodic structure as described above has a problem in that the nonlinear optical materials that can be used are severely limited.

【0010】特にMNAやNPRO等、非線形光学定数
の対角項d11、d22あるいはd33が最も大きい有
機非線形光学材料は、角度位相整合を取ることができな
いので、大きな非線形光学定数を有効に利用し難く、そ
のため上記周期構造の導入が望まれるものであるが、従
来、有機非線形光学材料を用いて周期構造を有する非線
形光学材料を製造する方法は確立されていなかった。
In particular, organic nonlinear optical materials such as MNA and NPRO in which the diagonal term d11, d22, or d33 of the nonlinear optical constant is the largest cannot achieve angular phase matching, so it is difficult to effectively utilize the large nonlinear optical constant. Therefore, it is desired to introduce the above-mentioned periodic structure, but hitherto no method has been established for producing a nonlinear optical material having a periodic structure using an organic nonlinear optical material.

【0011】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、使用する非線形光学材料の選択自由度が
高くて、容易に製造することができる、周期構造を備え
た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。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an optical wavelength conversion element with a periodic structure that has a high degree of freedom in selecting the nonlinear optical material used and can be easily manufactured. The purpose is to provide the following.

【0012】また本発明は、大きな非線形光学定数を有
する有機非線形光学材料を利用して、周期構造を有する
光波長変換素子を容易に製造することができる方法を提
供することを目的とするものである。
Another object of the present invention is to provide a method for easily manufacturing an optical wavelength conversion element having a periodic structure using an organic nonlinear optical material having a large nonlinear optical constant. be.

【0013】[0013]

【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、表面に埋込み型光導波路が形成された第1の基
板と、表面に所定ピッチで形成された複数の溝内にそれ
ぞれ非線形光学材料が充填された第2の基板とが、上記
光導波路が複数の溝内の非線形光学材料とそれぞれ接す
る状態に接合されてなるものである。
[Means for Solving the Problems] An optical wavelength conversion element according to the present invention includes a first substrate on which a buried optical waveguide is formed, and a plurality of grooves formed on the surface at a predetermined pitch. A second substrate filled with a material is bonded to the optical waveguide such that the optical waveguide is in contact with each of the nonlinear optical materials in the plurality of grooves.

【0014】また本発明による光波長変換素子の製造方
法は、◆第1の基板の表面に埋込み型の光導波路を形成
し、◆第2の基板の表面に所定ピッチで複数の溝を形成
し、◆これらの基板を、上記光導波路が前記複数の溝の
それぞれと対向する状態にして一体化し、◆上記複数の
溝内に基板材料よりも高屈折率の結晶性有機非線形光学
材料を充填させた後、◆これら両基板を、上記有機非線
形光学材料の融点より高い温度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、溶融状態の有機非線形光学材料を炉外への引出
し部分から単結晶化させることを特徴とするものである
[0014] Furthermore, the method for manufacturing an optical wavelength conversion element according to the present invention includes: ◆ forming an embedded optical waveguide on the surface of a first substrate; and ◆ forming a plurality of grooves at a predetermined pitch on the surface of a second substrate. , ◆ these substrates are integrated with the optical waveguide facing each of the plurality of grooves, and ◆ the plurality of grooves are filled with a crystalline organic nonlinear optical material having a higher refractive index than the substrate material. After that, ◆ By gradually pulling out both of these substrates from the inside of the furnace kept at a temperature higher than the melting point of the organic nonlinear optical material to the outside of the furnace kept at a temperature lower than the melting point, the organic nonlinear optical material in the molten state is This method is characterized in that the optical material is single-crystalized from the part drawn out of the furnace.

【0015】[0015]

【作用および発明の効果】上記構成の本発明の光波長変
換素子においては、光導波路に基本波を導波させると、
該光導波路から浸み出した光(エバネッセント波)が各
溝中に充填されている非線形光学材料内を通過し、該非
線形光学材料により第2高調波等に波長変換される。そ
して上記の浸み出し光および波長変換波は、非線形光学
材料部分とそれとは屈折率が異なる基板部分とを交互に
通過するので、周期構造の光導波路を通過する場合と同
様に位相不整合が補償され得る。
[Operations and Effects of the Invention] In the optical wavelength conversion element of the present invention having the above configuration, when the fundamental wave is guided through the optical waveguide,
The light (evanescent wave) seeping out from the optical waveguide passes through the nonlinear optical material filled in each groove, and is wavelength-converted into a second harmonic or the like by the nonlinear optical material. Since the above-mentioned leaked light and wavelength-converted wave alternately pass through the nonlinear optical material section and the substrate section whose refractive index is different from the nonlinear optical material section, there is a phase mismatch in the same way as when passing through an optical waveguide with a periodic structure. Can be compensated.

【0016】なお補償すべき位相不整合量をΔnとする
と、周期構造の周期Λが
Note that if the amount of phase mismatch to be compensated is Δn, then the period Λ of the periodic structure is

【0017】[0017]

【数2】[Math 2]

【0018】の場合は、導波モードの基本波と同じく導
波モードの波長変換波との間で位相整合が取られる導波
−導波タイプの光波長変換素子となり、
In the case of [0018], it becomes a waveguide-waveguide type optical wavelength conversion element in which phase matching is achieved between the fundamental wave of the waveguide mode and the wavelength-converted wave of the waveguide mode,

【0019】[0019]

【数3】[Math 3]

【0020】の場合は、導波モードの基本波と放射モー
ドの波長変換波との間で位相整合が取られるいわゆるチ
ェレンコフ放射タイプの光波長変換素子となる。
In the case of [0020], it becomes a so-called Cerenkov radiation type optical wavelength conversion element in which phase matching is achieved between the fundamental wave in the waveguide mode and the wavelength-converted wave in the radiation mode.

【0021】そしてこの本発明の光波長変換素子のうち
、特に非線形光学材料として有機非線形光学材料が用い
られたものは、極めて大きな非線形光学定数の対角項d
11、d22あるいはd33を利用可能となり、それに
より、高い波長変換効率を実現できるものとなる。
Among the optical wavelength conversion elements of the present invention, those in which an organic nonlinear optical material is used as the nonlinear optical material have an extremely large diagonal term d of the nonlinear optical constant.
11, d22, or d33, thereby achieving high wavelength conversion efficiency.

【0022】なお第1の基板に形成する埋込み型の光導
波路は、現在確立されている種々の方法により、比較的
に容易に作成することができる。一方、第2の基板の溝
内に有機あるいは無機の非線形光学材料を充填すること
も、公知の種々の方法により、材料の制限をさほど受け
ないで比較的容易になされうる。本発明の光波長変換素
子は、このようにして光導波路が形成された第1の基板
と、溝内に非線形光学材料が充填された第2の基板とを
そのまま接合して形成されるものであるから、使用可能
な非線形光学材料が大幅に制限されることなく、比較的
簡単に製造することができる。
[0022] The buried optical waveguide to be formed in the first substrate can be produced relatively easily by various currently established methods. On the other hand, filling the grooves of the second substrate with an organic or inorganic nonlinear optical material can be done relatively easily by various known methods without being subject to material limitations. The optical wavelength conversion element of the present invention is formed by directly bonding the first substrate on which the optical waveguide is formed in this way and the second substrate whose grooves are filled with a nonlinear optical material. Because of this, the nonlinear optical materials that can be used are not significantly restricted and can be manufactured relatively easily.

【0023】また本発明による光波長変換素子の製造方
法において、第2の基板の複数の溝内に有機非線形光学
材料を充填することは、例えば特開昭64−35424
号公報に示される方法、すなわち接合した第1、第2の
基板の端部を融液状態の有機非線形光学材料、あるいは
有機非線形光学材料の溶液中に浸して毛細管現象により
該融液あるいは溶液を溝中に進入させる方法等を用いて
、容易になし得るものである。そして第1の基板に埋込
み型の光導波路を形成することも、上述の通り容易にな
され得る。
Furthermore, in the method for manufacturing an optical wavelength conversion element according to the present invention, filling the plurality of grooves in the second substrate with an organic nonlinear optical material is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 64-35424.
The method disclosed in the publication is to immerse the ends of the bonded first and second substrates in a melted organic nonlinear optical material or a solution of the organic nonlinear optical material, and to absorb the melt or solution by capillary action. This can be easily done by using a method of entering the groove. Also, forming an embedded optical waveguide in the first substrate can be easily done as described above.

【0024】したがってこの方法によれば、周期構造を
有して有機非線形光学材料により波長変換を行なう光波
長変換素子を、比較的簡単に製造することができる。
Therefore, according to this method, it is possible to relatively easily manufacture an optical wavelength conversion element that has a periodic structure and performs wavelength conversion using an organic nonlinear optical material.

【0025】[0025]

【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。図1は、本発明の一実施例による光波
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、第1のガラス基板11と、第2のガラス基板1
2と、第1のガラス基板11の表面(図中下表面)11
aの部分に形成された埋込み型光導波路13と、第2の
ガラス基板12の表面(図中上表面)12aに設けられ
た複数の溝12b内に各々充填されたMNA単結晶14
とからなる。このMNAは、先に説明した通りの有機非
線形光学材料である。上記溝12bはそれぞれ、光導波
路13が延びる方向に対して直角に延びるように形成さ
れている。そして溝12bは所定の周期Λで並び、また
その幅がΛ/2となるように形成されている。また上記
光導波路13は、例えばイオン交換法等の公知の方法に
より、第1のガラス基板11内にそれよりも高屈折率の
部分を形成して得られたものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be explained in detail below based on embodiments shown in the drawings. FIG. 1 shows an optical wavelength conversion element 10 according to an embodiment of the present invention. This optical wavelength conversion element 10 includes a first glass substrate 11 and a second glass substrate 1.
2, and the surface (lower surface in the figure) 11 of the first glass substrate 11
A buried optical waveguide 13 formed in a portion a and an MNA single crystal 14 filled in a plurality of grooves 12b provided in a surface 12a of a second glass substrate 12 (upper surface in the figure).
It consists of This MNA is an organic nonlinear optical material as described above. The grooves 12b are each formed to extend perpendicularly to the direction in which the optical waveguide 13 extends. The grooves 12b are arranged at a predetermined period Λ and have a width of Λ/2. The optical waveguide 13 is obtained by forming a portion with a higher refractive index within the first glass substrate 11 by a known method such as an ion exchange method.

【0026】そして両基板11、12は、例えばオプチ
カル・コンタクトにより、それぞれの表面11a、12
aが密着する状態で一体化されている。それにより光導
波路13は、複数のMNA単結晶14のそれぞれに接す
る状態となっている。
Both substrates 11 and 12 are connected to their respective surfaces 11a and 12 by, for example, optical contact.
A is integrated in a state where they are in close contact with each other. As a result, the optical waveguide 13 is in contact with each of the plurality of MNA single crystals 14.

【0027】この構成の光波長変換素子10を使用する
際、例えばNd:YAGレーザー15から射出された波
長1064nmの基本波としてレーザービーム16は、
光導波路13の端面上で収束するように、集光レンズ1
7によって集光される。それによりこのレーザービーム
16が光導波路13内に入射し、そこを導波モードで進
行する。図2は、光導波路13におけるレーザービーム
16の伝搬状態を概略的に示している。図示のようにレ
ーザービーム16の一部は、光導波路13外に浸み出し
、この浸み出し光がMNA単結晶14の部分を通過し、
該MNA単結晶14により波長が1/2すなわち532
nmの第2高調波18に波長変換される。この第2高調
波18は第2のガラス基板12中に所定角度で放射し(
いわゆるチェレンコフ放射)、この放射モードと、光導
波路13におけるレーザービーム16の導波モードとの
間で位相整合が取られる。光波長変換素子10の端面1
0aからは、基本波であるレーザービーム16と第2高
調波18とが混合した光ビーム19が出射する。 この光ビー19は例えば図示しないフィルターに通され
、第2高調波18のみが取り出される。
When using the optical wavelength conversion element 10 having this configuration, the laser beam 16 as a fundamental wave with a wavelength of 1064 nm emitted from the Nd:YAG laser 15 is, for example,
The condenser lens 1 is configured to converge on the end face of the optical waveguide 13.
The light is focused by 7. As a result, this laser beam 16 enters the optical waveguide 13 and travels therein in a waveguide mode. FIG. 2 schematically shows the propagation state of the laser beam 16 in the optical waveguide 13. As shown in the figure, a portion of the laser beam 16 leaks out of the optical waveguide 13, and this leaked light passes through a portion of the MNA single crystal 14,
The MNA single crystal 14 reduces the wavelength to 1/2, that is, 532
The wavelength is converted to a second harmonic 18 of nm. This second harmonic 18 is radiated into the second glass substrate 12 at a predetermined angle (
(so-called Cherenkov radiation), phase matching is achieved between this radiation mode and the guided mode of the laser beam 16 in the optical waveguide 13. End face 1 of optical wavelength conversion element 10
A light beam 19 that is a mixture of a laser beam 16, which is a fundamental wave, and a second harmonic wave 18 is emitted from 0a. This light beam 19 is passed through, for example, a filter (not shown), and only the second harmonic wave 18 is extracted.

【0028】以下、上記の位相整合について説明する。 本実施例では、MNAの非線形光学定数のうち、最大の
対角項であるd22を利用する。後述のようにして光波
長変換素子10を作成すると、MNA単結晶14は光学
軸Yが溝12bの長手方向を向く状態に配向する(光学
軸X、Y、Zはそれぞれ結晶軸a、b、c軸に対応する
)。そこでレーザービーム16を光導波路13に入射さ
せるに当たり、矢印Pで示すその直線偏光方向を上記Y
軸の向きと一致させれば、非線形光学定数d22が利用
されて、高い波長変換効率を実現できる。なおこの場合
、第2高調波18はY軸方向に直線偏光方向したものと
なる。またXおよびZ軸は、図1に示される方向とは別
の向きになっていても構わない。
The above phase matching will be explained below. In this embodiment, d22, which is the largest diagonal term among the nonlinear optical constants of MNA, is used. When the optical wavelength conversion element 10 is produced as described below, the MNA single crystal 14 is oriented such that the optical axis Y faces the longitudinal direction of the groove 12b (the optical axes X, Y, and Z are crystal axes a, b, and (corresponding to the c-axis). Therefore, when making the laser beam 16 enter the optical waveguide 13, its linear polarization direction indicated by the arrow P is
By matching the direction of the axis, the nonlinear optical constant d22 is utilized, and high wavelength conversion efficiency can be achieved. In this case, the second harmonic 18 is linearly polarized in the Y-axis direction. Further, the X and Z axes may be oriented in a direction other than that shown in FIG.

【0029】そしてレーザービーム16と第2高調波1
8とを位相整合させるために、溝12bつまりMNA単
結晶14の周期Λは、周期構造を適用しない場合に生じ
る位相不整合量をΔnとして、前記(数3)式を満足す
る値とされている。このようにして、MNA単結晶14
とそれよりも低屈折率の基板12とがそれぞれ周期Λで
繰り返す周期構造を採用することにより、レーザービー
ム16と第2高調波18とが位相整合するようになる。 なお上記周期Λが前記(数2)式を満足する値の場合は
、導波モードの基本波と同じく導波モードの波長変換波
との間で位相整合が取られる導波−導波タイプの光波長
変換素子となる。
[0029] Laser beam 16 and second harmonic 1
In order to phase-match the grooves 12b, that is, the period Λ of the MNA single crystal 14, the period Λ of the MNA single crystal 14 is set to a value that satisfies the equation (3) above, where Δn is the amount of phase mismatch that occurs when a periodic structure is not applied. There is. In this way, MNA single crystal 14
By adopting a periodic structure in which the substrate 12 and the substrate 12 having a lower refractive index are repeated at a period Λ, the laser beam 16 and the second harmonic 18 are phase matched. If the above period Λ is a value that satisfies the formula (2) above, the waveguide-waveguide type in which phase matching is achieved between the fundamental wave of the waveguide mode and the wavelength-converted wave of the waveguide mode as well. It becomes an optical wavelength conversion element.

【0030】次に光波長変換素子10の製造方法につい
て、図3を参照して説明する。まず同図(1) に示す
ように、第1のガラス基板11の表面11aの部分に、
イオン交換等により、他の基板部分よりも高屈折率の部
分13、すなわち光導波路を形成する。それとともに同
図(2) に示すように、第2のガラス基板12の表面
12aには、フォトリソおよびエッチング等により複数
の溝12bを形成する。なおこれらの溝12bは、上記
の通り、幅がΛ/2で、周期Λで並ぶように形成する。
Next, a method for manufacturing the optical wavelength conversion element 10 will be explained with reference to FIG. First, as shown in FIG. 1 (1), on the surface 11a of the first glass substrate 11,
A portion 13 having a higher refractive index than other substrate portions, that is, an optical waveguide, is formed by ion exchange or the like. At the same time, as shown in FIG. 2(2), a plurality of grooves 12b are formed on the surface 12a of the second glass substrate 12 by photolithography, etching, or the like. Note that, as described above, these grooves 12b are formed to have a width of Λ/2 and to be lined up at a period of Λ.

【0031】次いで同図(3) に示すように、第1の
ガラス基板11と第2のガラス基板12とを、表面11
aと表面12aとが密着し、かつ複数の溝12bに対し
て埋込み型光導波路13が直角な方向に延びる状態にし
て貼り合わせる。 なおこれらの基板11、12は、例えばオプチカル・コ
ンタクトにより貼り合わせることができる。
Next, as shown in FIG. 3(3), the first glass substrate 11 and the second glass substrate 12 are connected to
a and the surface 12a are in close contact with each other, and the embedded optical waveguides 13 extend in a direction perpendicular to the plurality of grooves 12b. Note that these substrates 11 and 12 can be bonded together by, for example, optical contact.

【0032】次に同図(4) に示すように、炉内等に
おいてMNAを融液状態に保ち、この融液14’内に上
記ガラス基板11、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MNA14’が上記複数
の溝12b内に進入する。なお該融液の温度は、MNA
の分解を防止するため、その融点(132℃)よりも僅
かに高い温度とする。その後ガラス基板11、12を急
冷させると、上記溝12b内に進入していたMNAが多
結晶状態で固化する。
Next, as shown in FIG. 4 (4), the MNA is kept in a melt state in a furnace or the like, and one end of the glass substrates 11 and 12 is immersed into the melt 14'. Then, due to capillarity, the MNA 14' in a molten state enters the plurality of grooves 12b. Note that the temperature of the melt is MNA
In order to prevent decomposition of , the temperature is slightly higher than its melting point (132°C). Thereafter, when the glass substrates 11 and 12 are rapidly cooled, the MNA that has entered the grooves 12b is solidified in a polycrystalline state.

【0033】次にガラス基板11、12を炉に入れて、
MNAを再溶融させる。本実施例においては上記の炉と
して、図3の(5) に示すように真ちゅう製のブロッ
ク20内に電熱手段21が埋設されてなる真ちゅう熱浴
22が用いられる。この真ちゅう熱浴22の中央部には
、四角い断面形状を有する細長い穴23が設けられてい
る。そして電熱手段21には温度制御回路24を介して
電流が供給され、上記穴23内の温度は所望温度に保た
れる。両ガラス基板11、12は、この穴23内に挿入
される。
Next, put the glass substrates 11 and 12 into a furnace,
Remelt the MNA. In this embodiment, a brass heating bath 22 in which an electric heating means 21 is embedded in a brass block 20 is used as the above-mentioned furnace, as shown in FIG. 3(5). An elongated hole 23 having a square cross-section is provided in the center of the brass heat bath 22. A current is supplied to the electric heating means 21 via a temperature control circuit 24, and the temperature inside the hole 23 is maintained at a desired temperature. Both glass substrates 11 and 12 are inserted into this hole 23.

【0034】真ちゅう熱浴22の温度(正確には穴23
内の温度)は、MNAの融点より僅かに高い141℃程
度に保たれる。なお、真ちゅう熱浴22の穴23内に例
えばグリースを注入しておけば、真ちゅう熱浴22から
ガラス基板11、12への熱伝導が良好になり、また後
述する基板引出しの速度が一定になって好ましい。上記
穴23は、ブロック20の一端面(図3(5) の手前
側の端面)に開口しているが、その反対側は閉じられて
いる。この閉じられている部分には、穴23内に連通す
る細孔(図示せず)が設けられており、この細孔には針
金26が挿通される。この針金26はラック27に固定
され、該ラック27には減速機付きモータ28によって
回転されるピニオン29が噛合されている。したがって
モータ28が駆動されてピニオン29が矢印B方向に回
転されると、針金26が矢印C方向に移動して、穴23
内の基板11、12をブロック20外に押し出す。なお
真ちゅう熱浴22外の温度は、MNAの融点よりも低い
温度(例えば室温程度)とされる。
The temperature of the brass heat bath 22 (more precisely, the temperature of the hole 23
The internal temperature) is maintained at approximately 141° C., which is slightly higher than the melting point of MNA. Note that if, for example, grease is injected into the holes 23 of the brass hot bath 22, heat conduction from the brass hot bath 22 to the glass substrates 11 and 12 will be improved, and the speed of substrate withdrawal, which will be described later, will be constant. It is preferable. The hole 23 is open on one end surface of the block 20 (the end surface on the near side in FIG. 3(5)), but the opposite side is closed. This closed portion is provided with a pore (not shown) that communicates with the hole 23, and a wire 26 is inserted through this pore. This wire 26 is fixed to a rack 27, and a pinion 29 rotated by a motor 28 with a reduction gear is meshed with the rack 27. Therefore, when the motor 28 is driven and the pinion 29 is rotated in the direction of arrow B, the wire 26 is moved in the direction of arrow C, and the hole 29 is rotated.
The inner substrates 11 and 12 are pushed out of the block 20. The temperature outside the brass hot bath 22 is set to be lower than the melting point of MNA (for example, about room temperature).

【0035】上記のようにガラス基板11、12を真ち
ゅう熱浴22内に収めておくことにより、溝12b内の
MNAは再度溶融状態となる。そしてこの状態からモー
タ28を低速回転させ、針金26を前述のように移動さ
せる。それによりガラス基板11、12は、真ちゅう熱
浴22外に徐々に引き出される。このガラス基板11、
12の引出し速度は、一例として数mm/時間程度に設
定する。このようにすると、MNAの液相と固相の境界
面(これは当然ながら真ちゅう熱浴22の外部に位置す
る)で少しずつMNA単結晶が成長していく。したがっ
て、真ちゅう熱浴22から引き出されたガラス基板12
の溝12bには、長い距離(例えば数cm)に亘って単
結晶状態で結晶方位も一定に揃った固体のMNAが形成
される。
By placing the glass substrates 11 and 12 in the brass hot bath 22 as described above, the MNA in the groove 12b becomes molten again. From this state, the motor 28 is rotated at a low speed to move the wire 26 as described above. Thereby, the glass substrates 11 and 12 are gradually drawn out of the brass hot bath 22. This glass substrate 11,
The drawing speed of No. 12 is set, for example, to about several mm/hour. In this way, the MNA single crystal grows little by little at the interface between the liquid phase and the solid phase of MNA (which is naturally located outside the brass hot bath 22). Therefore, the glass substrate 12 pulled out from the brass hot bath 22
In the groove 12b, a solid MNA is formed in a single crystal state over a long distance (for example, several cm) and whose crystal orientation is uniformly aligned.

【0036】以上説明のようにして、有機非線形光学材
料であるMNAの単結晶14と、それよりも低屈折率の
ガラス基板12とが各々周期Λで繰り返す周期構造を有
する光波長変換素子10を作成することができる。
As explained above, an optical wavelength conversion element 10 having a periodic structure in which a single crystal 14 of MNA, which is an organic nonlinear optical material, and a glass substrate 12 having a lower refractive index than the single crystal 14 are repeated at a period Λ, is manufactured. can be created.

【0037】なお上記の実施例においては、ガラス基板
12の溝12b内に融液状態のMNA14’を進入させ
るようにしているが、MNAの溶液を溝12b内に進入
させ、その後該溶液の溶媒を蒸発させてMNAを溝12
b内に充填するようにしてもよい。
In the above embodiment, the MNA 14' in a molten state is introduced into the grooves 12b of the glass substrate 12, but the MNA solution is introduced into the grooves 12b, and then the solvent of the solution is Evaporate the MNA into groove 12.
b may be filled.

【0038】以上、有機非線形光学材料のMNAを用い
た実施例について説明したが、本発明の光波長変換素子
はその他の有機非線形光学材料を用いる場合も、上記と
同様の方法によって作成することができる。また本発明
の光波長変換素子は、有機非線形光学材料のみならず、
無機の非線形光学材料を利用して形成することもできる
Although the embodiment using the organic nonlinear optical material MNA has been described above, the optical wavelength conversion element of the present invention can also be produced by the same method as above when using other organic nonlinear optical materials. can. Furthermore, the optical wavelength conversion element of the present invention is not limited to organic nonlinear optical materials.
It can also be formed using an inorganic nonlinear optical material.

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

【図1】本発明の一実施例による光波長変換素子を示す
一部破断斜視図
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing an optical wavelength conversion element according to an embodiment of the present invention.

【図2】上記実施例の光波長変換素子を示す概略側面図
[Fig. 2] A schematic side view showing the optical wavelength conversion element of the above embodiment.

【図3】本発明による光波長変換素子の製造方法の一例
を示す説明図
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a method for manufacturing an optical wavelength conversion element according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10    光波長変換素子 11    第1のガラス基板 11a    第1のガラス基板の表面12    第
2のガラス基板 12a    第2のガラス基板の表面13    埋
込み型光導波路 14    MNA単結晶 14’    MNA融液 20    真ちゅうブロック 21    電熱手段 22    真ちゅう熱浴 24    温度制御回路 26    針金 27    ラック 28    モータ 29    ピニオン
10 Optical wavelength conversion element 11 First glass substrate 11a Surface of first glass substrate 12 Second glass substrate 12a Surface of second glass substrate 13 Embedded optical waveguide 14 MNA single crystal 14' MNA melt 20 Brass block 21 Electric heating means 22 Brass heating bath 24 Temperature control circuit 26 Wire 27 Rack 28 Motor 29 Pinion

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  表面に埋込み型光導波路が形成された
第1の基板と、表面に所定ピッチで形成された複数の溝
内にそれぞれ非線形光学材料が充填された第2の基板と
が、前記光導波路が複数の溝内の非線形光学材料とそれ
ぞれ接する状態に接合されてなる光波長変換素子。
1. A first substrate having a buried optical waveguide formed on its surface, and a second substrate having a plurality of grooves formed at a predetermined pitch on its surface filled with a nonlinear optical material, respectively, An optical wavelength conversion element in which an optical waveguide is joined in contact with nonlinear optical materials in a plurality of grooves.
【請求項2】  第1の基板の表面に埋込み型の光導波
路を形成し、第2の基板の表面に所定ピッチで複数の溝
を形成し、これらの基板を、前記光導波路が前記複数の
溝のそれぞれと対向する状態にして一体化し、前記複数
の溝内に基板材料よりも高屈折率の結晶性有機非線形光
学材料を充填させた後、前記両基板を、前記有機非線形
光学材料の融点より高い温度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、溶融状態の前記光学材料を炉外への引出し部分か
ら単結晶化させることを特徴とする光波長変換素子の製
造方法。
2. A buried optical waveguide is formed on the surface of a first substrate, a plurality of grooves are formed at a predetermined pitch on the surface of a second substrate, and the optical waveguide is connected to the plurality of substrates. After integrating the plurality of grooves so as to face each of the grooves, and filling the plurality of grooves with a crystalline organic nonlinear optical material having a higher refractive index than the substrate material, both substrates are bonded to the melting point of the organic nonlinear optical material. The optical material in a molten state is single-crystalized from the part drawn out of the furnace by gradually drawing it from the inside of the furnace kept at a higher temperature to the outside of the furnace kept at a temperature lower than the melting point. A method for manufacturing an optical wavelength conversion element.
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