JPH05265066A - Optical waveguide type wavelength conversion element - Google Patents

Optical waveguide type wavelength conversion element

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JPH05265066A
JPH05265066A JP9345692A JP9345692A JPH05265066A JP H05265066 A JPH05265066 A JP H05265066A JP 9345692 A JP9345692 A JP 9345692A JP 9345692 A JP9345692 A JP 9345692A JP H05265066 A JPH05265066 A JP H05265066A
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JP
Japan
Prior art keywords
optical waveguide
conversion element
wavelength conversion
polymer
waveguide type
Prior art date
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Application number
JP9345692A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshikazu Shudo
美和 首藤
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH05265066A publication Critical patent/JPH05265066A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide the wavelength conversion element which is for LDs having high efficiency. CONSTITUTION:This optical waveguide type wavelength conversion element has a polymer medium layer which exhibits a quadratic optical waveguide response and causes the pseudo phase matching of an incident laser beam and a generated second harmonic wave as an optical waveguide part. This optical waveguide part forms a spacial periodic structure by subjecting the polymer precursors of at least one kind of polymerizable monomers exhibiting the quadratic nonlinear optical waveguide response to a polarization treatment and this polarization state is fixed by polymerizing the polymer precursors. Further, period DELTA of the spacial frequency structure is expressed by the equation, where A is the propagation constant of the basic mode at the wavelength of the second harmonic wave and B is the propagation constant of the basic mode at the wavelength of the laser wave.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【技術分野】本発明は、光導波路型波長変換素子に関す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical waveguide type wavelength conversion element.

【0002】[0002]

【従来技術】有機非線形光学材料は、従来の材料に比べ
性能が高いことが判明し、第2高調波発生による波長変
換素子用材料として注目を受けている。しかし、加工性
が悪いこと、しばしば対称中心を持つ結晶構造をとりマ
クロには性能が発揮されないことから素子として性能の
高いものを作製するのは困難である。また、これを解決
するために高分子マトリックスに非線形光学性能の高い
分子を分散させ分極処理を行ったり、主鎖あるいは側鎖
に非線形光学性能の高い分子構造をとり込んだポリマー
を分極処理することが提案されているが、ドープできる
分子数に限りがあるため、性能がさほど高くならないこ
とや分極の緩和により性能が時間と共に減衰するという
欠点が生じた。そこで、非線形光学性能の高いモノマー
を分極処理した後、重合し性能向上と分極の時間緩和を
減少させた材料が発生された〔例えば、D.Jungb
auer,etc,Appl.Phys.Lett.5
6(26),P.2610〕。しかし、有機の非線形光
学材料を用いて実用化に充分な効率を持つLD用波長変
換素子を作ることは、一般に位相整合状態を満足させる
ことが困難であること、入射パワー密度がLDの場合大
きくないこと、およびLDの第2高調波の波長に吸収が
ある材料が多いこと等の理由のため、未だ達成されてい
ない。
2. Description of the Related Art Organic nonlinear optical materials have been found to have higher performance than conventional materials, and have been attracting attention as materials for wavelength conversion elements that generate second harmonics. However, it is difficult to fabricate a device having high performance as it has poor workability and often has a crystal structure having a symmetric center and does not exhibit performance in a macro. In order to solve this problem, it is necessary to disperse molecules with high nonlinear optical performance in a polymer matrix and perform polarization treatment, or to perform polarization treatment on a polymer that incorporates a molecular structure with high nonlinear optical performance in the main chain or side chain. However, since the number of molecules that can be doped is limited, the performance is not so high and the performance is attenuated over time due to relaxation of polarization. Therefore, after a monomer having a high non-linear optical performance is subjected to a polarization treatment, it is polymerized to generate a material in which the performance is improved and the relaxation time of polarization is reduced [eg, D. Jungb
Auer, etc, Appl. Phys. Lett. 5
6 (26), p. 2610]. However, it is generally difficult to satisfy the phase-matched state when an LD wavelength conversion element having sufficient efficiency for practical use is made using an organic nonlinear optical material. It has not been achieved yet because of the fact that many materials do not have absorption at the wavelength of the second harmonic of the LD.

【0003】[0003]

【目的】本発明は、前記のような従来技術の問題点を解
消し、高効率のLD用波長変換素子の提供を目的とす
る。
An object of the present invention is to provide a highly efficient wavelength conversion element for an LD by solving the problems of the prior art as described above.

【0004】[0004]

【構成】本発明は、光導波路部として、二次の非線形光
学応答を示し、かつ入射されるレーザ光と発生する第2
高調波を擬似位相整合させる空間的周期構造を有するポ
リマー媒質層を備えた光導波路型波長変換素子におい
て、光導波路部が、少なくとも1種類の二次の非線形光
学応答を示す重合性モノマーのポリマー前駆体を分極処
理して空間的周期構造を形成し、かつ該分極状態を前記
のポリマー前駆体を重合させることにより固定したもの
であり、さらに前記空間的周期構造の周期Δが次式
(I)で示されるものであることを特徴とする。
According to the present invention, as an optical waveguide part, a second-order nonlinear optical response is exhibited, and a second laser light is generated with incident laser light.
In an optical waveguide type wavelength conversion element provided with a polymer medium layer having a spatial periodic structure for quasi-phase matching of harmonics, the optical waveguide part is a polymer precursor of a polymerizable monomer showing at least one kind of second-order nonlinear optical response. The body is polarized to form a spatial periodic structure, and the polarization state is fixed by polymerizing the polymer precursor, and the period Δ of the spatial periodic structure is represented by the following formula (I). It is characterized by being shown by.

【数2】 (但し、Aは第2高調波の波長における基本モードの伝
搬定数、Bは入射レーザ波の波長にある基本モードの伝
搬定数である。) 本発明の光導波路型波長変換素子の基本構成は、例えば
図1〜5に示すように基板1上に電極、例えばくし形電
極7、クラッド層2および前記ポリマー媒質層よりなる
光導波路部5を形成したものよりなる。通常、第2高調
波発生の効率ηは、たとえば導波路素子の場合以下の式
(II)で書き表わされる。
[Equation 2] (However, A is the propagation constant of the fundamental mode at the wavelength of the second harmonic, and B is the propagation constant of the fundamental mode at the wavelength of the incident laser wave.) The basic configuration of the optical waveguide type wavelength conversion element of the present invention is: For example, as shown in FIGS. 1 to 5, an electrode, for example, a comb-shaped electrode 7, a cladding layer 2 and an optical waveguide portion 5 composed of the polymer medium layer are formed on a substrate 1. Usually, the efficiency η of the second harmonic generation is expressed by the following formula (II) in the case of a waveguide device, for example.

【数3】 μ0 真空透磁率 ε0 真空誘電率 ω 基本波面周波数 dx 実効SHG定数 nx 導波路層の実効屈折率 L2 相互作用長 PF 入力パワー D 導波路幅 I 空間結合係数 ここで、sin2(Δβ・L/2)/(Δβ・L/2)2
位相整合性を表す項で、Δβ=0の時最大で1となり、
Δβ≠0の時はηは著るしく小さくなる。このΔβ=0
の条件はβに波長依存性があるため一般に非常に厳し
く、モード間位相整合、チェレンコフ位相整合等が提案
されているが、膜厚許容差が小さい、空間結合係数が小
さい等の理由のため、高効率は得られていない。ここ
で、たとえば、l=(2m−1)2π/Δβ(mは自然
数)で定義される長さlごとにdの値が変化する時は擬
似位相整合という、あたかも位相整合がとれているかの
ような挙動を示すことが知られている。そこで、たとえ
ば、dxの正負が変化し、絶体値が等しい時はηは近似
的に
[Equation 3] μ 0 Vacuum permeability ε 0 Vacuum permittivity ω Fundamental wavefront frequency dx Effective SHG constant nx Effective refractive index of waveguide layer L 2 Interaction length PF Input power D Waveguide width I Spatial coupling coefficient where sin 2 (Δβ ・L / 2) / (Δβ · L / 2) 2 is a term representing the phase matching property, which is 1 at the maximum when Δβ = 0,
When Δβ ≠ 0, η becomes extremely small. This Δβ = 0
The condition of is generally very strict because β has wavelength dependence, and phase matching between modes, Cherenkov phase matching, etc. have been proposed, but for reasons such as small film thickness tolerance and small spatial coupling coefficient, High efficiency has not been obtained. Here, for example, when the value of d changes for each length l defined by l = (2m−1) 2π / Δβ (m is a natural number), it is called quasi phase matching, which is as if phase matching is achieved. It is known to show such behavior. So, for example, when the sign of dx changes and the absolute values are equal, η is approximately

【数4】 となり、lごとに0と、ある値dxを交互にとる時は、[Equation 4] When 0 and a certain value dx are alternately taken for each l,

【数5】 となることを本発明者は導出した。ここで、特に実用的
な高効率を得るためには、m=1であることが望まし
い。しかし、現在無機材料において擬似位相整合が検討
されているが、m=1とすると
[Equation 5] The present inventor has derived that Here, in order to obtain particularly high efficiency, it is desirable that m = 1. However, although quasi-phase matching is currently being investigated in inorganic materials, if m = 1

【数6】 と非常に短い値になるため、分極反転構造を作製するた
めTi等を拡散する時、導波路深さに対し横方向への拡
散があるため、分極反転構造をm=1の条件で作製する
ことは非常に困難である。しかし、分極処理ポリマーの
場合は、一般に屈折率が低いため、Δβが小さいためm
=1としてもlがさほど小さくならないこと、また電極
による分極処理を行えるため分極の微細加工の限界まで
の分極処理が行えるので、一次の擬似位相整合(m=
1)が可能となる。また、m=1であると共に、ηを大
きくするにはIが大きいことが必要であり、Iは、基本
波とSH波が共に基本モードである時最も大きくなる。
一般に基本モード同士ではΔβが大きくなる。本発明の
ポリマーの場合は、屈折率が無機の材料に比べ一般に小
さいので、基本モード同士で擬似位相整合させる場合で
もΔβが小さくなり実行可能なlの値をとり得る。以上
のことより、該ポリマーを用い、擬似位相整合をさせる
導波路型波長変換素子については、その周期Δは、
[Equation 6] Therefore, when Ti and the like are diffused to form a domain-inverted structure, there is diffusion in the lateral direction with respect to the depth of the waveguide. Therefore, the domain-inverted structure is produced under the condition of m = 1. Things are very difficult. However, in the case of a polarized polymer, Δβ is small because the refractive index is generally low.
Even if = 1 is set, l does not become so small, and since the polarization treatment by the electrode can be performed, the polarization treatment up to the limit of the fine processing of the polarization can be performed. Therefore, the first-order quasi phase matching (m =
1) is possible. Further, in addition to m = 1, it is necessary for I to be large in order to increase η, and I becomes maximum when both the fundamental wave and the SH wave are in the fundamental mode.
Generally, Δβ becomes large between the basic modes. In the case of the polymer of the present invention, since the refractive index is generally smaller than that of an inorganic material, Δβ becomes small even when quasi phase matching is performed between the fundamental modes, and a feasible value of 1 can be obtained. From the above, for the waveguide type wavelength conversion element that uses the polymer to perform quasi phase matching, the period Δ is

【数7】 であることが有効である。また、現在得られているLD
に関しては、出力の上限は一般に〜40mWであり、実
用的には数mWの出力が必要なため、効率ηは〜10%
程度は必要である。
[Equation 7] Is effective. Also, the currently obtained LD
As for the above, the upper limit of the output is generally up to 40 mW, and the output of several mW is practically required, so the efficiency η is up to 10%
Degree is necessary.

【0005】一般にLDの波長に対し光導波路の膜厚は
2〜3μmのものが多くつかわれ、特にポリマーの場合
は膜厚作製条件からも極端に薄いものは作製しにくい。
このとき、m=1、基本モード間で擬似位相整合しても
横方向の閉じ込めがない時、すなわちDがLDをコリメ
ートした時の幅である数mmのオーダーの時は、η〜1
-3あり、理論上実用的に必要な効率は得られない(但
し、dxはポリマー類に関して最大の報告値である50
pm/Vを用い、Lに関しては10mmを用いた。)。
実際には、LDと導波路のカップリングのロス、基本波
の減衰等もあるため、効率はさらに低くなり、横方向の
閉じ込めがない時は、とうてい実用的な効率を得ること
は非常に困難である。従って、該ポリマーを用いた光導
波路型波長変換素子としては、横方向の閉じ込め効果が
あることが不可欠である。この場合、横方向の閉じ込め
効果が期待できる素子構造としては、図1〜3に示され
る素子のようなものが挙げられる。また、特に分極処理
したポリマーに関しては、分極方向の屈折率が非分極領
域に比べ一般に大きいため、たとえば図4に示すような
素子に関しては、TMモードに対し、横方向に閉じ込め
効果を持つため図4に示すような構造でもよい。
Generally, an optical waveguide having a film thickness of 2 to 3 μm is often used with respect to the wavelength of an LD, and in the case of a polymer in particular, it is difficult to manufacture an extremely thin film from the film thickness manufacturing conditions.
At this time, when m = 1 and there is no lateral confinement even if the quasi-phase matching is performed between the fundamental modes, that is, when D is on the order of several mm which is the width when the LD is collimated, η˜1
0 -3, which means that theoretically practically required efficiency cannot be obtained (however, dx is the maximum reported value of 50 for polymers).
pm / V was used and 10 mm was used for L. ).
Actually, since there is a loss of coupling between the LD and the waveguide, attenuation of the fundamental wave, etc., the efficiency becomes even lower, and it is very difficult to obtain practical efficiency without lateral confinement. Is. Therefore, it is essential that the optical waveguide type wavelength conversion element using the polymer has a lateral confinement effect. In this case, as an element structure which can be expected to have a lateral confinement effect, there are elements such as those shown in FIGS. Further, in particular, a polymer subjected to polarization treatment generally has a larger refractive index in the polarization direction than in a non-polarization region. For example, an element as shown in FIG. 4 has a lateral confinement effect with respect to the TM mode. The structure shown in FIG.

【0006】式(II)は基本波およびSH波に吸収がな
いと近似した場合の式で、吸収がある場合、特に光導波
路層に吸収がある場合は効率は著しく減少するので、実
用的な効率を得るためにはポリマーに基本波およびSH
波の波長領域である380〜1000nmでの吸収がな
いことは不可欠である。従って、前記のポリマー媒質層
を構成するポリマーとしては、非線形の高いモノマーで
構成され、かつ、前記のような波長領域での吸収がない
ことが必要である。このようなポリマーとしては、少な
くとも一つの2重結合を持つアルコールとメタクリル酸
とのエステル(1)と、メチルメタクリレート(2)と
ケトン(3)のコポリマーが好ましいことを発見した。
メタクリル酸エステルと、メチルメタクリレートは以下
式(V)に示すような光重合性を示し、
The formula (II) is a formula when it is approximated that there is no absorption in the fundamental wave and the SH wave. In the case where there is absorption, particularly in the case where there is absorption in the optical waveguide layer, the efficiency is remarkably reduced. To obtain efficiency, the polymer should have a fundamental wave and SH
It is essential that there is no absorption in the wavelength range of waves, 380-1000 nm. Therefore, it is necessary that the polymer forming the polymer medium layer is composed of a highly non-linear monomer and does not have absorption in the above wavelength range. As such a polymer, it has been discovered that an ester (1) of alcohol and methacrylic acid having at least one double bond and a copolymer of methyl methacrylate (2) and ketone (3) are preferable.
Methacrylic acid ester and methyl methacrylate show photopolymerizability as shown in the following formula (V),

【化1】 ここでRは、たとえば以下のような構造である。 −CH2−CH=CH2,−CH2−CH=CH−CH3ケトンは、Rの二重結合と反応し、オキセタン環を形成
すると考えられており、そのためケトンの励起エネルギ
ーがC=Cの励起エネルギーより低くn軌道からπ励起
軌道への電子遷移が支配的であるものが望ましく、たと
えばベンゾフェノン、3−ベンゾイルベンゾフェノン等
が挙げられる。非線形光学性能の高い分子骨格はπ電子
を持つ骨格にドナー基、およびアクセプタ基を持つもの
が望ましいので、これらフェニルケトンにはドナー基、
あるいはアクセプタ基が置換されていることが望まし
い。ただし、ドナー性およびアクセプタ性の強い基を特
に共鳴効果の強い位置に同時にもつ場合(たとえばp−
ニトロアニリンの骨格)は吸収がきわめて長波長化する
ので、これらをさけたものがよい。前記のような要件を
満足するポリマーとしては、さらに少なくとも2つの非
置換アミノ基を持つアミンと少なくとも2つのエポキシ
環を持つエポキシドのコポリマーを用いたものである。
アミノ基を持つ分子骨格は一般に非線形光学性能を示
し、特にπ電子を持つ置換、あるいは非置換のアニリ
ン、アミノスチルベン等は前述の理由で性能が高い。従
って本発明のアミンは置換あるいは非置換の芳香族アミ
ンが望ましく、アミノ基が強いドナー性を持つため、置
換基は吸収が長波長化しないような弱いアクセプタ性の
もの、あるいはドナー性のものが望ましい。また、エポ
キシドにさらに非線形光学活性な分子骨格を含んでいて
もよい。該基板1としては、電極を装荷し、加工する事
が必要なので、熱や酸に強いガラス等の材料が用いられ
る。電極2を設けた基板1上に前記ポリマー媒質層6の
屈折率より低屈折率のクラッド層3を設ける。クラッド
層3を構成する材料としては、ポリマー層より屈折率が
低く、透明性の良い材料が好ましいので、フッ素系のポ
リマー等が挙げられる。クラッド層3は、前記のような
材料を例えば溶液状態でスピンコート等のような塗布方
法で形成する。ポリマー層は、非線形性能が高く熱的安
定性が良好である事から、エポキシドとアミンの重合体
が好ましい。エポキシドとしては、例えば次式(I)で
示されるN,N−(ジクリシジル)−4−ニトロアニリ
ンアニリン(NNDN)、またアミンとしては、例えば
次式(II)で示されるN−(2−アミノフェニル)−4
−ニトロアニリン(NAN)があげられる。
[Chemical 1] Here, R has the following structure, for example. -CH 2 -CH = CH 2, -CH 2 -CH = CH-CH 3, It is believed that the ketone reacts with the double bond of R to form an oxetane ring, and therefore the excitation energy of the ketone is lower than the excitation energy of C = C and the electronic transition from the n orbital to the π excitation orbital is dominant. Some are desirable, and examples thereof include benzophenone and 3-benzoylbenzophenone. Since a molecular skeleton with high nonlinear optical performance preferably has a donor group and an acceptor group in the skeleton having π electrons, these phenyl ketones have a donor group,
Alternatively, it is desirable that the acceptor group be substituted. However, in the case where a group having a strong donor property and a strong acceptor property are simultaneously present at positions having a strong resonance effect (for example, p-
The skeleton of nitroaniline) has a very long absorption wavelength, so it is better to avoid these. As a polymer satisfying the above requirements, a copolymer of an amine having at least two unsubstituted amino groups and an epoxide having at least two epoxy rings is used.
A molecular skeleton having an amino group generally exhibits non-linear optical performance, and in particular, substituted or unsubstituted aniline and aminostilbene having π electrons have high performance for the above-mentioned reason. Therefore, the amine of the present invention is preferably a substituted or unsubstituted aromatic amine, and since the amino group has a strong donor property, the substituent has a weak acceptor property such that absorption does not have a long wavelength, or a donor property. desirable. Further, the epoxide may further contain a non-linear optically active molecular skeleton. As the substrate 1, since it is necessary to load and process electrodes, a material such as glass which is resistant to heat and acid is used. A clad layer 3 having a refractive index lower than that of the polymer medium layer 6 is provided on the substrate 1 provided with the electrode 2. As a material forming the clad layer 3, a material having a lower refractive index and better transparency than the polymer layer is preferable, and therefore a fluorine-based polymer or the like can be used. The clad layer 3 is formed by applying the above material in a solution state by a coating method such as spin coating. The polymer layer is preferably a polymer of epoxide and amine because it has high non-linear performance and good thermal stability. The epoxide is, for example, N, N- (diclycidyl) -4-nitroanilineaniline (NNDN) represented by the following formula (I), and the amine is, for example, N- (2-amino) represented by the following formula (II). Phenyl) -4
-Nitroaniline (NAN).

【化2】 [Chemical 2]

【化3】 [Chemical 3]

【0007】分極処理は、以下のようにして行うことが
できる。(1)重合性モノマーを加熱し前駆体とし、該
前駆体上にコロナ放電により発生した電荷を帯電させ、
電極例えばくし形電極を用いて周期的な電界を印加し、
電界により分極領域が周期的に生じている状態で前駆体
を重合させ、分極を固定する処理方法あるいは(2)該
前駆体上に、さらに同様にポリマー媒質層より低屈折率
のクラッド層を積層し、該クラッド層上に設けた電極に
より周期的電界を印加する方法で分極領域を生じさせ、
該状態で前駆体を重合させ、分極を固定処理する方法が
ある。さらには、図5に示すように、(3)基板上に絶
縁層を介した2組の電極、例えばくし形電極層を設け、
該絶縁層の上に前記前駆体層により光導波路を形成し、
あるいはさらに該前駆体層の上にポリマー媒質層より低
い屈折率のクラッド層を積層した後、前記のように前駆
体上にコロナ放電により電荷を帯電させ、2つの電極と
コロナ放電により発生した電荷、あるいはクラッド層上
に設けたもう一つの電極により電界を印加し、分極領域
が反転して周期的に生じている状態で前記前駆体を重合
させ分極を固定処理したような構成のものであってもよ
い。なお、図5では電極、例えばくし形電極の2組を使
用しているが、2組以上のものであってもよい。また、
これら2組以上の電極を絶縁する絶縁層としては、ポリ
マー類をスピンコートしたり、SiO2等の材料を、蒸
着、あるいはスパッタ、CVD等の既知の方法で作製す
る事ができる。以下に、実施例に従って本発明を説明す
るが、本発明は実施例に限定されるものではない。
The polarization process can be performed as follows. (1) A polymerizable monomer is heated to be a precursor, and an electric charge generated by corona discharge is charged on the precursor,
Applying a periodic electric field using electrodes such as a comb-shaped electrode,
A treatment method of fixing the polarization by polymerizing the precursor in a state where the polarization region is periodically generated by the electric field, or (2) laminating a cladding layer having a lower refractive index than the polymer medium layer on the precursor. Then, a polarized region is generated by a method of applying a periodic electric field by an electrode provided on the clad layer,
There is a method of polymerizing the precursor in this state and fixing the polarization. Furthermore, as shown in FIG. 5, (3) two sets of electrodes, for example, comb-shaped electrode layers, provided with an insulating layer on the substrate,
Forming an optical waveguide by the precursor layer on the insulating layer,
Alternatively, after further laminating a clad layer having a lower refractive index than the polymer medium layer on the precursor layer, the precursor is charged with electric charges by corona discharge, and the two electrodes and the charges generated by corona discharge are charged. Alternatively, an electric field is applied by another electrode provided on the clad layer, and the precursor is polymerized in a state where the polarization region is inverted and periodically generated, and the polarization is fixed. May be. Although two sets of electrodes, for example, comb-shaped electrodes are used in FIG. 5, two or more sets may be used. Also,
As the insulating layer that insulates these two or more sets of electrodes, polymers can be spin-coated, or a material such as SiO 2 can be prepared by a known method such as vapor deposition, sputtering, or CVD. The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples.

【0008】[0008]

【実施例】【Example】

実施例1 ポリマー媒質層を構成する重合性モノマー成分として、
2−プロペニルメタクリレート、メチルメタクリレート
および4−ニトロベンゾフェノンを用いた。メタクリル
酸エステルの重合開始剤としては、2,2′−アゾビス
イソブチロニトリルを用いた。メタクリレートの共重合
体と、該ベンゾフェノンの重量比、約1:1の4重量%
トルエン溶液を調整し、ろ過後、図5に示した基板上に
スピンコートした。クラッド層としては、フッ化ビニリ
デンとテトラクロロエチレンのコポリマーをアセトンに
溶かしスピンコーティングにより塗布し加熱乾燥した。
この後、2.0μmの膜厚に製膜し、80℃で40分間
処理した。次にこの光導波路層に既知のコロナポーリン
グ法により電界を印加しながらガラス転位点以上に加熱
すると同時に図6に示すように100μmのスリットの
フォトマスクを介して385nmの紫外線9を1〜15
分照射し、電界を印加しながら室温にもどして分極処理
を行った。紫外線を印加しなかった部分はベンゾフェノ
ンが抜け、膜厚が減少した。光源として、チタンサファ
イアレーザを用いてチタンサファイアレーザの波長と、
その半分の波長に吸収がないことを確認した。
Example 1 As a polymerizable monomer component constituting the polymer medium layer,
2-Propenyl methacrylate, methyl methacrylate and 4-nitrobenzophenone were used. 2,2'-azobisisobutyronitrile was used as a polymerization initiator for the methacrylic acid ester. 4% by weight of a copolymer of methacrylate and the benzophenone in a weight ratio of about 1: 1.
A toluene solution was prepared, filtered, and then spin-coated on the substrate shown in FIG. As the clad layer, a copolymer of vinylidene fluoride and tetrachloroethylene was dissolved in acetone, applied by spin coating, and dried by heating.
Then, a film having a thickness of 2.0 μm was formed and treated at 80 ° C. for 40 minutes. Next, the optical waveguide layer is heated to a temperature not lower than the glass transition point while applying an electric field by a known corona poling method, and at the same time, as shown in FIG.
It was irradiated for a minute, and returned to room temperature while applying an electric field to perform polarization treatment. Benzophenone escaped from the portion to which no ultraviolet ray was applied, and the film thickness was reduced. Using a titanium sapphire laser as the light source, the wavelength of the titanium sapphire laser,
It was confirmed that there was no absorption at half the wavelength.

【数8】 このとき基本波は841nm、SH波は421.5nm
であり、光導波路部およびクラッド部の膜厚方向の屈折
率はそれぞれ以下の通りである。 841nm 421.5nm 空気 1.00 1.00 光導波路部 1.544 1.575(TMモード) フッ化ビニリデンクラッド 1.424 1.438 従ってこの時、基本モードに対する有効屈折率は、
[Equation 8] At this time, the fundamental wave is 841 nm and the SH wave is 421.5 nm.
The refractive indices of the optical waveguide portion and the cladding portion in the film thickness direction are as follows. 841 nm 421.5 nm Air 1.00 1.00 Optical waveguide part 1.544 1.575 (TM mode) Vinylidene fluoride clad 1.424 1.438 Therefore, at this time, the effective refractive index for the fundamental mode is

【数9】 であるので、擬似位相整合のための分極処理の周期はΔ
=2π/Δβ=10.8μmとなり、あらかじめ電極の
ピッチを10.8μmに設定しておいたので、一次の
(m=1)擬似位相整合が可能である。94mWのチタ
ンサファイアレーザをゆるくしばり、プリズムカップリ
ング法で光導波路内へ結合させたところ、421.5n
mのブルー光が確認された。
[Equation 9] Therefore, the period of polarization processing for quasi phase matching is Δ
= 2π / Δβ = 10.8 μm, and the electrode pitch is set to 10.8 μm in advance, so primary (m = 1) quasi phase matching is possible. When a 94 mW titanium sapphire laser was loosely bound and coupled into the optical waveguide by the prism coupling method, it was 421.5 n.
m blue light was confirmed.

【0009】実施例2 N,N−(ジグリシジル)−4−クロロアニリン(NN
DC),N−(2−アミノフェニル)−4−クロロアニ
リン(NAC)を〔D.Jungbauerらが、Ap
pl.Phys.Lett.56(26).P261
0〕に紹介した方法に準じて調整しポリマーの前駆体を
作製したのち、実施例1と同様の電極およびクラッド層
をそなえた基板上に塗布し、2.0μmの膜厚に製膜し
たのち、コロナポーリングを行った。ただしこの時、コ
ロナ電子を発生させる電極は先端の非常に鋭い(R:〜
30μm程度)ニードルを用い50μm〜程度の距離で
ポリマー面に近づけてニードルを掃引し、100μm〜
程度の部分にのみ電荷を帯電させてコロナポーリングを
行った。この後、加熱することで光導波路層を固化し図
4に示すような横方向の閉じ込め構造が作製できた。こ
のときのポリマーの吸収は、
Example 2 N, N- (diglycidyl) -4-chloroaniline (NN
DC), N- (2-aminophenyl) -4-chloroaniline (NAC) was added to [D. Jungbauer et al.
pl. Phys. Lett. 56 (26). P261
[0] to prepare a polymer precursor, and apply the same to the substrate having the same electrode and clad layer as in Example 1 to form a film having a thickness of 2.0 μm. , Corona polling was done. However, at this time, the electrode that generates corona electrons has a very sharp tip (R: ~
30 μm) A needle is swept by approaching the polymer surface at a distance of 50 μm to about 100 μm.
Corona poling was performed by charging an electric charge only to a certain portion. Then, by heating, the optical waveguide layer was solidified and a lateral confinement structure as shown in FIG. 4 could be manufactured. The absorption of the polymer at this time is

【数10】 で、チタンサファイアレーザの波長およびSHGの波長
に対し充分透明であったので光源としてチタンサファイ
アレーザを用いた。この時、屈折率の値は以下の通りで
あり、 841nm 421.5nm 空気 1.00 1.00 光導波路部 1.712 1.785 フッ化ビニリデンクラッド 1.424 1.438 基本モードの有効屈折率は、
[Equation 10] Since it was sufficiently transparent to the wavelength of titanium sapphire laser and the wavelength of SHG, titanium sapphire laser was used as a light source. At this time, the refractive index values are as follows: 841 nm 421.5 nm air 1.00 1.00 optical waveguide part 1.712 1.785 vinylidene fluoride clad 1.424 1.438 effective refractive index of fundamental mode Is

【数11】 であるからΔ=2π/Δβ=10.4μmとなる。電極
のピッチを10.4μmに設定することで、一次の(m
=1)擬似位相整合が達成できる。このように作製した
光導波路に対しても、実施例1と同様の性能が確認され
た。
[Equation 11] Therefore, Δ = 2π / Δβ = 10.4 μm. By setting the electrode pitch to 10.4 μm, the primary (m
= 1) Quasi phase matching can be achieved. The same performance as in Example 1 was confirmed for the optical waveguide thus manufactured.

【0010】[0010]

【効果】【effect】

(1)一次の擬似位相整合をした高性能で安定な有機非
線形光学ポリマーを用いた素子なので高効率の波長変換
ができる。 (2)膜厚方向および横方向の閉じ込め効果を有する素
子のため入射パワー密度が向上するので変換効率が向上
する。 (3)素子と構成するポリマーが、非線形の高いモノマ
ーよりなり、波長380〜1000nmの範囲において
透明性がよいので、変換効率が向上する。
(1) Since it is an element using a high-performance and stable organic nonlinear optical polymer with first-order quasi-phase matching, highly efficient wavelength conversion is possible. (2) Since the device has the effect of confining in the film thickness direction and the lateral direction, the incident power density is improved, so that the conversion efficiency is improved. (3) Since the polymer constituting the device is made of a highly non-linear monomer and has good transparency in the wavelength range of 380 to 1000 nm, the conversion efficiency is improved.

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

【図1】膜厚方向および横方向にも閉じ込め効果を持つ
構造を有する本発明の光導波路型波長変換素子の1実施
例の基本的構成を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of one embodiment of an optical waveguide type wavelength conversion element of the present invention having a structure having a confinement effect in a film thickness direction and a lateral direction.

【図2】膜厚方向および横方向にも閉じ込め効果を持つ
構造を有する本発明の光導波路型波長変換素子の他の実
施例の基本的構成を示す概略図である。
FIG. 2 is a schematic view showing a basic configuration of another embodiment of the optical waveguide type wavelength conversion element of the present invention having a structure having a confinement effect in the film thickness direction and the lateral direction.

【図3】膜厚方向および横方向にも閉じ込め効果を持つ
構造を有する本発明の光導波路型波長変換素子の他の実
施例の基本的構成を示す概略図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a basic configuration of another embodiment of the optical waveguide type wavelength conversion element of the present invention having a structure having a confinement effect in the film thickness direction and the lateral direction.

【図4】膜厚方向および横方向にも閉じ込め効果を持つ
構造を有する本発明の光導波路型波長変換素子の他の実
施例の基本的構成を示す概略図である。
FIG. 4 is a schematic view showing a basic configuration of another embodiment of the optical waveguide type wavelength conversion element of the present invention having a structure having a confinement effect in the film thickness direction and the lateral direction.

【図5】本発明で使用する基板の1実施例を示す。FIG. 5 shows an example of a substrate used in the present invention.

【図6】本発明で採用する分極処理方法の1例を示す図
である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a polarization treatment method adopted in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 クラッド層 3 非分極部 4 分極幅 5 光導波路部 6 高屈折率部 7 くし形電極 8 フォトマスク 9 紫外線 1 substrate 2 clad layer 3 non-polarized part 4 polarization width 5 optical waveguide part 6 high refractive index part 7 comb-shaped electrode 8 photomask 9 ultraviolet light

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光導波路部として、二次の非線形光学応
答を示し、かつ入射されるレーザ光と発生する第2高調
波を擬似位相整合させるポリマー媒質層を有する光導波
路型波長変換素子において、光導波路部が、少なくとも
1種類の二次の非線形光学応答を示す重合性モノマーの
ポリマー前駆体を分極処理して空間的周期構造を形成
し、かつ該分極状態を前記のポリマー前駆体を重合させ
ることにより固定したものであり、さらに前記空間的周
期構造の周期Δが次式(I)で示されるものであること
を特徴とする光導波路型波長変換素子。 【数1】 (但し、Aは第2高調波の波長における基本モードの伝
搬定数、Bはレーザ波の波長にある基本モードの伝搬定
数である。)
1. An optical waveguide type wavelength conversion element having, as an optical waveguide section, a polymer medium layer exhibiting a second-order nonlinear optical response and quasi-phase-matching an incident laser beam with a generated second harmonic, The optical waveguide section polarizes a polymer precursor of at least one kind of polymerizable monomer exhibiting a second-order non-linear optical response to form a spatially periodic structure, and polymerizes the polarization state with the polymer precursor. The optical waveguide type wavelength conversion element is characterized in that it is fixed by the above, and the period Δ of the spatial periodic structure is represented by the following formula (I). [Equation 1] (However, A is the propagation constant of the fundamental mode at the wavelength of the second harmonic, and B is the propagation constant of the fundamental mode at the wavelength of the laser wave.)
【請求項2】 前記光導波路部が膜厚方向および横方向
に閉じ込め効果をもつ構造を有する請求項1記載の光導
波路型波長変換素子。
2. The optical waveguide type wavelength conversion element according to claim 1, wherein the optical waveguide portion has a structure having a confinement effect in a film thickness direction and a lateral direction.
【請求項3】 前記ポリマー媒質層を構成するポリマー
が、少なくとも1種類の非線形の高いモノマーで構成さ
れ、波長380〜1000nmの範囲の波長に対して吸
収を持たないものであることを特徴とする請求項1また
は2記載の光導波路型波長変換素子。
3. The polymer constituting the polymer medium layer is composed of at least one kind of highly non-linear monomer and has no absorption for a wavelength in the range of 380 to 1000 nm. The optical waveguide type wavelength conversion element according to claim 1.
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