JPH0553162A - 非線形光学素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 有機非線形光学材料２の少なくとも光入射側
面が、光学的に透明な第１の保護層３で被覆され、更
に、この第１の保護層の光入射側面が光学的に透明な第
２の保護層４で被覆され、第１の保護層３の厚みが第２
の保護層４の厚みよりも小さく、かつ、第２の保護層４
の光入射側面が整形されていることを特徴とする非線形
光学素子。 【効果】 保護層形成材料への溶解によって有機非線形
光学材料の結晶表面が侵食されることがなく、長期間安
定した入射結合効率を保持できる、保護層付き非線形光
学素子及びその製造方法を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザー光のようなコ
ヒーレントな光の波長変換、強度変調、スイッチング等
に用いられる非線形光学素子に関し、更に詳しくは、非
線形光学材料として有機化合物材料を用いた非線形光学
素子及びその製造方法に関する。

【０００２】

【発明の背景】レーザー光等の強い光を物質に照射した
時に顕著に現れる非線形光学効果は、波長変換、強度変
調、スイッチング等に応用できるものであり、近年、こ
の非線形光学効果を有する材料の探索研究が数多く為さ
れている。

【０００３】前記の波長変換、特に２次の非線形光学効
果に基づいた第２高調波発生（Second Harmonic Genera
tion、以下ＳＨＧと略す。）に関しては、従来知られて
いたニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃ ）、燐酸二水素カ
リウム（ＫＤＰ）等の無機材料に比較して、有機化合物
材料を用いた非線形光学材料が桁違いに高い性能を有す
ることが指摘されている。（例えば、「有機非線形光学
材料」，加藤政雄、中西八郎監修、シー・エム・シー
社，1985年刊）

【０００４】ＳＨＧ効果をもつ化合物として、例えば２
−メチル−４−ニトロアニリン（ＭＮＡ）、２−アセト
アミド−４−ニトロ−Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン（ＤＡ
Ｎ）、２−アセトアミド−４−ニトロ−１−ピロリジノ
ベンゼン（ＰＡＮ）、２−（α−メチルベンジル）アミ
ノ−５−ニトロピリジン（ＭＢＡ−ＮＰ）等が知られて
いる。

【０００５】これらの材料を用いて効率の良い波長変換
素子を構成するためには、基本波により誘起された非線
形分極波とそれから生じる光第２高調波との位相整合が
とれていなければならない。バルク結晶を用い、結晶の
複屈折性を利用して角度又は温度による位相整合をとる
方式においては、バルク結晶を共振器内に入れて基本波
レーザーの強度を高めることにより、高い波長変換効率
をもつ素子が得られる。

【０００６】一方、平板光導波路、チャンネル型光導波
路、光ファイバー等の光導波路型波長変換素子は、モー
ド分散やチェレンコフ放射方式を利用して比較的容易に
位相整合が可能である上に、導波路部分に光波を閉じ込
めて高い光波パワー密度を得ることができるので、波長
変換効率の高い素子が得られる可能性が大きく、注目さ
れている。

【０００７】バルク結晶を用いる素子は、溶液から溶媒
蒸発法や温度降下法などにより、また融液からブリッジ
マン法やゾーンメルティング法などにより単結晶を成長
させ、これを素子に最適な面で切り出し、研磨して使用
する。

【０００８】また、平板型光導波路は、例えば、２枚の
基板をスペーサーを介して向かい合わせ、基板間に有機
非線形光学材料の融液を注入した後にブリッジマン法な
どにより平板状に単結晶を成長させたり、基板間に溶液
を滲みこませ溶媒蒸発法などにより単結晶を成長させる
ことにより形成される。

【０００９】また、ファイバー型光導波路を形成するた
めには、中空ファイバー中に非線形光学材料を溶融して
注入した後、ブリッジマン−ストックバーガー法などで
コアに単結晶化する方法がとられている。〔参考図書：
D.S. Chemla, J. Zyss: Nonlinear Optical Properties
of Organic Molecules and Crystals Vol. 1 ; ACADEM
IC PRESS INC. (1987)〕

【００１０】このような有機化合物材料を用いた非線形
光学素子においては、光の入出射面となる有機化合物材
料の表面が雰囲気に開放していると、材料の昇華及び雰
囲気中の湿気や酸素との反応により、表面状態が変化し
てしまい、光の結合効率や波長変換効率などの低下をき
たす。これを防止するために、有機非線形光学材料の外
表面に雰囲気から隔絶するための保護層を形成する必要
がある。

【００１１】

【従来技術】有機非線形光学材料をコアに用いたファイ
バー型の波長変換素子において、ファイバーの入出射端
面に前記保護層を形成する技術が、例えば特開平２−21
9032号及び同２−250043号の各公報に開示されている。
しかしこれらの技術では、有機非線形光学材料の表面に
保護層を形成する工程において、保護層形成材料により
有機非線形光学材料の表面が溶解されたり変質したりし
てコアの端面形状が変化して、ファイバー型導波路への
光の入射効率が低下してしまうという問題があった。

【００１２】また、特開平２−79032 号公報には、難溶
性の溶剤を用いて非線形光学材料の表面に樹脂を塗布
し、遮断層を形成する方法が示されている。しかし、一
般に有機非線形光学材料は分子の極性が高いので、多く
の材料に溶解し易く、表面形状を変化させずに遮断層を
形成することのできる溶剤を選択することが困難な場合
が多い。一方、特開平２−79033 号公報には、遮断層用
の樹脂の塗布液にあらかじめ有機非線形光学材料を飽和
溶解させておき、塗布時の素子の溶解を抑制する方法が
開示されている。しかしこの場合には、樹脂中に異物質
が混入することにより、樹脂の硬化特性、光学特性が変
化してしまい、信頼性の高い遮断層を形成することは困
難であった。

【００１３】

【発明の目的】本発明の目的は、保護層形成材料への溶
解によって有機非線形光学材料の結晶表面が侵食される
ことがなく、長期間安定した入射結合効率を保持でき
る、保護層付き非線形光学素子及びその製造方法を提供
することにある。

【００１４】

【発明の構成】本発明は、有機非線形光学材料の表面
に、保護層が形成されてなる非線形光学素子において、
前記有機非線形光学材料の少なくとも光入射側面が、光
学的に透明な第１の保護層で被覆され、更に、この第１
の保護層の光入射側面が光学的に透明な第２の保護層で
被覆され、前記第１の保護層の厚みが前記第２の保護層
の厚みよりも小さく、かつ、前記第２の保護層の光入射
側面が整形されていることを特徴とする非線形光学素子
及びその製造方法に係るものである。

【００１５】また、有機非線形光学材料の表面に、保護
層を形成してなる非線形光学素子の製造方法において、
前記保護層の形成材料に前記有機非線形光学材料が実質
的に溶解しない低温の下に、前記保護層を形成すること
を特徴とする非線形光学素子の製造方法に係るものでも
ある。

【００１６】前記低温下の保護層の形成方法は、前記第
１の保護層を形成する場合にも用いることができる。

【００１７】また、上記の「低温」は、０℃以下である
ことが好ましく、この低温下で保護層形成のために用い
る保護材料は、光硬化型樹脂であることが好ましい。

【００１８】更に、前記非線形光学素子が、クラッド材
の中心部に有機非線形光学材料からなるコアを有するフ
ァイバー型非線形光学素子であることも好ましい。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００２０】図１及び図２は本発明の第１実施例を示す
ものである。

【００２１】図１は、本発明の非線形光学素子の例を示
す断面図である。本例はクラッド１の中心部に有機非線
形光学材料からなるコア２を有する光ファイバー形の非
線形光学素子を用いている。

【００２２】コア２の光入射側面にはコア材である前記
有機非線形光学材料の昇華を防止するための光学的に透
明な第１の保護層３が設けられている。この第１の保護
層３の光入射側には更に、光入射側面が整形された光学
的に透明な第２の保護層４が設けられている。

【００２３】本例では、集光レンズ（平凸レンズ）５が
接着されて第２の保護層４の表面が平面に整形されてい
る。

【００２４】本例の非線形光学素子（以後ＳＨＧ素子と
いう。）は図２に示すように光波長変換装置６に、組み
込んで使用することができる。光波長変換装置６は、半
導体レーザ７、コリメートレンズ８、集光レンズ９、第
２の保護層４によってＳＨＧ素子10と一体化された第２
集光レンズ５、及びＳＨＧ素子10がこの順に配置されて
いる。また、ＳＨＧ素子10の出射側には不要の基本波を
カットするためのフィルター11及びここを通過した変換
済みの光を平行光にするためのコリメートレンズ12が設
けられている。半導体レーザー７はホルダー13及び14
に、コリメートレンズ８及び集光レンズ９はホルダー15
に、第２集光レンズ５及びＳＨＧ素子10はホルダー16
に、フィルター11及びコリメートレンズ12はホルダー17
に夫々固定されており、各ホルダーは治具18、19等によ
って連結されている。

【００２５】本例のように、ＳＨＧ素子10と一体化した
第２の集光レンズを設けた場合は、光学結合の設計が容
易となり、入射結合効率を高く維持することが可能であ
る。

【００２６】ファイバー型ＳＨＧ素子はコア２及びクラ
ッド１から成っている。コア２は、クラッド１の中心の
中空部内に有機非線形光学材料の単結晶を形成すること
で構成されている。

【００２７】コア２に使用される有機非線形光学材料と
しては、例えば２−メチル−４−ニトロアニリン（ＭＮ
Ａ）、２−アセトアミド−４−ニトロ−Ｎ，Ｎ−ジメチ
ルアニリン（ＤＡＮ）、２−アセトアミド−４−ニトロ
−１−ピロリジノベンゼン（ＰＡＮ）、２−（α−メチ
ルベンジル）アミノ−５−ニトロピリジン（ＭＢＡ−Ｎ
Ｐ）等が知られている。これらの有機非線形光学材料
は、非線形光学効果が無機系の非線形光学材料に比べて
非常に大きく、効率よく光高調波を発生することができ
る。

【００２８】コア２の直径は、４μｍ以下であることが
好ましく、更に基本波のコア２中への閉じ込め効果を高
め、また単一モードのＳＨＧ素子10を形成するために
は、２μｍ以下にすることが好ましい。コア２の直径が
４μｍを超えると、コア２中の基本光波密度が低くな
り、波長変換効率が低下する恐れがある。

【００２９】上記のコア２の端部に入射された基本波20
ａは、前記の有機非線形光学材料によって波長が基本波
の1/2 であるＳＨＧ波20ｂを派生する。基本波20ａはコ
ア２内を伝搬し、出射された後に、図２に示したフィル
ター11に吸収される。一方、ＳＨＧ波20ｂはコア２から
クラッド１へ放射され、ここを伝搬して、クラッド材の
端面からリング状に出射される（チェレンコフ放射方
式）。

【００３０】ＳＨＧ波20ｂの光導波路を構成するクラッ
ド１の材料としては、ガラス類、プラスチック類等、い
かなる材質のものを用いてもよいが、基本波、ＳＨＧ波
に対して吸収がなく、光学的に均質であり、高強度光に
対する光損傷しきい値の高い材料であることが好まし
い。

【００３２】クラッド１の中空部内にコア２を形成する
方法としては、ブリッジマン炉による方法等がある。ま
た、具体的な製造方法については例えば特開平２−2500
43号公報等に開示されている。

【００３３】本実施例のクラッド１の外径は1.0 mmであ
り、またコア２の径は1.5 μｍとしてある。更に、上記
クラッド１の材質は光学ガラスであり、またコア２は、
２−メトキシ−５−ニトロフェノールの単結晶で形成さ
れている。

【００３４】次に、本例のＳＨＧ素子10の製造方法を図
10に基づいて説明する。 （１）第１の保護層３を形成するために、同図(i) に示
す如く先端直径約10μｍのマイクロピペット21を使用し
て、ＳＨＧ素子10の端面に出ているコア２の入射端部へ
保護材料である紫外線硬化樹脂（Norland Products In
c. 製；ＮＯＡ61、屈折率ｎ＝1.56）を塗布した。この
塗布は図示しない顕微鏡で観察しながら行い、コア２を
中心に直径約30μｍの広さに被覆した。次に、この保護
材料を200 ｗ高圧水銀灯で１分間紫外線照射し、硬化さ
せて同図(ii)に示すような第１の保護層３を完成した。

【００３５】（２）上記の、第１の保護層３を有するＳ
ＨＧ素子10の入射端部全体を、同図(iii) に示すような
先端部直径約500 μｍのキャピラリー22を用いて前記と
同じ紫外線硬化樹脂を同図(iv)に示すように塗布した。

【００３６】（３）同図(v) に示すように、平凸レンズ
５の中心軸にコア２が重なるように位置合わせを行った
後に平凸レンズ５とＳＨＧ素子10を突き当て、平凸レン
ズ５側から紫外線（図示せず）を照射して紫外線硬化樹
脂を硬化させ、同図(vi)に示すように第２の保護層４を
形成した。なお、レンズのない他の例〔同図(vii) 〕に
ついては後に説明する。

【００３７】上記保護層３又は４を形成するための保護
材料としては、本例で使用した紫外線硬化樹脂等の光硬
化性樹脂、α−シアノアクリレート、エポキシ樹脂、ポ
リ酢酸ビニル或いはその共重合体、ポリビニルアルコー
ル、ポリビニルブチラール、アクリル系接着剤、ポリエ
チレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリプロピレ
ン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ユリア樹脂、電子
線硬化型樹脂、ポリイミド、無機系接着剤等を用いるこ
とができるが、中でも光硬化性樹脂、α−シアノアクリ
レート、エポキシ樹脂が好ましく、特に第１の保護層３
を形成するための保護材料としては、有機非線形光学材
料（コア材料）の溶解量をできるだけ少なくするため
に、光硬化性樹脂のような硬化速度の速いものが好まし
い。

【００３８】また、第２の保護層４を形成する保護材料
としては、本例のようにレンズ或はガラス板等で入射側
面を整形できる場合は、上記樹脂類の他に、例えばシリ
コーン油等の硬化しない液体を液状のまま使用してもよ
い。

【００３９】上記保護材料は、保護層を形成した際に光
学的に透明でなければならない。この光学的に透明と
は、基本波及びＳＨＧ波が99％以上透過できるという意
味を表す。

【００４０】また、各保護層３又は４の屈折率ｎは1.4
〜1.8 であることが好ましく、第１の保護層３及び第２
の保護層４に用いる保護材料の屈折率ｎは互いに近けれ
ば近い程好ましい（両保護材料の種類は同じであっても
異なっていてもよい）。

【００４１】第１の保護層３を形成するための保護材料
の使用量は、コア２の入射側端面を完全に塞ぐに必要最
小限の量であることが好ましい。多過ぎる場合にはコア
材料の溶解量が増えて入射側端面が侵食され、結合効率
の低下原因となる。従って、本例のように直径1.5 μｍ
のコア２を用いた場合は使用量は５×10^-4μｌ以下更に
は５×10^-5μｌ以下が好ましい。この保護層３の厚み
は、30μｍ以下が好ましく、更に好ましくは10μｍ以下
である。

【００４２】第１の保護層３は微小なため、表面の凹凸
を修正することは困難である。従って、第２の保護層４
をその上に形成し、この表面を整形することになる。第
２の保護層４は直接にコア材料と触れることがないた
め、余裕を持った大きさに形成することが可能であり、
その厚みは第１の保護層３の１〜30倍程度にするとよ
い。また第２の保護層の塗布面積は、入射光のスポット
を完全に受光できる大きさであることが必要である。

【００４３】第２の保護層４の入射面は整形されていな
ければならないが、この整形とは、入射光を散乱させな
いように保護層表面を整えることを意味する。即ち、本
例のように保護材料の表面に平凸レンズを押し付け、入
射側面を平滑化する方法がある。この他、ガラス板等の
光学的に透明な材料を押し付けて入射側面を平滑にする
方法、硬化した保護層４を光学的に研磨して、滑らかな
平面或はレンズ状曲面を形成する方法等がある。

【００４４】図３は第２の実施例を示す図である。第１
の実施例の平凸レンズ５をＧＲＩＮ−ＲＯＤレンズ24に
代え、あとは同様としてあるが、ＧＲＩＮ−ＲＯＤレン
ズも平凸レンズと同様端面が平面なため、第２の保護層
４の入射側面を整形するのに好適である。

【００４５】図４は第３の実施例を示す図である。本例
のＳＨＧ素子は、図10(vii) に示すようにして作成し
た。即ち、同図(iv)で第２の保護層４を形成するための
保護材料（紫外線硬化型樹脂）を塗布し、そのまま紫外
線を照射して硬化させ、この表面を平滑に光学研磨し、
整形したものである。この第２の保護層の厚みは約100
μｍとした。

【００４６】前記にて作成した下記のＳＨＧ素子につい
て、半導体レーザーを光源としてレーザー光を入射し、
入射結合効率を測定した（コア径1.5 μｍ、集光ビーム
径３μｍ）。 Ａ………第１の保護層だけのもの〔図10(ii)のＳＨＧ素
子〕 Ｂ………レンズなしのもの〔本例（第３の実施例）：図
10(vii) のＳＨＧ素子〕 Ｃ………レンズ付きのもの〔第１の実施例：図10(vi)の
ＳＨＧ素子〕 Ｄ………第２の保護層のみを形成し、整形したもの〔図
16に示す従来例〕

【００４７】上記コア径及び集光ビーム径の条件下で
は、理論上の最大結合効率は73％であるが、これに対し
て、Ａは９％と低く、またＤについても20％程度であっ
た。一方、実施例のＢは65％と高く、またＣについても
62％と高率であった。

【００４８】図５は第４の実施例を示す図である。この
例では、上記第３の実施例と同様にしてＳＨＧ素子を形
成するが、最後の光学研磨の際に平滑でなくレンズ状に
研磨し、整形する。本例ではレンズ球面の曲率を自由に
設定できるため、目的に合わせて研磨調整でき便利であ
る。

【００４９】図６は第５の実施例を示す図である。この
例では第１の実施例の平凸レンズ５の代わりに薄板ガラ
ス25を用いている。本例では第３の実施例のように第２
の保護層４の表面を光学研磨する手間を省くことができ
る。

【００５０】図７は第６の実施例を示す図である。この
例では、上記第５の実施例と同様にガラス26を付けたま
ま第２の保護層４を形成し、その後にガラス26を剥がし
たものである。この場合、ガラス26の剥離を容易にする
ためにガラス面に離型剤を塗布しておくことが好まし
い。本例の場合も、第２の保護層４の表面を光学研磨す
る手間を省くか又は大幅に軽減することができるため、
作成を短時間で行うことができる。

【００５１】図８は第７の実施例を示す図である。第２
の保護層４はスピンコート法により塗布し、硬化してあ
るため光入射側面は平滑化されている。本例では光学研
磨が不要であるため短時間で成形できること、ガラス等
を接着しないため、ガラス面の光散乱を考慮しなくて良
いこと等の利点がある。

【００５２】図９は第８の実施例を示す図である。前記
第１〜第７の実施例は全てファイバー形の例であった
が、本例は平面型（チャネル型）のＳＨＧ素子27を用
い、この入射側面に第１の保護層３及び第２の保護層４
を形成した。

【００５３】平面導波路型ＳＨＧ素子27は、ガラス基板
１に深さ0.5μｍ、幅1.5 μｍの溝をリソグラフィー法
により形成し、この基板１に対向ガラス基板28を厚さ１
μｍのスペーサを介して貼り合わせ、これら２枚の基板
の間に２−メトキシ−５−ニトロフェノールの単結晶２
をブリッジマン法によって形成した。平面導波路型ＳＨ
Ｇ素子27は、リソグラフィー法により導波路を形成する
ため、微小寸法の導波路を精度よく形成しやすい利点が
ある。

【００５４】図11は第９の実施例を示す図である。本例
は保護材料にコア材が実質的に溶解しない低温（以後、
単に低温という。）の下に保護層４を形成する例であ
り、一見図16の従来例に類似している。しかし、従来例
では図17に示すようにコア２の端面と保護層４の接触部
分を拡大してみると、コア材が保護材料に溶解されて混
合状態となっている部分29が存在する。この混合部29が
存在するため、従来例では入射光の散乱が発生し、結合
効率が前記Ｄのように低下していた。これに対して、本
例の低温状態で保護層４を形成したものはこのような混
合部29が生じないため、結合効率を高く維持することが
できる。

【００５５】図12は、保護材料の量と入射結合効率との
関係を示すグラフである〔コア材料………２−メトキシ
−５−ニトロフェノール（ＭＮＰ）、コア径………1.5
μｍφ（ファイバー型）、保護材………紫外線硬化樹脂
（ＮＯＡ61：Norland Products Inc, 製）、25℃塗布、
30秒後硬化〕。

【００５６】上記条件において、入射結合効率をそれ程
低下させず（50％以上であれば使用可。）に使用できる
保護材料の容量は僅か１×10^-4μｌ程度であり、この量
で形成した保護層４は余りにも薄いため表面を整形する
ことは困難である。

【００５７】一方、図13はコア材料である前記ＭＮＰの
保護材料（ＮＯＡ61）に対する溶解量と温度との関係を
示すグラフである。測定は、ファイバー型に形成した前
記ＭＮＰ結晶を上記のＮＯＡ61に10分間浸漬し、コア材
が溶解して消失した部分の長さ（単位：μｍ）を求める
ことによって行った。

【００５８】本図によると、常温（25℃）の溶解量（12
μｍ）に対して、０℃では５μｍ、−20℃では殆ど０と
なる。従って、図12の25℃の例では１×10^-4μｌの保護
材料しか使用できなかったのに対して、例えば０℃で保
護層を形成する場合はその12/5＝2.4 倍の量、即ち2.4
×10^-4μｌの保護材料を使用することができる。

【００５９】前記低温は、保護材料及びコア材の溶解性
に係るため一概には決められないが、０℃以下が好まし
く、−20℃以下であれば更に好ましい。

【００６０】前記低温は、保護材料の塗布及び硬化の工
程で維持されなければならない。上記低温の好ましい範
囲を別の面から見ると、使用する光の波長の1/4 以下程
度迄のコア材の侵食は許容することができる。本例では
870nm の光を使用しているため、コア材が200nm 程度侵
食されることは容認できる。図13によって0.2 μｍのＭ
ＮＰ溶解量に対応する温度は約−20℃以下であることが
分かり、−20℃以下の温度であれば入射結合効率には影
響が出ないことが理解される。

【００６１】本例の保護層付きＳＨＧ素子10の製造法を
以下に示す。 （１）ＳＨＧ素子10を、窒素ガス雰囲気下で−25℃に冷
却した支持台に保持し、これに−25℃に冷却した窒素ガ
スを１分間吹き付けて冷却した。 （２）この素子のコア２入射側面に、あらかじめ−25℃
に冷却しておいた前記紫外線硬化樹脂ＮＯＡ61をキャピ
ラリーで塗布した。 （３）150 ｗの高圧水銀灯を用い、可視光、赤外光をカ
ットし、紫外光のみを上記紫外線硬化樹脂に１分間照射
して硬化した。 （４）上記の硬化した樹脂の入射側面を光学研磨して平
滑に整形し、保護層４を形成した。

【００６２】上記作業は、冷却による結露を防ぐため
に、乾燥した空気又は不活性ガス中で行うことが望まし
い。また、各材料の冷却は、上記のように窒素ガス等の
冷却用ガスを吹き付ける方法の他に、前記塗布工程の前
の工程から低温環境下で作業を進めることによる冷却で
もよく、また、冷却媒体へ各材料を接触させる熱伝導に
よる冷却でもよい。

【００６３】保護材料としては、前記のものはどれでも
使用可能であるが、低温状態で硬化できるものでなけれ
ばならず、この面から、可視光、紫外線、Ｘ線等により
硬化できる樹脂を用いるのが好ましい。また、コア材と
の溶解性の面からは、溶解度の低いものを選択すること
が好ましいが、低温で溶解性を抑えることができるた
め、溶解性が高くても例えば屈折率等の他の点で優れて
いるものも選択することができて有利である。

【００６４】更に上記保護材料の好ましい性質としては （１）使用する光の波長での透過率が高いこと（光学的
に透明であること） （２）コア材、クラッド材、レンズ等との接着性が高い
こと （３）コア材の蒸気を吸収、透過しないこと （４）雰囲気の酸素、水分等の透過率が十分に低いこと
等が挙げられる。

【００６５】図14は第10の実施例を示す図である。本例
はバルク単結晶２の表面に紫外線硬化樹脂の保護層４を
形成した例である。このバルク単結晶２は、４−（Ｎ，
Ｎ−ジメチルアミノ）−３−アセトアミドニトロベンゼ
ン（ＤＡＮ）の単結晶をジメチルスルフォキシドを溶媒
として溶媒蒸発法により成長させた。

【００６６】上記結晶（大きさ８×６×２mm³ ）を、−
30℃に冷却したＮ₂ ガスを噴き付けて冷却した後、−30
℃に冷却した紫外線硬化樹脂ＵＶ−74（Summers Labora
tories製）の液中に浸漬して塗布した。塗布した紫外線
硬化樹脂に、150 ｗの高圧水銀灯の可視光、赤外光をカ
ットして紫外光を２分間照射し、硬化させた。最後に、
この結晶の保護層４の表面を光学研磨して波長変換素子
とした。この素子は、結晶表面での光散乱損失が少な
く、また、保護層によりコア材２の昇華を防止できるた
め、期間に渡って安定な波長変換特性を示した。

【００６７】バルク単結晶２は、昇華し易いため保護層
の形成は必須であるが、保護層形成材料に対してある程
度の溶解度があるため、結晶面を平滑に保ちながら保護
層を形成することが困難であった。本例では諸材料を−
30℃に冷却することによってこの問題を解決した。

【００６８】図15は第11の実施例を示す図である。本例
では平面導波路型のＳＨＧ素子27を用い、この入射側面
に−30℃の低温下で保護層４を形成した。平面導波路型
ＳＨＧ素子27の作成法、特徴等は、前記第７の実施例の
場合と同様である。

【００６９】上記の、有機非線形光学材料が実質的に溶
解しない低温の下に保護層を形成する方法においては、
保護層の入射側面の最終形体を上記以外にも種々変化す
ることができ、例えば、平凸レンズ、ＧＲＩＮ−ＬＯＤ
レンズ等のレンズ或はガラス板を接着し、又は、保護層
自身の表面をレンズ状に光学研磨することもできる。

【００７０】更に、前記第１の保護層及び第２の保護層
を形成する前記第１〜第８の実施例において、第１の保
護層の形成を上記低温の下に行うことも可能である。

【００７１】特に、ファイバー形ＳＨＧ素子について
は、図10に示す保護層の形成工程において、マイクロピ
ペットで第１の保護層形成用樹脂を塗布する(i) の工
程、及びこの樹脂を硬化させる(ii)の工程のみを低温下
で行えばよい。この段階でコア材２は封止されるため、
後の工程は常温下で行うことができる。

【００７２】上記第１の保護層を上記低温下で形成する
場合の利点としては、使用する保護材料が少ないため温
度管理が容易であること、比較的高い温度（例えば０℃
程度）であっても第１の保護層３が微小であるからコア
材２が侵食されないこと、またこの逆に、低温下で作業
を行うため保護材に対するコア材２の溶解度が微少であ
るから第１の保護層３を多少大きめに作成してもコア材
２が侵食されないこと、即ち、作業温度及び保護層容量
の両者共に余裕を持って設定できること等が挙げられ
る。

【００７３】また、平面形ＳＨＧ素子及びバルク結晶形
素子についても、低温下で第１の保護層を形成する際に
は、上記ファイバー型ＳＨＧ素子の場合と同様の効果を
得ることができる。

【００７４】以上、本発明を各種実施例について説明し
たが、これらの実施例は本発明の技術的思想に基づいて
更に変形が可能である。

【００７５】例えば、図10のファイバー型ＳＨＧ素子に
おいて、第１の保護層を、光学的に研磨した微小ガラス
片をコア２の入射側面に突き当てることで形成し、この
上に第２の保護層を被覆、硬化させることも可能であ
る。また、図14のバルク結晶に対する低温下の保護層形
成については、コア材の溶解のない十分な低温下に、複
数のバルク結晶を詰めた容器内へ保護材を流し込み、こ
のまま硬化して複数のバルク結晶片を含むブロックを作
成することもできる。

【００７６】また、本発明の実施例においては、ファイ
バー型及び平面導波路型ＳＨＧ素子の入射側面への保護
層の形成について説明したが、これらの素子の出射側面
にも同様に保護層を形成することができる。

【００７７】

【発明の効果】本発明に係る非線形光学素子は、少なく
とも光入射側面が光学的に透明な保護層を有しており、
しかもその保護層が （１）第２の保護層の厚みよりも小さい厚みの第１の保
護層を有し、及び／又は、 （２）前記保護層の構成材料に有機非線形光学材料が実
質的に溶解しない低温の下に形成されている ため、入射側面の前記有機非線形材料が前記保護層の形
成材料によって侵食されることがなく、また、保護層に
よって昇華も防ぐことができるため長期間安定した入射
結合効率を維持することが可能である。

【００７８】また第２の保護層の入射側面は整形された
滑らかな平面又は曲面であるため、入射光を散乱するこ
とがない。更にこの保護層の入射側面にはレンズ又はガ
ラス板等を接着して整形することも可能であり、特にレ
ンズを用いた場合は、光学結合の設計が容易となり、入
射結合効率を高くすることができる。

【００７９】また、上記（１）及び（２）の両方の条件
を満たす非線形光学素子は、第１の保護層の厚み及び保
護層形成時の温度条件共に余裕を持って設定できるた
め、本発明に係る保護層の形成が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による非線形光学素子の一例を示す断面
図である。

【図２】本発明に係る波長変換装置の一例を示す断面図
である。

【図３】本発明による非線形光学素子の他の例を示す断
面図である。

【図４】同素子の他の例を示す断面図である。

【図５】同素子の他の例を示す断面図である。

【図６】同素子の他の例を示す断面図である。

【図７】同素子の他の例を示す断面図である。

【図８】同素子の他の例を示す断面図である。

【図９】同素子の他の例を示す断面図である。

【図10】同素子の形成手順を示す図である。

【図11】同素子の他の例を示す断面図である。

【図12】保護材料量と入射結合効率の関係を示すグラフ
である。

【図13】温度とＭＮＰ（２−メトキシ−５−ニトロフェ
ノール）の溶解量の関係を示すグラフである。

【図14】本発明による非線形光学素子の他の例を示す斜
視図である。

【図15】同素子の他の例を示す斜視図である。

【図16】従来の非線形光学素子の一例を示す断面図であ
る。

【図17】同素子の断面図及び拡大断面図である。

【符号の説明】

１ クラッド ２ コア ３ 第１の保護層 ４ 第２の保護層 ５ 集光レンズ ６ 光波長変換装置 10、27 ＳＨＧ素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/109 8934−4Ｍ (72)発明者 浅野 和夫 東京都日野市さくら町１番地 コニカ株式 会社内 (72)発明者 黒沢 秀行 東京都日野市さくら町１番地 コニカ株式 会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機非線形光学材料の表面に、保護層が
   形成されてなる非線形光学素子において、前記有機非線
   形光学材料の少なくとも光入射側面が、光学的に透明な
   第１の保護層で被覆され、更に、この第１の保護層の光
   入射側面が光学的に透明な第２の保護層で被覆され、前
   記第１の保護層の厚みが前記第２の保護層の厚みよりも
   小さく、かつ、前記第２の保護層の光入射側面が整形さ
   れていることを特徴とする非線形光学素子。
2. 【請求項２】 クラッドの中心部に、有機非線形光学材
   料からなるコアを有するファイバー形非線形光学素子に
   おいて、前記コアの少なくとも光入射側面が光学的に透
   明な第１の保護層で被覆され、更に、この第１の保護層
   の光入射側面が光学的に透明な第２の保護層で被覆さ
   れ、前記第１の保護層の厚みが前記第２の保護層の厚み
   よりも小さく、かつ、前記第２の保護層の光入射側面が
   整形されていることを特徴とする非線形光学素子。
3. 【請求項３】 有機非線形光学材料の表面に、保護層を
   形成してなる非線形光学素子の製造方法において、 （１）前記有機非線形光学材料の少なくとも光入射側面
   を、光学的に透明な第１の保護材料で被覆し、これを硬
   化させて第１の保護層を形成する工程と、 （２）これに続いて、前記第１の保護層の光入射側面
   を、光学的に透明な第２の保護材料で被覆して第２の保
   護層を形成する工程と、 （３）これと同時か又はこれに続いて、前記第２の保護
   層の光入射側面を整形する工程とを含むことを特徴とす
   る非線形光学素子の製造方法。
4. 【請求項４】 クラッドの中心部に、有機非線形光学材
   料からなるコアを有するファイバー型非線形光学素子の
   製造方法において、 （１）前記コアの少なくとも光入射側面を、光学的に透
   明な第１の保護材料で被覆し、これを硬化させて第１の
   保護層を形成する工程と、 （２）これに続いて、前記第１の保護層の光入射側面
   を、光学的に透明な第２の保護材料で被覆して第２の保
   護層を形成する工程と、 （３）これと同時か又はこれに続いて、前記第２の保護
   層の光入射側面を整形する工程とを含むことを特徴とす
   る非線形光学素子の製造方法。
5. 【請求項５】 有機非線形光学材料の表面に、保護層を
   形成してなる非線形光学素子の製造方法において、前記
   保護層の形成材料に前記有機非線形光学材料が実質的に
   溶解しない低温の下に、前記保護層を形成することを特
   徴とする非線形光学素子の製造方法。
6. 【請求項６】 クラッド材の中心部に、有機非線形光学
   材料からなるコアを有するファイバー型非線形光学素子
   の製造方法において、前記コアの少なくとも光入射側面
   に請求項５に記載の温度条件下に保護層を形成すること
   を特徴とする非線形光学素子の製造方法。
7. 【請求項７】 有機非線形光学材料の表面に、保護層を
   形成してなる非線形光学素子の製造方法において、 （１）前記有機非線形光学材料の少なくとも光入射側面
   を、光学的に透明な第１の保護材料で被覆し、これを硬
   化させて第１の保護層を形成し、この際、前記第１の保
   護材料に前記有機非線形光学材料が実質的に溶解しない
   低温の下に形成する工程と、 （２）これに続いて、前記第１の保護層の光入射側面
   を、光学的に透明な第２の保護材料で被覆して第２の保
   護層を形成する工程と、 （３）これと同時か又はこれに続いて、前記第２の保護
   層の光入射側面を整形する工程とを含むことを特徴とす
   る非線形光学素子の製造方法。
8. 【請求項８】 クラッドの中心部に、有機非線形光学材
   料からなるコアを有するファイバー型非線形光学素子の
   製造方法において、 （１）前記コアの少なくとも光入射側面を、光学的に透
   明な第１の保護材料で被覆し、これを硬化させて第１の
   保護層を形成し、この際、前記第１の保護材料に前記有
   機非線形光学材料が実質的に溶解しない低温の下に形成
   する工程と、 （２）これに続いて、前記第１の保護層の光入射側面
   を、光学的に透明な第２の保護材料で被覆して第２の保
   護層を形成する工程と、 （３）これと同時か又はこれに続いて、前記第２の保護
   層の光入射側面を整形する工程とを含むことを特徴とす
   る非線形光学素子の製造方法。
9. 【請求項９】 有機非線形光学材料が実質的に溶解しな
   い低温が、０℃以下である請求項５〜８項のいずれか１
   項に記載の非線形光学素子の製造方法。
10. 【請求項10】 保護層の形成材料として、光硬化型樹脂
    を用いることを特徴とする請求項５〜９項のいずれか１
    項に記載の非線形光学素子の製造方法。