JPH0643510A - 光波長変換素子およびその製造方法 - Google Patents
光波長変換素子およびその製造方法Info
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- JPH0643510A JPH0643510A JP4217476A JP21747692A JPH0643510A JP H0643510 A JPH0643510 A JP H0643510A JP 4217476 A JP4217476 A JP 4217476A JP 21747692 A JP21747692 A JP 21747692A JP H0643510 A JPH0643510 A JP H0643510A
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- nonlinear optical
- nonlinear
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/355—Non-linear optics characterised by the materials used
- G02F1/3558—Poled materials, e.g. with periodic poling; Fabrication of domain inverted structures, e.g. for quasi-phase-matching [QPM]
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
- G02F1/3775—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure with a periodic structure, e.g. domain inversion, for quasi-phase-matching [QPM]
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
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- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3544—Particular phase matching techniques
- G02F1/3548—Quasi phase matching [QPM], e.g. using a periodic domain inverted structure
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 光による損傷がなく、光閉じ込めの許容が広
く、ドメインの周期調整の許容が広く、つまり作製許容
度が広く、さらに高出力が得られる波長変換素子を提供
すること。 【構成】 非線形光学結晶が周期構造をもつことによっ
て擬似的に位相を整合させ、入射された基本波を第２次
高調波に変換して出射させる光波長変換素子において、
非線形光学結晶が有機低分子であることを特徴とする光
波長変換素子。
く、ドメインの周期調整の許容が広く、つまり作製許容
度が広く、さらに高出力が得られる波長変換素子を提供
すること。 【構成】 非線形光学結晶が周期構造をもつことによっ
て擬似的に位相を整合させ、入射された基本波を第２次
高調波に変換して出射させる光波長変換素子において、
非線形光学結晶が有機低分子であることを特徴とする光
波長変換素子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光第２高調波発生（ S
econd Harmonic Generation 、以下ＳＨＧと略す）に用
いられる光波長変換素子及びその製造方法に関し、特
に、光記録・画像処理などの光情報処理、印刷・製板機
用の記録などに用いる小型の短波長光源を得るために用
いられる光波長変換素子に関する。
econd Harmonic Generation 、以下ＳＨＧと略す）に用
いられる光波長変換素子及びその製造方法に関し、特
に、光記録・画像処理などの光情報処理、印刷・製板機
用の記録などに用いる小型の短波長光源を得るために用
いられる光波長変換素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】波長変換素子として、例えば、ＳＨＧの
ために必要な位相整合をとる方法としてＱＰＭ( Quasi
Phase Matching )を利用したものが知られている。該Ｑ
ＰＭを利用した波長変換素子は、位相整合条件をドメイ
ン反転周期長により設定できるためにＳＨＧの波長幅を
大幅に広げることが可能であり、さらに、非線形光学材
料の表面の一部（数ミクロン）をドメイン反転するだけ
で高効率ＳＨＧが実現できる光導波路型ＳＨＧ素子を作
製できるという特徴がある。
ために必要な位相整合をとる方法としてＱＰＭ( Quasi
Phase Matching )を利用したものが知られている。該Ｑ
ＰＭを利用した波長変換素子は、位相整合条件をドメイ
ン反転周期長により設定できるためにＳＨＧの波長幅を
大幅に広げることが可能であり、さらに、非線形光学材
料の表面の一部（数ミクロン）をドメイン反転するだけ
で高効率ＳＨＧが実現できる光導波路型ＳＨＧ素子を作
製できるという特徴がある。
【０００３】これらＱＰＭを利用した波長変換素子とし
ては、例えば図５に示したものが提案されている。
ては、例えば図５に示したものが提案されている。
【０００４】図５において、２１はＬｉＴａＯ3基板、
２２は周期的に形成されたドメイン反転領域（ Domain-
inverted region ）、２３は光導波路（ Weveguide ）
を表す。光導波路２３に入射した基本波Ｐωは波長変換
され、光第２高調波Ｐ2ωが放射される。
２２は周期的に形成されたドメイン反転領域（ Domain-
inverted region ）、２３は光導波路（ Weveguide ）
を表す。光導波路２３に入射した基本波Ｐωは波長変換
され、光第２高調波Ｐ2ωが放射される。
【０００５】ドメイン反転領域２２は、図６に示すよう
に、ＬｉＴａＯ3基板２１上に薄いタンタル層２４を形
成し、常法により、ドメイン反転領域２２を形成させる
領域のタンタル層２４を除去し、ＬｉＴａＯ3基板２１
を露出させ、ＬｉＴａＯ3基板２１の露出部をプロトン
交換し組成を変化させたのち、キューリー温度付近で熱
処理することによって形成される。形成されたドメイン
反転領域の周期長は3.6μmで、その深さは1.6μmであ
る。次いで、プロトン交換とアニール処理により光導波
路２３を形成する。光導波路２３は幅2μm、深さ1.5μ
m、長さ9mmである。
に、ＬｉＴａＯ3基板２１上に薄いタンタル層２４を形
成し、常法により、ドメイン反転領域２２を形成させる
領域のタンタル層２４を除去し、ＬｉＴａＯ3基板２１
を露出させ、ＬｉＴａＯ3基板２１の露出部をプロトン
交換し組成を変化させたのち、キューリー温度付近で熱
処理することによって形成される。形成されたドメイン
反転領域の周期長は3.6μmで、その深さは1.6μmであ
る。次いで、プロトン交換とアニール処理により光導波
路２３を形成する。光導波路２３は幅2μm、深さ1.5μ
m、長さ9mmである。
【０００６】上記波長変換素子は、基本波入力が145mW
であるとき、波長433nm，出力15mWのＳＨＧが得られと
されている。［水内公典、山本和久、谷内哲夫“分極反
転ＬｉＴａＯ3−ＳＨＧ素子の高効率化”平成３年秋季
応用物理学会、１１ｐ−ＺＮ−８（１９９１）］
であるとき、波長433nm，出力15mWのＳＨＧが得られと
されている。［水内公典、山本和久、谷内哲夫“分極反
転ＬｉＴａＯ3−ＳＨＧ素子の高効率化”平成３年秋季
応用物理学会、１１ｐ−ＺＮ−８（１９９１）］
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】光記録・画像処理など
の光情報処理、印刷・製板機用の記録などに用いる小型
の短波長光源を得る等ＳＨＧを実用的に利用する場合に
は、数10mWの出力が得られる領域で安定に動作する波長
変換素子が必要であるが、上記のような構成の波長変換
素子では、 ドメイン反転領域形成の周期をサブミクロンオーダ
で制御しなければならない。 基本波パワーを保持するために横方向と縦方向の光
閉じこめを行わなくてはならない。 高出力の光を入射すると光ダメージにより素子が損
傷する。 低出力の光の入射では高出力が得られない。 という欠点を有していた。
の光情報処理、印刷・製板機用の記録などに用いる小型
の短波長光源を得る等ＳＨＧを実用的に利用する場合に
は、数10mWの出力が得られる領域で安定に動作する波長
変換素子が必要であるが、上記のような構成の波長変換
素子では、 ドメイン反転領域形成の周期をサブミクロンオーダ
で制御しなければならない。 基本波パワーを保持するために横方向と縦方向の光
閉じこめを行わなくてはならない。 高出力の光を入射すると光ダメージにより素子が損
傷する。 低出力の光の入射では高出力が得られない。 という欠点を有していた。
【０００８】本発明は、上記従来の波長変換素子の有す
る欠点を改善するものであって、ドメイン反転領域形
成の周期設定の許容範囲が広く、光閉じ込めの条件の
許容範囲が広く、光による損傷がなく、高出力が得
られる波長変換素子を提供することを目的とする。
る欠点を改善するものであって、ドメイン反転領域形
成の周期設定の許容範囲が広く、光閉じ込めの条件の
許容範囲が広く、光による損傷がなく、高出力が得
られる波長変換素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【発明の構成】本発明の上記解決すべき課題は、下記の
構成によって解決することができる。 （１） 非線形光学結晶が周期構造をもつことによって
擬似的に位相を整合させ、入射された基本波を第２次高
調波に変換して出射させる光波長変換素子において、非
線形光学結晶が有機低分子であることを特徴とする光波
長変換素子。 （２） 光波長変換に有機低分子からなる非線形光学結
晶の非線形光学係数の対角成分を使用することを特徴と
する上記（１）記載の光波長変換素子。 （３） 光波長変換に使用する有機低分子の単結晶の誘
電主軸と波長変換素子に入射する光の主要な偏光方向と
のなす角が30度以内であることを特徴とする上記（１）
又は（２）記載の光波長変換素子。 （４） 有機低分子の結晶系が単斜晶系であることを特
徴とする上記（１）〜（３）記載の光波長変換素子。 （５） 線形基板上に無機系材料からなる薄層を周期的
に形成する工程と、該無機系材料の薄層を形成した基板
上に有機低分子からなる非線形光学結晶を形成する工程
と、無機系材料を除去し、線形基板上に周期的に形成さ
れた有機低分子からなる非線形光学結晶を残留させる工
程を含むことを特徴とする上記（１）〜（４）記載の光
波長変換素子の製造方法。 （６） 無機系材料が塩であることを特徴とする上記
（５）記載の光波長変換素子の製造方法。 （７） 無機系材料が金属であることを特徴とする上記
（５）記載の光波長変換素子の製造方法。 （８） 基板上に凹部を周期的に形成する工程と、該凹
部を形成した基板に線形材料からなる基板を対向して配
置し、形成された間隙に有機低分子からなる非線形光学
結晶を形成する工程と、該基板を取り除き、周期的に形
成された有機低分子からなる非線形光学結晶を有する線
形材料からなる基板を得る工程を含むことを特徴とする
上記（１）〜（４）記載の光波長変換素子の製造方法。 （９） 凹部を周期的に形成した基板上に、クロロシラ
ン系剥離剤の薄膜を形成することを特徴とする上記
（８）記載の光波長変換素子の製造方法。
構成によって解決することができる。 （１） 非線形光学結晶が周期構造をもつことによって
擬似的に位相を整合させ、入射された基本波を第２次高
調波に変換して出射させる光波長変換素子において、非
線形光学結晶が有機低分子であることを特徴とする光波
長変換素子。 （２） 光波長変換に有機低分子からなる非線形光学結
晶の非線形光学係数の対角成分を使用することを特徴と
する上記（１）記載の光波長変換素子。 （３） 光波長変換に使用する有機低分子の単結晶の誘
電主軸と波長変換素子に入射する光の主要な偏光方向と
のなす角が30度以内であることを特徴とする上記（１）
又は（２）記載の光波長変換素子。 （４） 有機低分子の結晶系が単斜晶系であることを特
徴とする上記（１）〜（３）記載の光波長変換素子。 （５） 線形基板上に無機系材料からなる薄層を周期的
に形成する工程と、該無機系材料の薄層を形成した基板
上に有機低分子からなる非線形光学結晶を形成する工程
と、無機系材料を除去し、線形基板上に周期的に形成さ
れた有機低分子からなる非線形光学結晶を残留させる工
程を含むことを特徴とする上記（１）〜（４）記載の光
波長変換素子の製造方法。 （６） 無機系材料が塩であることを特徴とする上記
（５）記載の光波長変換素子の製造方法。 （７） 無機系材料が金属であることを特徴とする上記
（５）記載の光波長変換素子の製造方法。 （８） 基板上に凹部を周期的に形成する工程と、該凹
部を形成した基板に線形材料からなる基板を対向して配
置し、形成された間隙に有機低分子からなる非線形光学
結晶を形成する工程と、該基板を取り除き、周期的に形
成された有機低分子からなる非線形光学結晶を有する線
形材料からなる基板を得る工程を含むことを特徴とする
上記（１）〜（４）記載の光波長変換素子の製造方法。 （９） 凹部を周期的に形成した基板上に、クロロシラ
ン系剥離剤の薄膜を形成することを特徴とする上記
（８）記載の光波長変換素子の製造方法。
【００１０】本発明の擬似位相整合方式のＳＨＧ素子に
おいては、非線形光学材料として低分子の有機非線形光
学材料を用いることが特徴である。低分子の有機材料を
使うことで無機系材料を用いた場合にもたらされる光損
傷が避けられ、高出力の基本波レーザ光を使用すること
が可能になり、変換光の高出力化に有利である。また、
有機低分子材料は２−メチル−４−ニトロアニリン（Ｍ
ＮＡ）で代表されるように高い非線形光学効果が期待で
き、高出力な変換光が得られる。また、光閉じ込めの条
件の許容範囲が広くなり、ドメイン反転領域形成の周期
設定の許容範囲も広くなるので、波長変換素子の作製に
当っては精度が要求されず、波長変換素子の作製が容易
となり、波長変換素子を安価に製造することができる。
おいては、非線形光学材料として低分子の有機非線形光
学材料を用いることが特徴である。低分子の有機材料を
使うことで無機系材料を用いた場合にもたらされる光損
傷が避けられ、高出力の基本波レーザ光を使用すること
が可能になり、変換光の高出力化に有利である。また、
有機低分子材料は２−メチル−４−ニトロアニリン（Ｍ
ＮＡ）で代表されるように高い非線形光学効果が期待で
き、高出力な変換光が得られる。また、光閉じ込めの条
件の許容範囲が広くなり、ドメイン反転領域形成の周期
設定の許容範囲も広くなるので、波長変換素子の作製に
当っては精度が要求されず、波長変換素子の作製が容易
となり、波長変換素子を安価に製造することができる。
【００１１】さらに、本発明の波長変換素子において
は、波長変換に有機低分子の非線形光学定数の成分のう
ち対角成分を使用するのが望ましい。
は、波長変換に有機低分子の非線形光学定数の成分のう
ち対角成分を使用するのが望ましい。
【００１２】２次非線形光学定数（ＳＨＧ係数）ｄijk
は３階のテンソル量で２次非線形感受率χijkとはｄijk
＝χijk／２の関係で結び付けられ、非線形媒質中の非
線形分極Ｐ2ωと基本波の光電場Ｅωとは次式で表せ
る。
は３階のテンソル量で２次非線形感受率χijkとはｄijk
＝χijk／２の関係で結び付けられ、非線形媒質中の非
線形分極Ｐ2ωと基本波の光電場Ｅωとは次式で表せ
る。
【００１３】
【数１】 ここでε0は真空の誘電率である。（通常ｄｉｊｋはそ
の対称性から３×６の行列ｄｉｊに縮約して表現できる
ので、上式で縮約表現できる。） ところで、分子レベルでの非線形性を最も生かした結晶
は、分極方向と結晶の誘電主軸がそろった、つまり結晶
内分子配列が結晶軸に平行であるものので、この時、非
線形光学係数は、
の対称性から３×６の行列ｄｉｊに縮約して表現できる
ので、上式で縮約表現できる。） ところで、分子レベルでの非線形性を最も生かした結晶
は、分極方向と結晶の誘電主軸がそろった、つまり結晶
内分子配列が結晶軸に平行であるものので、この時、非
線形光学係数は、
【００１４】
【数２】 の関係がある。（有機非線形光学材料：梅垣真祐：ぶん
しん出版，1990）。
しん出版，1990）。
【００１５】例えば、波長変換素子として有機低分子を
用いたファイバ型チェレンコフ放射方式ＳＨＧ素子の場
合は、
用いたファイバ型チェレンコフ放射方式ＳＨＧ素子の場
合は、
【００１６】
【数３】 の条件がある。
【００１７】この条件式はファイバ型のチェレンコフ放
射方式の位相整合条件を満たし上で、さらに大きなＳＨ
Ｇ出力を得る為の条件式である。つまり、理諭上この場
合のＳＨＧ光の出力の状態式はちょうど円形開口の回折
像と同じような状態を持つのであるがその１次のピーク
内にあるための条件式である。なお、ｎG 2ωは非線形光
学材料の第２次高調波に対する屈折率でｎG ωは非線形
光学材料の基本波に対する屈折率である。λは基本波の
波長、ａはコアの半径である。この場合、有機低分子の
屈折率の波長分散特性よって、高い非線形光学係数であ
る対角成分ｄiiを使用し上式を満たすことは難しく、非
対角成分を使用することになる。
射方式の位相整合条件を満たし上で、さらに大きなＳＨ
Ｇ出力を得る為の条件式である。つまり、理諭上この場
合のＳＨＧ光の出力の状態式はちょうど円形開口の回折
像と同じような状態を持つのであるがその１次のピーク
内にあるための条件式である。なお、ｎG 2ωは非線形光
学材料の第２次高調波に対する屈折率でｎG ωは非線形
光学材料の基本波に対する屈折率である。λは基本波の
波長、ａはコアの半径である。この場合、有機低分子の
屈折率の波長分散特性よって、高い非線形光学係数であ
る対角成分ｄiiを使用し上式を満たすことは難しく、非
対角成分を使用することになる。
【００１８】ところが、擬似位相整合方式は位相を打ち
消さないように擬似的に位相整合する方式であるので、
対角成分ｄiiを利用することで、より高い非線形光学効
果が期待できる。
消さないように擬似的に位相整合する方式であるので、
対角成分ｄiiを利用することで、より高い非線形光学効
果が期待できる。
【００１９】また、高い非線形光学効果により、基本波
パワーの光閉じ込めの条件をゆるめることが可能にな
る。そのために、波長変換素子作製上の容易性が向上す
る。以下、図７を用いてその作製上の容易性を説明す
る。
パワーの光閉じ込めの条件をゆるめることが可能にな
る。そのために、波長変換素子作製上の容易性が向上す
る。以下、図７を用いてその作製上の容易性を説明す
る。
【００２０】基本波の入射方向を４０３の方向から４０
４の方向、さらに４０５の方向とすることが可能とな
る。基本波の入射方向を４０５の方向とした場合、実質
上のドメイン反転周期長は、波長変換素子のドメイン反
転周期長をΛとするとΛ／ｃｏｓθとなる。このこと
は、ドメイン反転周期長Λを厳密に規定して波長変換素
子が作製されていなくても、基本波の入射方向を角度を
変更することにより位相整合がとりうることを意味して
おり、これは波長変換素子の作製許容度が広くなること
を意味している。なお、図７において、４０１及び４０
２は分極方向が反転した非線形光学結晶を表す。
４の方向、さらに４０５の方向とすることが可能とな
る。基本波の入射方向を４０５の方向とした場合、実質
上のドメイン反転周期長は、波長変換素子のドメイン反
転周期長をΛとするとΛ／ｃｏｓθとなる。このこと
は、ドメイン反転周期長Λを厳密に規定して波長変換素
子が作製されていなくても、基本波の入射方向を角度を
変更することにより位相整合がとりうることを意味して
おり、これは波長変換素子の作製許容度が広くなること
を意味している。なお、図７において、４０１及び４０
２は分極方向が反転した非線形光学結晶を表す。
【００２１】以上述べたように、本発明の波長変換素子
では光閉じ込めによる基本波パワーの保持のための条件
がゆるめられるが、高出力の変換光を得るためには横方
向の幅を制限して光閉じ込めを行うことが好ましい。光
閉じ込めのためには、縦方向の非線形光学材料の厚みを
ｈとした場合、横方向の非線形光学材料の幅Ｗは、Ｗ≦
4.0×ｈの範囲が好ましく、Ｗ≦2.5×ｈの範囲とするこ
とがさらに好ましい。
では光閉じ込めによる基本波パワーの保持のための条件
がゆるめられるが、高出力の変換光を得るためには横方
向の幅を制限して光閉じ込めを行うことが好ましい。光
閉じ込めのためには、縦方向の非線形光学材料の厚みを
ｈとした場合、横方向の非線形光学材料の幅Ｗは、Ｗ≦
4.0×ｈの範囲が好ましく、Ｗ≦2.5×ｈの範囲とするこ
とがさらに好ましい。
【００２２】ＱＰＭ波長変換素子は、有機低分子材料の
誘電主軸のうち高い非線形光学特性を示す誘電主軸に主
要な偏光方向のレーザ光を入れる必要がある。一方、主
要な偏光方向のレーザ光はＱＰＭ波長変換素子の導波条
件より制約を受ける。ところが、その誘電主軸は素子作
製上での有機低分子の単結晶成長方向と深くかかわり、
誘電主軸と素子の要求する方向は異なっている場合が多
い。本発明においては、高い非線形光学特性を示す誘電
主軸と主要な偏光方向の入射光とのなす角が30度以内に
あることが好ましく、該角度が30度以内であると高出力
な変換光が得られることがわかった。
誘電主軸のうち高い非線形光学特性を示す誘電主軸に主
要な偏光方向のレーザ光を入れる必要がある。一方、主
要な偏光方向のレーザ光はＱＰＭ波長変換素子の導波条
件より制約を受ける。ところが、その誘電主軸は素子作
製上での有機低分子の単結晶成長方向と深くかかわり、
誘電主軸と素子の要求する方向は異なっている場合が多
い。本発明においては、高い非線形光学特性を示す誘電
主軸と主要な偏光方向の入射光とのなす角が30度以内に
あることが好ましく、該角度が30度以内であると高出力
な変換光が得られることがわかった。
【００２３】本発明において用いられる非線形光学材料
としては、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）、４′−ニトロベンジリデン−３−アセトアミノ−
４−メトキシアニリン（ＭＮＢＡ）、３，９−ジニトロ
−５ａ，６，１１ａ，１２−テトラヒドロ−（１，４）
ベンズオキサジノ（３，２−ｂ）（１，４）ベンズオキ
サジン（ＤＮＢＢ）、４−ニトロフェニルカルバミン酸
イソプロピルエステル（ＰＣＮＢ）、３，５−ジメチル
−１−（４−ニトロフェニル）ピラゾール（ＤＭＮＰ）
等が挙げられ、これらの有機非線形光学材料は良好な特
性を有しているが、特に誘電主軸と入射光の関係より、
有機低分子の結晶は単斜晶系が良いことがわかった。中
でも２−メトキシ−５−ニトロフェノール（ＭＮＰ）が
もっとも高出力な変換光を出力することができ、特に好
ましい。
としては、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）、４′−ニトロベンジリデン−３−アセトアミノ−
４−メトキシアニリン（ＭＮＢＡ）、３，９−ジニトロ
−５ａ，６，１１ａ，１２−テトラヒドロ−（１，４）
ベンズオキサジノ（３，２−ｂ）（１，４）ベンズオキ
サジン（ＤＮＢＢ）、４−ニトロフェニルカルバミン酸
イソプロピルエステル（ＰＣＮＢ）、３，５−ジメチル
−１−（４−ニトロフェニル）ピラゾール（ＤＭＮＰ）
等が挙げられ、これらの有機非線形光学材料は良好な特
性を有しているが、特に誘電主軸と入射光の関係より、
有機低分子の結晶は単斜晶系が良いことがわかった。中
でも２−メトキシ−５−ニトロフェノール（ＭＮＰ）が
もっとも高出力な変換光を出力することができ、特に好
ましい。
【００２４】非線形光学材料として有機低分子を用いた
場合、結晶の結合や結晶を構成する分子間の結合力が弱
いために、無機系の非線形光学材料では使用できた真空
中での処理や熱による処理をすることができないので、
本発明の波長変換素子は、従来の無機系の非線形光学材
料を使用した波長変換素子と同様の方法では作製するこ
とはできない。
場合、結晶の結合や結晶を構成する分子間の結合力が弱
いために、無機系の非線形光学材料では使用できた真空
中での処理や熱による処理をすることができないので、
本発明の波長変換素子は、従来の無機系の非線形光学材
料を使用した波長変換素子と同様の方法では作製するこ
とはできない。
【００２５】本発明の波長変換素子は、 （１）線形基板上に無機系材料からなる薄層を周期的に
形成する工程と、該無機系材料の薄層を形成した基板上
に有機低分子からなる非線形光学結晶を形成する工程
と、無機系材料を除去し、線形基板上に周期的に形成さ
れた有機低分子からなる非線形光学結晶を残留させる工
程を含む製造方法。 （２）基板上に凹部を周期的に形成する工程と、該凹部
を形成した基板に線形材料からなる基板を対向して配置
し、形成された間隙に有機低分子からなる非線形光学結
晶を形成する工程と、該基板を取り除き、周期的に形成
された有機低分子からなる非線形光学結晶を有する線形
材料からなる基板を得る工程を含む製造方法。 によって容易に作製することができる。
形成する工程と、該無機系材料の薄層を形成した基板上
に有機低分子からなる非線形光学結晶を形成する工程
と、無機系材料を除去し、線形基板上に周期的に形成さ
れた有機低分子からなる非線形光学結晶を残留させる工
程を含む製造方法。 （２）基板上に凹部を周期的に形成する工程と、該凹部
を形成した基板に線形材料からなる基板を対向して配置
し、形成された間隙に有機低分子からなる非線形光学結
晶を形成する工程と、該基板を取り除き、周期的に形成
された有機低分子からなる非線形光学結晶を有する線形
材料からなる基板を得る工程を含む製造方法。 によって容易に作製することができる。
【００２６】以下に、上記（１）及び（２）の製造方法
についてさらに具体的に説明する。
についてさらに具体的に説明する。
【００２７】（１）の製造方法 先ず、線形基板上に無機系材料の薄膜を蒸着法などで形
成し、次いで、一般に用いられているリソグラフィ工程
（レジスト形成、露光、現像、エッチング、レジスト除
去）を用いて、非線形光学結晶を形成させる位置の無機
系材料の薄膜をを除去し、得られた凹所に有機低分子の
非線形光学結晶を形成する。さらに無機系材料の薄膜を
除去し、所望のパターンで非線形光学結晶を形成させた
線形基板を得る。
成し、次いで、一般に用いられているリソグラフィ工程
（レジスト形成、露光、現像、エッチング、レジスト除
去）を用いて、非線形光学結晶を形成させる位置の無機
系材料の薄膜をを除去し、得られた凹所に有機低分子の
非線形光学結晶を形成する。さらに無機系材料の薄膜を
除去し、所望のパターンで非線形光学結晶を形成させた
線形基板を得る。
【００２８】また、無機系材料の薄膜を除去するとき、
該除去により有機低分子からなる非線形光学結晶にダメ
ージを与えてはならない。
該除去により有機低分子からなる非線形光学結晶にダメ
ージを与えてはならない。
【００２９】薄膜を形成させる無機系材料としては、ア
ルミニウムなどの弱酸、アルカリ水溶液に溶解しやすい
金属が好ましく、塩化ナトリウムなど水溶液に溶解しや
すい塩は非線形光学結晶にダメージを与えることなく溶
解除去することができるので特に好ましい。
ルミニウムなどの弱酸、アルカリ水溶液に溶解しやすい
金属が好ましく、塩化ナトリウムなど水溶液に溶解しや
すい塩は非線形光学結晶にダメージを与えることなく溶
解除去することができるので特に好ましい。
【００３０】次いで、上記により作製された非線形光学
結晶を形成させた２枚の線形基板を、互いの有機非線形
結晶の凸パターンが入れ子になるように重ね合わせるこ
とにより、有機低分子の非線形光学結晶が、２枚の線形
基板の間に周期構造をもって配列された本発明の光波長
変換素子を得ることができる。
結晶を形成させた２枚の線形基板を、互いの有機非線形
結晶の凸パターンが入れ子になるように重ね合わせるこ
とにより、有機低分子の非線形光学結晶が、２枚の線形
基板の間に周期構造をもって配列された本発明の光波長
変換素子を得ることができる。
【００３１】（２）の製造方法 使用する有機低分子の非線形光学材料が、上記無機系材
料の薄膜の除去のための用いる溶媒に侵される場合に
は、この製造方法を採用することができる。
料の薄膜の除去のための用いる溶媒に侵される場合に
は、この製造方法を採用することができる。
【００３２】先ず、一般に用いられているリソグラフィ
工程（レジスト形成、露光、現像、エッチング、レジス
ト除去）を用いて、基板上の非線形光学結晶を形成させ
る位置に凹部を形成する。次いで、上記基板の凹部を形
成した側に線形基板をある間隙を設けて配置し、形成さ
れた間隙に有機低分子からなる非線形光学結晶を形成
し、該基板を除去し、所望のパターンで非線形光学結晶
を形成させた線形基板を得る。なお、基板の凹部を形成
した側にクロロシラン系剥離剤の薄膜を形成することに
より、線形基板上に有機低分子からなる非線形光学結晶
を歩留りよく形成することができる。
工程（レジスト形成、露光、現像、エッチング、レジス
ト除去）を用いて、基板上の非線形光学結晶を形成させ
る位置に凹部を形成する。次いで、上記基板の凹部を形
成した側に線形基板をある間隙を設けて配置し、形成さ
れた間隙に有機低分子からなる非線形光学結晶を形成
し、該基板を除去し、所望のパターンで非線形光学結晶
を形成させた線形基板を得る。なお、基板の凹部を形成
した側にクロロシラン系剥離剤の薄膜を形成することに
より、線形基板上に有機低分子からなる非線形光学結晶
を歩留りよく形成することができる。
【００３３】次いで、上記により作製された非線形光学
結晶を形成させた２枚の線形基板を、互いの有機非線形
結晶の凸パターンが入れ子になるように重ね合わせるこ
とにより、有機低分子の非線形光学結晶が、２枚の線形
基板の間に周期構造をもって配列された本発明の光波長
変換素子を得ることができる。
結晶を形成させた２枚の線形基板を、互いの有機非線形
結晶の凸パターンが入れ子になるように重ね合わせるこ
とにより、有機低分子の非線形光学結晶が、２枚の線形
基板の間に周期構造をもって配列された本発明の光波長
変換素子を得ることができる。
【００３４】上記において、非線形光学結晶の形成に
は、例えば、ブリッジマン法またはゾーンメルト法を用
いることができる。
は、例えば、ブリッジマン法またはゾーンメルト法を用
いることができる。
【００３５】
【実施例】図１は本発明の光波長変換素子を説明するた
めの説明図、図２は本発明の光波長変換素子を光導波路
に平行な面で切った断面を説明するための説明図であ
る。
めの説明図、図２は本発明の光波長変換素子を光導波路
に平行な面で切った断面を説明するための説明図であ
る。
【００３６】図１及び図２において、１及び２は線形基
板でガラスもしくは有機高分子（プラスチック）からな
る。線形基板を構成するガラスとしてコーニング7059を
使用することができる。３は導波路を保護するための保
護側板でガラスもしくは有機高分子（プラスチック）か
らなる。５は有機非線形光学結晶層である。６も有機非
線形光学結晶層であるが、図２に矢印で示すように分極
の方向が有機非線形光学結晶層５に対して反転してい
る。７はコヒーレント光源、８は集光レンズ系である。
光は線形基板１及び２によって閉じ込められ、有機非線
形結晶層５及び６中を導波する。
板でガラスもしくは有機高分子（プラスチック）からな
る。線形基板を構成するガラスとしてコーニング7059を
使用することができる。３は導波路を保護するための保
護側板でガラスもしくは有機高分子（プラスチック）か
らなる。５は有機非線形光学結晶層である。６も有機非
線形光学結晶層であるが、図２に矢印で示すように分極
の方向が有機非線形光学結晶層５に対して反転してい
る。７はコヒーレント光源、８は集光レンズ系である。
光は線形基板１及び２によって閉じ込められ、有機非線
形結晶層５及び６中を導波する。
【００３７】図１に示された光波長変換素子は、有機低
分子非線形光学結晶層５、６の分極方向が図２に示され
るように周期的に反転しており、光第２高調波を発生す
る非線形分極波の位相が逆向きになっているので、変換
された光は互いに打ち消しあうことなく出力は増大す
る。すなわち、図２で、光導波路に入った基本波は、位
相整合長Ｌの長さを持った非線形光学結晶層５で高調波
に変換され、次に該非線形光学結晶層５とは分極の方向
が反転している非線形光学結晶層６で位相が逆向きに変
換されるので、それぞれの変換光は互いに強め合い高調
波パワーが発生する。このようにして変換された高調波
パワーはさらに次の非線形光学結晶層で発生した高調波
パワーによって強められることになる。このようにして
パワーを増した高調波は出射部より放射される。
分子非線形光学結晶層５、６の分極方向が図２に示され
るように周期的に反転しており、光第２高調波を発生す
る非線形分極波の位相が逆向きになっているので、変換
された光は互いに打ち消しあうことなく出力は増大す
る。すなわち、図２で、光導波路に入った基本波は、位
相整合長Ｌの長さを持った非線形光学結晶層５で高調波
に変換され、次に該非線形光学結晶層５とは分極の方向
が反転している非線形光学結晶層６で位相が逆向きに変
換されるので、それぞれの変換光は互いに強め合い高調
波パワーが発生する。このようにして変換された高調波
パワーはさらに次の非線形光学結晶層で発生した高調波
パワーによって強められることになる。このようにして
パワーを増した高調波は出射部より放射される。
【００３８】次に、本発明の波長変換素子の製造方法を
説明する。
説明する。
【００３９】図３に本発明の光波長変換素子の製造方法
の１例を示す。
の１例を示す。
【００４０】図３（ａ）には、1μmの厚さの無機材料
（塩化ナトリウム）層９を蒸着した線形基板１が示され
ている。
（塩化ナトリウム）層９を蒸着した線形基板１が示され
ている。
【００４１】この線形基板１上の無機材料層９の上に、
レジスト（ポリメチルメタアクリレート：ＰＭＭＡ）を
スピンコートし、約1000Ａのレジスト層を形成する。該
レジスト層を、電子線露光装置を用い、幅0.8μmの露光
部が周期1.6μmで並んだ露光部が得られるように露光
し、現像する。次いで、冷水によるエッチングを行い未
露光部の無機材料層９を除去し、さらに、残存するレジ
ストも除去することにより図３（ｂ）に示された幅0.8
μmの無機材料層９が周期1.6μmで形成された線形基板
が得られる。
レジスト（ポリメチルメタアクリレート：ＰＭＭＡ）を
スピンコートし、約1000Ａのレジスト層を形成する。該
レジスト層を、電子線露光装置を用い、幅0.8μmの露光
部が周期1.6μmで並んだ露光部が得られるように露光
し、現像する。次いで、冷水によるエッチングを行い未
露光部の無機材料層９を除去し、さらに、残存するレジ
ストも除去することにより図３（ｂ）に示された幅0.8
μmの無機材料層９が周期1.6μmで形成された線形基板
が得られる。
【００４２】次いで、図３（ｃ）に示すように、無機材
料層９によって形成された凹部に、矢印で示される分極
方向を有する有機低分子非線形結晶５を形成する。
料層９によって形成された凹部に、矢印で示される分極
方向を有する有機低分子非線形結晶５を形成する。
【００４３】有機低分子非線形結晶５は、例えば図８に
示された方法により形成することができる。
示された方法により形成することができる。
【００４４】図８において、３１はパイレックスガラス
製の結晶方向制御キャピラリ容器、３１ａは結晶方向制
御キャピラリ容器３１に設けられた種結晶育成部、３２
は２−メトキシ−５−ニトロフェノール（ＭＮＰ）のよ
うな有機低分子非線形光学材料、３２１はその有機低分
子非線形光学材料の溶融体、３２２は有機低分子非線形
光学材料の単結晶体、３３は図３（ｂ）に示された無機
材料層９が周期的に形成された線形基板と結晶の厚さを
制御するガラスまたはプラスチックから成る補助基板を
張り合わせた構成体、３４は構成体３３を種結晶育成部
３１ａの中心軸に対して所定の傾斜角を成すように保持
するセット部材である。なお、該傾斜角は、形成された
有機低分子非線形光学材料の単結晶体の誘電主軸が線形
基板に30度以内になるように選ばれる。
製の結晶方向制御キャピラリ容器、３１ａは結晶方向制
御キャピラリ容器３１に設けられた種結晶育成部、３２
は２−メトキシ−５−ニトロフェノール（ＭＮＰ）のよ
うな有機低分子非線形光学材料、３２１はその有機低分
子非線形光学材料の溶融体、３２２は有機低分子非線形
光学材料の単結晶体、３３は図３（ｂ）に示された無機
材料層９が周期的に形成された線形基板と結晶の厚さを
制御するガラスまたはプラスチックから成る補助基板を
張り合わせた構成体、３４は構成体３３を種結晶育成部
３１ａの中心軸に対して所定の傾斜角を成すように保持
するセット部材である。なお、該傾斜角は、形成された
有機低分子非線形光学材料の単結晶体の誘電主軸が線形
基板に30度以内になるように選ばれる。
【００４５】結晶方向制御キャピラリ容器３１に設けら
れた種結晶育成部３１ａとしては、例えば、長さ3.0m
m、直径0.5mm程度のものが適当であり、結晶方向制御キ
ャピラリ容器３１の構成体３３をセットする部分は長さ
7.0mm、直径3.0mm程度のものが適当である。
れた種結晶育成部３１ａとしては、例えば、長さ3.0m
m、直径0.5mm程度のものが適当であり、結晶方向制御キ
ャピラリ容器３１の構成体３３をセットする部分は長さ
7.0mm、直径3.0mm程度のものが適当である。
【００４６】始め、図９（ａ）に示すように結晶方向制
御キャピラリ容器３１の上部は解放されており、該解放
部から有機低分子非線形光学材料３２を投入し、構成体
３３及びセット部材３４を、構成体３３が所定の傾斜角
となり、かつ、その先端が有機低分子非線形光学材料３
２に適当な深さまで沈むようにセットする。構成体３３
及びセット部材３４の結晶方向制御キャピラリ容器３１
へのセットは、先ず、結晶方向制御キャピラリ容器３１
にセット部材３４を嵌装し、次いでセット部材３４の保
持孔へ構成体３３を挿入して行ってもよいし、また、予
め構成体３３をセット部材３４に取り付け、これをセッ
トしてもよい。
御キャピラリ容器３１の上部は解放されており、該解放
部から有機低分子非線形光学材料３２を投入し、構成体
３３及びセット部材３４を、構成体３３が所定の傾斜角
となり、かつ、その先端が有機低分子非線形光学材料３
２に適当な深さまで沈むようにセットする。構成体３３
及びセット部材３４の結晶方向制御キャピラリ容器３１
へのセットは、先ず、結晶方向制御キャピラリ容器３１
にセット部材３４を嵌装し、次いでセット部材３４の保
持孔へ構成体３３を挿入して行ってもよいし、また、予
め構成体３３をセット部材３４に取り付け、これをセッ
トしてもよい。
【００４７】次いで、結晶方向制御キャピラリ容器３１
の開放上部に真空ポンプを接続し、結晶方向制御キャピ
ラリ容器３１の内部を好ましくは10-4 Torrより高真
空、例えば5×10-6 Torrの高真空にする。その後、窒素
ガスを大気圧近傍まで導入し、結晶方向制御キャピラリ
容器３１の上部を溶封する。この状態で結晶方向制御キ
ャピラリ容器３１の全体を加熱し、有機低分子非線形光
学材料３２を溶融させて溶融体３２１とし、毛管現象で
構成体３３に形成されている間隙に溶融体３２１を吸い
上げさせる。〔図８（ｂ）〕 この封止した結晶方向制御キャピラリ容器３１を例えば
ブリッジマン炉またはゾーンメルト炉に入れて、ブリッ
ジマン法またはゾーンメルト法により、有機低分子非線
形光学材料の単結晶体３２２を形成させる。
の開放上部に真空ポンプを接続し、結晶方向制御キャピ
ラリ容器３１の内部を好ましくは10-4 Torrより高真
空、例えば5×10-6 Torrの高真空にする。その後、窒素
ガスを大気圧近傍まで導入し、結晶方向制御キャピラリ
容器３１の上部を溶封する。この状態で結晶方向制御キ
ャピラリ容器３１の全体を加熱し、有機低分子非線形光
学材料３２を溶融させて溶融体３２１とし、毛管現象で
構成体３３に形成されている間隙に溶融体３２１を吸い
上げさせる。〔図８（ｂ）〕 この封止した結晶方向制御キャピラリ容器３１を例えば
ブリッジマン炉またはゾーンメルト炉に入れて、ブリッ
ジマン法またはゾーンメルト法により、有機低分子非線
形光学材料の単結晶体３２２を形成させる。
【００４８】ブリッジマン法は、例えば、有機低分子非
線形光学材料３２として融点104℃の２−メトキシ−５
−ニトロフェノールを用いた場合、ブリッジマン炉とし
て、106℃に保った高温炉及び90℃に保った低温炉を用
い、１時間当り2mmの速度で結晶方向制御キャピラリ容
器３１を高温炉から低温炉内に垂直に降下させことによ
って行うことができる。
線形光学材料３２として融点104℃の２−メトキシ−５
−ニトロフェノールを用いた場合、ブリッジマン炉とし
て、106℃に保った高温炉及び90℃に保った低温炉を用
い、１時間当り2mmの速度で結晶方向制御キャピラリ容
器３１を高温炉から低温炉内に垂直に降下させことによ
って行うことができる。
【００４９】結晶方向制御キャピラリ容器３１を高温炉
から低温炉内に垂直に降下させると、まず種結晶育成部
３１ａに有機低分子非線形光学材料の単結晶３２２が形
成され、次いで該単結晶は成長し、結晶方向制御キャピ
ラリ容器３１内の有機低分子非線形光学材料全体が単結
晶となる。このとき、構成体３４の間隙の有機低分子非
線形光学材料も同一の結晶軸を有する単結晶となる。
〔図８（ｃ）〕 次に、炉から取り出された結晶方向制御キャピラリ容器
３１から保持部材３３を除き、単結晶を取り出し、取扱
い上邪魔になる種結晶育成部３１ａの単結晶体を切り落
して、図８（ｄ）に示した有機低分子非線形単結晶が形
成された構成体３３を得る。
から低温炉内に垂直に降下させると、まず種結晶育成部
３１ａに有機低分子非線形光学材料の単結晶３２２が形
成され、次いで該単結晶は成長し、結晶方向制御キャピ
ラリ容器３１内の有機低分子非線形光学材料全体が単結
晶となる。このとき、構成体３４の間隙の有機低分子非
線形光学材料も同一の結晶軸を有する単結晶となる。
〔図８（ｃ）〕 次に、炉から取り出された結晶方向制御キャピラリ容器
３１から保持部材３３を除き、単結晶を取り出し、取扱
い上邪魔になる種結晶育成部３１ａの単結晶体を切り落
して、図８（ｄ）に示した有機低分子非線形単結晶が形
成された構成体３３を得る。
【００５０】構成体３３から補助基板を剥すことによっ
て、図３（ｃ）に示す無機材料層９によって形成された
凹部に有機低分子非線形結晶５が形成された線形基板１
が得られる。
て、図３（ｃ）に示す無機材料層９によって形成された
凹部に有機低分子非線形結晶５が形成された線形基板１
が得られる。
【００５１】また、有機低分子非線形結晶５は蒸着等に
より形成することもできる。例えば、有機低分子非線形
結晶５は蒸着により形成した場合、有機低分子非線形結
晶５は図３（ｃ′）に示したように形成される。この場
合、有機低分子非線形結晶５の厚さは無機材料層９の厚
さより薄くなければならない。
より形成することもできる。例えば、有機低分子非線形
結晶５は蒸着により形成した場合、有機低分子非線形結
晶５は図３（ｃ′）に示したように形成される。この場
合、有機低分子非線形結晶５の厚さは無機材料層９の厚
さより薄くなければならない。
【００５２】該無機材料層９によって形成された凹部に
有機低分子非線形結晶５が形成された線形基板１から無
機材料（塩化ナトリウム）層９を約５℃冷水にて溶解除
去することによって、図３（ｄ）に示された線形基板１
上に有機低分子非線形結晶５が周期的に形成された線形
基板１が得られる。
有機低分子非線形結晶５が形成された線形基板１から無
機材料（塩化ナトリウム）層９を約５℃冷水にて溶解除
去することによって、図３（ｄ）に示された線形基板１
上に有機低分子非線形結晶５が周期的に形成された線形
基板１が得られる。
【００５３】上記方法とまったく同様な方法にて、図３
（ｄ）に示されたと同様の線形基板２上に有機低分子非
線形結晶６が周期的に形成された線形基板２を作製し、
この二つの線形基板１を超精密位置合わせ装置にて、互
いの有機非線形結晶の凸パターンが入れ子になるように
積層することによって、図３（ｅ）に示される線状基板
１及び２の間に分極方向が周期的に反転する有機低分子
非線形結晶５、６が形成された素子が得られる。
（ｄ）に示されたと同様の線形基板２上に有機低分子非
線形結晶６が周期的に形成された線形基板２を作製し、
この二つの線形基板１を超精密位置合わせ装置にて、互
いの有機非線形結晶の凸パターンが入れ子になるように
積層することによって、図３（ｅ）に示される線状基板
１及び２の間に分極方向が周期的に反転する有機低分子
非線形結晶５、６が形成された素子が得られる。
【００５４】以上のように得られた素子を用いて、図１
に示すような本発明の光波長変換素子が作られる。
に示すような本発明の光波長変換素子が作られる。
【００５５】図４は本発明の光波長変換素子の製造方法
の他の例を示すものである。
の他の例を示すものである。
【００５６】ガラス基板にレジスト（ポリメチルメタア
クリレート：ＰＭＭＡ）を塗布し、レジスト層を形成す
る。該レジスト層を電子線露光装置を用いて露光し、現
像する。次にバッファーふっ酸にて深さ1.5μmにエッチ
ングし、レジストを除去し、図４（ａ）に示す周期的に
凹部が形成されたガラス基板１０を得る。
クリレート：ＰＭＭＡ）を塗布し、レジスト層を形成す
る。該レジスト層を電子線露光装置を用いて露光し、現
像する。次にバッファーふっ酸にて深さ1.5μmにエッチ
ングし、レジストを除去し、図４（ａ）に示す周期的に
凹部が形成されたガラス基板１０を得る。
【００５７】次いで、該ガラス基板１０にクロロシラン
を塗布・乾燥することによって、図４（ｂ）に示すよう
にガラス基板１０上にクロロシラン離形剤層１１を形成
し、図４（ｃ）に示すようにガラス基板１０上に線形基
板１を重ね、ガラス基板１０と線形基板１との間に形成
された間隙に、矢印で示される高い非線形光学特性を示
す誘電主軸を有する有機低分子非線形結晶５を形成す
る。有機低分子非線形結晶５は、先に述べた図８に示す
と同様の方法により形成することができる。有機低分子
非線形結晶５を形成した後、ガラス基板１０を剥すこと
によって、図４（ｄ）に示された線形基板１上に有機低
分子非線形結晶５が周期的に形成された線形基板１が得
られる。
を塗布・乾燥することによって、図４（ｂ）に示すよう
にガラス基板１０上にクロロシラン離形剤層１１を形成
し、図４（ｃ）に示すようにガラス基板１０上に線形基
板１を重ね、ガラス基板１０と線形基板１との間に形成
された間隙に、矢印で示される高い非線形光学特性を示
す誘電主軸を有する有機低分子非線形結晶５を形成す
る。有機低分子非線形結晶５は、先に述べた図８に示す
と同様の方法により形成することができる。有機低分子
非線形結晶５を形成した後、ガラス基板１０を剥すこと
によって、図４（ｄ）に示された線形基板１上に有機低
分子非線形結晶５が周期的に形成された線形基板１が得
られる。
【００５８】上記方法とまったく同様な方法にて、図４
（ｄ）に示されたと同様の線形基板２上に有機低分子非
線形結晶６が周期的に形成された線形基板２を作製し、
この二つの線形基板１及び２を超精密位置合わせ装置に
て、互いの有機非線形結晶の凸パターンが入れ子になる
ように積層することによって、図４（ｅ）に示される線
状基板１及び２の間に分極方向が周期的に反転する有機
低分子非線形結晶５、６が形成された素子が得られる。
（ｄ）に示されたと同様の線形基板２上に有機低分子非
線形結晶６が周期的に形成された線形基板２を作製し、
この二つの線形基板１及び２を超精密位置合わせ装置に
て、互いの有機非線形結晶の凸パターンが入れ子になる
ように積層することによって、図４（ｅ）に示される線
状基板１及び２の間に分極方向が周期的に反転する有機
低分子非線形結晶５、６が形成された素子が得られる。
【００５９】以上のように得られた素子を用いて、図１
に示すような本発明の光波長変換素子が作られる。
に示すような本発明の光波長変換素子が作られる。
【００６０】
【発明の効果】本発明の波長変換素子は、ドメイン反転
領域形成の周期設定の許容範囲が広く、かつ、光閉じ込
めの条件の許容範囲が広いため製造が容易であり、ま
た、光による損傷がなく、高出力を得ることができる。
また、光第２高調波発生に非線形光学定数成分の対角成
分を使用することによって、さらに光閉じ込めの許容が
広くなり、ドメインの周期調整の許容が広くなるととも
に高出力な光変換光が得られようになる。この効果は、
有機低分子非線形光学材料の結晶軸方向と光軸方向のな
す角を30度以内としたとき、有機低分子非線形光学材料
の結晶系として単斜晶系を用いた時にさらに優れたもの
となる。
領域形成の周期設定の許容範囲が広く、かつ、光閉じ込
めの条件の許容範囲が広いため製造が容易であり、ま
た、光による損傷がなく、高出力を得ることができる。
また、光第２高調波発生に非線形光学定数成分の対角成
分を使用することによって、さらに光閉じ込めの許容が
広くなり、ドメインの周期調整の許容が広くなるととも
に高出力な光変換光が得られようになる。この効果は、
有機低分子非線形光学材料の結晶軸方向と光軸方向のな
す角を30度以内としたとき、有機低分子非線形光学材料
の結晶系として単斜晶系を用いた時にさらに優れたもの
となる。
図１は本発明の光波長変換素子を説明するための説明
図、図２は本発明の光波長変換素子を光導波路に平行な
面で切った断面を説明するための説明図である。
図、図２は本発明の光波長変換素子を光導波路に平行な
面で切った断面を説明するための説明図である。
【図１】本発明の光波長変換素子を説明するための説明
図である。
図である。
【図２】本発明の光波長変換素子を光導波路に平行な面
で切った断面を説明するための説明図である。
で切った断面を説明するための説明図である。
【図３】本発明の光波長変換素子の製造方法を説明する
説明図である。
説明図である。
【図４】本発明の光波長変換素子の他の製造方法を説明
する説明図である。
する説明図である。
【図５】従来提案されたＱＰＭを利用した波長変換素子
の説明図である。
の説明図である。
【図６】図５に示された波長変換素子の製造方法を示す
説明図である。
説明図である。
【図７】本発明の光波長変換素子において、ドメイン反
転周期長が厳密に作製されていなくてもよいことを説明
する説明図である。
転周期長が厳密に作製されていなくてもよいことを説明
する説明図である。
【図８】有機低分子非線形結晶を形成する方法を説明す
る説明図である。
る説明図である。
フロントページの続き (72)発明者 二宮 英隆 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 竹内 良夫 東京都日野市さくら町１番地 コニカ株式 会社内
Claims (9)
- 【請求項１】 非線形光学結晶が周期構造をもつことに
よって擬似的に位相を整合させ、入射された基本波を第
２次高調波に変換して出射させる光波長変換素子におい
て、非線形光学結晶が有機低分子であることを特徴とす
る光波長変換素子。 - 【請求項２】 光波長変換に有機低分子からなる非線形
光学結晶の非線形光学係数の対角成分を使用することを
特徴とする請求項１記載の光波長変換素子。 - 【請求項３】 光波長変換に使用する有機低分子の単結
晶の誘電主軸と波長変換素子に入射する光の主要な偏光
方向とのなす角が30度以内であることを特徴とする請求
項１又は２記載の光波長変換素子。 - 【請求項４】 有機低分子の結晶系が単斜晶系であるこ
とを特徴とする請求項１〜３記載の光波長変換素子。 - 【請求項５】 線形基板上に無機系材料からなる薄層を
周期的に形成する工程と、該無機系材料の薄層を形成し
た基板上に有機低分子からなる非線形光学結晶を形成す
る工程と、無機系材料を除去し、線形基板上に周期的に
形成された有機低分子からなる非線形光学結晶を残留さ
せる工程を含むことを特徴とする請求項１〜４記載の光
波長変換素子の製造方法。 - 【請求項６】 無機系材料が塩であることを特徴とする
請求項５記載の光波長変換素子の製造方法。 - 【請求項７】 無機系材料が金属であることを特徴とす
る請求項５記載の光波長変換素子の製造方法。 - 【請求項８】 基板上に凹部を周期的に形成する工程
と、該凹部を形成した基板に線形材料からなる基板を対
向して配置し、形成された間隙に有機低分子からなる非
線形光学結晶を形成する工程と、該基板を取り除き、周
期的に形成された有機低分子からなる非線形光学結晶を
有する線形材料からなる基板を得る工程を含むことを特
徴とする請求項１〜４記載の光波長変換素子の製造方
法。 - 【請求項９】 凹部を周期的に形成した基板上に、クロ
ロシラン系剥離剤の薄膜を形成することを特徴とする請
求項８記載の光波長変換素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4217476A JPH0643510A (ja) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | 光波長変換素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4217476A JPH0643510A (ja) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | 光波長変換素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0643510A true JPH0643510A (ja) | 1994-02-18 |
Family
ID=16704836
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4217476A Pending JPH0643510A (ja) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | 光波長変換素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0643510A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001332711A (ja) * | 2000-05-18 | 2001-11-30 | Sony Corp | 固体撮像素子及びその製造方法 |
| US6729541B1 (en) | 1998-07-01 | 2004-05-04 | Nippon Telegraph & Telephone Corporation | Information reading apparatus and information recording medium |
-
1992
- 1992-07-24 JP JP4217476A patent/JPH0643510A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6729541B1 (en) | 1998-07-01 | 2004-05-04 | Nippon Telegraph & Telephone Corporation | Information reading apparatus and information recording medium |
| JP2001332711A (ja) * | 2000-05-18 | 2001-11-30 | Sony Corp | 固体撮像素子及びその製造方法 |
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