JPH06503892A - 光学パラメトリック増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本特許出願の主題は、１９８９年９月１１日付は提出の特許出願Ｓ、　Ｎ、　４ ０５．５０１号における開示内容に関連している。

発明の背景 光学パラメトリック増幅器は通常、各入射光波に対して非線形の（すなわち振幅 依存性の）レスポンスを与える材料を含んでいる。この材料に対し、増幅すべき 情報被変調波の他に、相互作用を起こさせてエネルギーを情報被変調波に伝達す るために、別の周波数のポンプ波が加えられる。こうしたエネルギーの伝達によ って得られる情報被変調波の増幅はパラメトリック利得と呼ばれる。

光学第２調波発生器（ｏｐｔｉｃａｌ　５ｅｃｏｎｄ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｇｅ ｎｅｒａｔｏｒ）と光学パラメトリック増幅器の開発を進めていく上での主たる 方向は、位相整合を得る（これにより、進行波のパラメトリック増幅が可能とな る）ために複屈折材料を使用することに重点を置いている。位相整合は、信号波 ベクトルとポンプ波ベクトルに等しいアイドラー波ベクトルとを合わせるプロセ スである。波ベクトルは、屈折率と周波数との積、又は屈折率を波長で除した商 に関係している。

一般に、従来の位相整合（例えば、角度同調や温度同調による）では、固有の複 屈折と屈折率の分散とのある特定の組み合わせを必要とする。高い第２調波感受 率（ｓｅｃｏｎｄ　ｈａｒＩＩｌｏｎｉｃ　５ｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ）を もった低分子量の新規な有機結晶質非線形光学材料が、Ｇａｒｉｔｏらによるｒ ＡＣＳシンポジウム、シリーズＮｏ、　２３３゜ｐｐ、１−２６．１９８３Ｊに 報告されている。これらの有機材料は通常、単結晶を使用して位相整合が達成で きるよう、高い固有複屈折とポジティブ分散（ｐｏｓｉｔｉｖｅｄｉｓｐｅｒｓ ｉｏｎ）を有している。たとえ高い非線形光学感受率を有する新たなタイプの有 機材料を使用して位相整合が達成できるとしても、ダイオードレーザ−のビーム エネルギーが小さいので、エネルギー転化効率が大幅に制限される。さらに、該 有機材料の複屈折が高いと、ビームのウオークオフ（ｗａｌｋ−ｏｆｆ）のため に転化効率が低下する。

位相整合条件を達成するための別の方法は、異なるモードに対する分散特性を導 波路中にて使用することである。狭く引き締められたスペースに、エネルギーが 横方向にて閉じ込められるので、比較的低いエネルギー源を使用して高い光の強 さを得ることができる。ガイド区域とクラッド区域における導波路の形状と屈折 率が次のようであれば、 β−β、（ω３）−β、（ω２）−β１（ωｌ）　−０（１）位相整合条件が確 実に達成される。ここで、β、は１番目のモードの伝搬定数である。転化効率は 、一般には、モード間の重なり積分に対して二次式の形で依存しており・ Ｆ−ｆＥ、（ω３．ｚ）Ｅ、（ωｚ、ｚ）Ｅｌ　（ω１．ｚ）ｄｚこのときＥ、 は、導波管を横切っているに番目のモードの正規化された電場である。一般には 、導波路モード間の重なりは制限され、重なり積分の値も小さい。

こうしたアプローチは、有機材料から得られる導波路中における、第２調波発生 （ｓｅｃｏｎｄ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）による位相整合に 対して使用されているＣＨｅｗｉｇらによるｒｏｐｔｉｃｓ　Ｃｏａｎｕｎ、、 　４７．３４７　（１９８３）Ｊに報告されている）。しかしながら、第２調波 変換効率のレベルは低く、実際上パラメトリック増幅には通用できないことを示 している。

本発明に関してその背景の点から重要なのは、米国特許第３．２６７、３８５号 、第３、６６０．６７３号：及び第３．８３１．０’３８号各明細書であり、こ れらの特許は無機の非線形先導波路手段を使用した光学パラメトリック増幅器に ついて説明している。さらに重要なのは、電磁エネルギーを変調させるための、 周期的に空間配置された非線形構造物に関する文献である。関連文献としては、 ＴａｎｇらによるＩＥＥＥ　Ｊ、ｏｆ９８０〕”、並びに、米国特許第３．３８ ４４３３号、第３．４０７．３０９号：第３．６８８．１２４号：第３゜８４２ 、２８９号；第３．９３５．４７２号、及び第４．０５４．３６２号各明細書、 などがある。

上記文献中に説明されているような、周期的に変調される非線形光学係数をもっ た薄膜導波路は、物品製造上の欠点を宵する無機の光学基材であるか、あるいは 液相状態の有機材料（例えば、液晶媒質、又は外部ＤＣ１ａ場を絶えず加えなけ ればならないニトロベンゼン５ｖＸ）である。

本発明に関連して特に重要なのは、ＴＥモードとＴＭモード（これらは、導波媒 質中における１も以上の物理的パラメーターに関する有効屈折率の変化を示す解 析用語として表示されている）対する薄膜先導波路の分散特性に関する文献であ る。関連文献としては、ウニスギらによる”Ｊ、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、、　 ４９（９）、　４９４５　（１９７８）”：　ウニスギらによる”Ａｐｐｌ、Ｐ ｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、、　３６（３）、　１７８　（１９８０）”、Ｓｔｅｇｅ ｍａｎらによる＋Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　Ｏｆ　Ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉ ｏｎａｌ　５ｃｈｏｏｌ　Ｏｆ　ｉ［ａｔｅｒｉａｌ刀@５ｃ ｉｅｎｃｅ　Ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｅｒ１ｃｅ、５ｉｃｉｌｙ、Ｊｕ ｌｙ　１−１４．　１９８５．　ｐｐ、３１−６５　（ＳｐｒｉｎｇｅｒＪｅｒ ｌａｇ）”；　０ｓｔｒｏｖｓｋｙによる”Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　０ｐｔｉｃ ｓ、　Ｙｏｌ、４８．　ｐｐ、１４６|１５ Ｌ、　１９８５　（Ｓｐｒｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ）”；　Ｂａｖａらによる“ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　０ｐｔｉｃｓ、　Ｖｏｌ、４８．　垂吹A１ ９６−２０１．１９８５　（Ｓｐｒｏｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ）”；及び■ｅｗａ ｋらによる”ＡｐｐＬ　Ｏｐｔ、、　２５（１２）、　１９７７　（１９８６） ”、などがある。

コンパクトで効率的な非線形光学デバイス（例えば、パラメｌ−’Ｊツク発振器 やパラメトリック増幅器）の開発が絶えずめられている。

したがって本発明の目的は、非線形の有機先導波謀貿を使用し、入力信号ビーム の強さを増幅すべく造られた光学パラメトリック増幅器デバイスを提供すること にある。

本発明の他の目的は、伝搬波ベクトルの準位相整合（ｑｕａｓｉ−ｐｈａｓｅ　 ａ＋ａｔｃｈｉｎｇ）を得るための周期的空間配置！構造物（ａ　５ｐａｔｉａ ｌ　ｐｅｒｉｏｄｉｃ　５ｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有する非線形のポリマー光導波 チャンネル、を組み込んだ光学パラメトリック増幅器デバイスを提供することに ある。

本発明の他の目的と利点は、以下に記載の本発明の説明及び添付図面から明ら本 発明の１つ以上の目的は、（１）光信号！＋　（２）レーザービーム源、及び（ ３）二次非線形光学レスポンスを示し、且つ伝搬波の準位相整合を得るための周 期的空間配置構造物を有する有機皮Ｂ媒質からなる導波マトリックスを含んだ、 前記レーザービーム源とカップリング組み合わせ状態の先導ｅＬ路、を含む集積 光学パラメトリック増幅器を提供することによって達成され、このとき導波路周 期的有機媒’Ｎ　（ｖａｖｅｇｕｉｄｅ　ｐｅｒｉｏｄｉｃ　ｏｒｇａｎｉｃ　 ｍｅｄｉｕｍ）の可干渉距離しは次式のように定義され、 ２、−　π／Δβ 上記式中、Δβは伝搬定数の差であって、β（ω、）−β（ω、）−β（ω、） に等しく、ω、はポンプ周波数であり、ω、は信号周波数であり、モしてω、は アイドラ周波数である。

他の実施態様においては、本発明は、（１）約０．５〜４μｍの波長の光を発す る光信号源；　（２）約０．６〜１．３μｍの波長のレーザー光を発するレーザ ービーム源；ならびに（３）単一モード波を伝送するための二次元チャンネル構 造物を含んだ、前記レーザービーム源とカップリング組み合わせ状態の先導波路 、このとき前記チャンネル導波マトリックスは、二次非線形光学レスポンスを示 し、且つ伝搬波の準位相整合を得るための周期的空間配置構造物を有するポリマ ー媒質を含んでいる：を含む集積光学パラメトリック増幅器を提供し、このとき 周期的ポリマー媒質の可干渉距Ｍ１３は約１０〜１００μｍの範囲であり、次式 のように定上記式中、４βは伝搬定数の差であって、β（ω、）〜β（ω、）− β（ω１ンに等しく、ω、はポンプ周波数であり、ω、は信号周波数であり、モ してω、はアイドラ周波数であり、作動条件下での出力波エネルギーは、入射レ ーザービーム、発生されたアイドラビーム、及び増幅された信号ビームを含む。

さらに他の実施態様においては、本発明は、（１）約０．５〜４μｍの波長の光 を発する光信号Ｍ；　（２）約０．６〜１．３μｍの波長を有していて約５０〜 １０００ａ＋Ｗのパワーレベルをもったレーザー光を発するレーザービーム源、 ならびに（３）単一モード波を伝送するための二次元チャンネル構造物を含んだ 、前記レーザービーム源とカップリング組み合わせ状態の先導波路、このとき前 記チャンネル導波マトリックスは、外部場によって誘起された側鎖の非中心対称 分子配向（ｎｏｎｃｅｎｔｒｏｓｙｍｍｅｔｒｉｃ　ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｏｒ ｉｅｎｔａｔｉｏｎ）と少なくとも約１０　ｐｍ／ｌ’の非線形光学係数ｄを有 し、且つ伝搬波の準位相整合を得るための周期的空間配置構造物を有する側鎖ポ リマーｌ１ＩＮを含んでいる：を含む集積光学パラメトリック増幅器を提供し、 このとき導波路の周期的ポリマー媒質の可干渉距離ｉｏは約１０〜１００μｍの 範囲であり、次式のように定義され、ｌ、　−π／Δβ 上記式中、Δβは伝搬定数の差であって、β（ω、）−β（ω、）−β（ω、） に等しく、ω、はポンプ周波数であり、ω、は信号周波数であり、そしてω、は アイドラ周波数であり、作動条件下での出力波エネルギーは、入射レーザービー ム、発生されたアイドラビーム、及び約１０〜１０００の利得Ｇを有する増幅さ れた信号ビームを含む。

光学パラメトリック増幅器は、本質的に狭い帯域（例えば約３ｎｍ）のデバイス である。本デバイスの帯域幅範囲は、導波媒質中にチャーブトタイプ（ｃｈｉｒ ｐｅｄｔｙｐｅ）の周期的配置構成（ｐｅｒｉｏｄｉｃ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔ ｉｏｎ）を使用することによって広げることができる。チャーブトタイプの周期 的配置構成においては、格子構造物の両側で可干渉距離が変化する。

パラメトリック増幅器はさらに、有機導波媒質に電場を加えるための電極と組み 合わせても、また出力波エネルギースペクトルから入射レーザービームと発生し たアイドラビームを吸収するためのフィルタ一手段と組み合わせてもよい。増幅 された出力信号ビームを分離する他の方法は、信号ビームだけを感知する検出器 を使用することである。

光学パラメトＩＪツク増幅器設計物における他の好ましい変形体は、作動条件下 での温度同調と伝搬波エネルギーの位相整合のための熱制御手段を含む。

本発明の光学パラメトリック増幅器は、５μｍのチャンネル寸法ｗ、１．６の屈 折率ｎ、及び１１００ｐ／Ｖの非線形光学像ｅ１ｄを有する二次元導波路を使用 して製造することができる。Ｐ、が０．ＩＷであるとき、作動条件下においてλ 、は１．３μｍ１そしてλ、は０．８μｍであり、このとき４／Ｃｍの推測吸収 係数（ａｓｓ＋ｍｅｄａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）　ａ　 ＋、６．４／　Ｃｍの指数利得係数（ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ　ｇａｉｎｃｏｅ ｆｆｉｃｉｅｎｔ）　ｇ　ｓ及び１０００の利得Ｇが得られる。

図面を参照すると、図１は、本発明による薬種光学パラメトリック増幅器の透視 図である。

図２は、図１のタイプの導波路薄膜の側面部分を示した図であり、一方のセクシ ョンにおいて交互配置したポーリングされた分子配向領域（ｐｏｌｅｄ　ｍｏｌ ｅｃｕｌａｒｌｙｏｒｉｅｎｔｅｄ　ｄｏａ＋ａｉｎ）を、そして他方のセクシ ョンにおいてポーリングされていない領域（ｕｎｐｏｌｅｄ　ｄｏ＠ａｉｎ）と 交互に配室しているポーリングされた分子配向領域を示した図である。

図３は、二次元チャンネルの導波路設計物を組み込んだ、図１のタイプの光学パ ラメトリック増幅器の概略図である。

図１のＷ１１１！！導波路１０は、非線形光学活性ポリマー皮ｌｌｌ５！１１を 支持している支持体１２の複台構造物である。ポリマー皮膜１１のリニヤ−セク ション（Ｌｉｎｅａｒｓｅｃｔｉｏｎ）は周期的非線形光学変調ゾーン１３から なる。

実際上、薄膜導波路１０は、人力ポンプレーザービーム１５と入力信号ビーム１ ５ａを供給する横方向磁気（ＴＭ）偏波レーザー放射線源１４；レーザービーム １５と信号ビーム１５ａをポリマー皮膜１１にカップリングさせる、一対のプリ ズムカップリング手段１６．フィルター１７．及び使用装Ｍ　（ｕｔｉｌｉｚａ ｔｉｏｎａｐｐａｒａｔｕｓ）　１８　（例えば通信システム）、と組み合わせ て使用される。

ビームスプリッタ−１９は、出力信号の一部を検出器２０のほうに同けるために 使用され、検出器２０はフィードバック増幅器２１を駆動させる。ヒーターユニ ット２２は±０．５°Ｃの範囲内に温度制御され、温度は位相整合された最大χ 中発生（ｍａｘｉｍｕｍ　ｐｈａｓｅ　ｍａｔｃｈｅｄ　ｚ　”’　ｇｅｎｅｒ ａｔｉｏｎ）　（これは信号検出手段によってモニターされる）のポイントに保 持される。

コヒーレントな人力ＴＭ４）：波電磁放射線は、０．８〜０．８６μｍの範囲の 波長を有するダイオードレーザ−によって発生されるようなレーザービームであ るのが好ましい。

カップリング手段は、一対のプリズムカップラー（例えば、高い屈折率を有する ５ｃｈｏｔｔ　ＳＦｓ光学ガラス）からなる。薄膜導波路の表面上に直接形成さ れた光学回折格子により、光学カップリングと光学デカップリングを起こさせる こともできる（米国特許第３．６７４．３３５号１第３．８７４．７８２号、及 び第３．９９０．７７５号各明細書に説明されている）。他のカップリング手段 は、図３に示すような、導′ａ構造物の開裂末端フェース（ｃｌｅａｖｅｄ　ｅ ｎｄ　ｆａｃｅｓ）によるものである。

図１に示す支持体１２は、適当な不導性の媒質（例えばプラスチック、ガラス、 又は酸化ケイ素等）から造ることができる。

ヒーターユニット２２は通常、セラミック又は他の無機ｈＸ’ｌｔ中に、あるい はエポキシ樹脂などのポリマー媒質中に封入されている。

本発明の光学パラメトリック増幅器デバイスの有機薄膜導波媒質は、物理的性質 が液晶貿であってもあるいは非晶質であっても透明であり、二次非線形光学レス ポンスを示す。有機媒質は支持体より高い屈折率（例えば１．５）を有するか、 あるいはクラッド層（例えば、スパッタリング処理されたシリカ又は有機材料） がポリマー媒質と支持体との間に組み込まれた場合は、そのクラッド層より高い 屈折率を有する。

透明ポリマー媒質は、例えば、スピンコーティング、吹き付け、及びラングミュ ア−ブロジェット付着などの従来法によって、支持体に施すことができる。

本明！［［ｌＷで使用している“透明な（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ）”とは、入 射光の基本周波数及び生成された光の周波数に関して透明、すなわち光透過性で あるような有機薄膜導波路媒質を表している。本発明の導波路パラメトリック増 幅器デバイスにおいては、有機：＊ｉ非線形光学導波媒質は、入射光の周波数と 出ていく光の周波数の両方に対して透明である。

本明細書で使用している“非晶質の（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）”とは、光学的異方 性を示す好ましい狭い範囲の分子オーダー（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｏｒｄｅｒ） をもたない、透明なポリマー光学媒質を表している。

本明細書で使用している“外部場”とは、場に平行な有機分子の双極整列を誘起 させるために、易動性有機分子の支持体に加えられる電場、磁場、又は機械的応 力場を表している。

本明細書で使用している“パラメトリック”とは、入力信号の時間変化が出力信 号の異なった時間変化（有効非線形性パラメーターによりめられる）に転換され るという、光学謀買中における波エネルギー状態の相互作用を表している。

本発明の有ｔ１１薄膜導波路媒質は、非線形光学レスポンスを示す櫛構造の側鎖 をもったポリマーであるのか好ましい。このタイプの化学構造は、次式で示され る反復モノマー単位を有することを特徴とする熱可辺性ポリマーによって表され 、このときＰ′はポリマーの主鎖単位であり、Ｓ゛は約２〜２ｏ原子の直鎖長さ を有するフレキシブルスペーサー基であり、モしてＭ゛は二次非線形光学感受率 を示すペンダント基であって、このとき前記ペンダント基は少なくとも約２５重 量％の４リマーを含み、前記ポリマーは約４０’Ｃ以上のガラス転移温度又は軟 化点を有する。

好ましいタイプの側鎖ポリマーとしては、次式％式％ で示される反復モノマー単位を有することを特徴とするものがあり、このときｍ は少なくとも５の整数であり：ｎは約４〜２０の整数であり２Ｘは−ＮＲ−１− ０−１又は−Ｓ−であり：Ｒは水素又はＣ，−Ｃ，アルキルであり、そしてＺは −Ｎ○２、−ＣＮ、−ＣＦ、、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）２、−Ｃ（ＣＮ）＝Ｃ（ＣＮ ）２、又は−８Ｏ□ＣＦ！である。

重要な側鎖ポリマーか米国特許第４．６９４．０６６号に２戯されている。側鎖 ポリマー化学種の例としては、ポリ　［６−（４−ニトロビフェニルオキシ）− へキシルメタクリレート〕、ポリ　（Ｌ−Ｎ−ｐ−二トロフェニル−２−ピペリ ジンメチルアクリレート）、及び次式 で示されるスチルベン含有ポリマーなどがある。好ましいタイプの側鎖ポリマー は、米国特許第４．８６５．４３０号に開示されているコポリマー構造物である 。

本発明の光学パラメトリック増幅器デバイスの本質的な特徴は、図１に示されて いる周期的非線形光学変調ゾーン１３にある。導波路ＮＬ○変調ゾーンの周期性 は、ある１４場を加えて、Ｗ場の方向に対して平行な有機分子の配向を起こさせ ろことによ−て行うのが好ましい。ポーリングは、有機媒質のポーリングされた 領域に微細な非中心対称性（ｎｏｎｃｅｎｔｒｏｓｙｍｍｅｔｒｙ）を誘起し、 有機媒質中に二次非線形光学感受率を付与する。′ 薄膜導波路媒質のポーリングは、媒質をその融点又はガラス転移温度の付近もし くはこれらの温度以上に加熱し、次いでＤＣ電場（例えば５０〜１５０　Ｖ／μ ｓ）を媒質に加えて、−軸延伸にて分子双極子を整列させることによって適切に 行うことができる。次いで、謀買にＤＣ電場を加えた状態で媒質を冷却する。こ のようにして、ポーリングされた領域内の硬貫構造中に安定かつ永久的な分子配 向が固定される。上部電極ユニットと下部電極ユニット〔これらの一方が格子配 置構成を有する〕を適切に配！することによって、支持体により支持されている 有機媒質にポーリングを加えることができる。

本発明の他の実施態様においては、二次非線形光学レスポンスを示し、且つ導波 路有機謀宵より低い屈折率を有する有機皮膜の形態のクラッド層か使用される。

典型的な導波路構造物においては、有機導波路媒質とクラッド層はそれぞれ側鎖 ポリマーであり、これらはいずれも、電場によるポーリングサイクル時に同時に 分子配向させることができる。

以下に実施例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。デバイスの構成成分は 典型的なものとして与えられており、上記の開示内容を考慮すれば、本発明の範 囲内にて、設計及び操作の上から種々の変形が可能である。

実施例■ 本実施例では、本発明による光学パラメトリック増幅器の構成と操作について説 明する。

材料の屈折率は、デバイスの製造において使用されるポンプ波長、信号波長、及 びアイドラ波長に対応する０、　８６２６ｕ、　１．３４μ厘、及び２６４２μ ｓにて測定される。

（５０１５０）メチルメタクリレート／４−　ＣＮ−（２−メタクロイルオキシ エチル）−Ｎ−メチルアミノコ−４′−二トロスチルベンの導波媒質に対しては 、屈折率はそれぞれ１．６５１４．１．６２５８．及び１．６１６１である。ク ラッド材料（Ｎｏｒｌａｎｄ　６０エポキシ）に対しては、屈折率はそれぞれ１ ，５４９．１．５４５．及び１．５４３である。

導波路の周期性は、ポリマー媒質および導波路の分散の関数である。薄膜導波路 に対するマクスウェルの式を、それぞれポンプビーム、信号ビーム、及びアイド ラビームに対するＴＭモードに関して解く。算出された周期性は２０．２ａ＋で ある。

以下に記載の手順に従ってポーリングされた周期導波路（ｐｅｒｉｏｄｉｃ　ｐ ａｌｅｄｗａｖｅｇｕｉｄｅ）か製造される。市販の二酸化ケイ素被覆シリコン ウェハーを、パリアン（Ｙａｒｉａｎ）１４子ビ一ム真空蒸着システム中に配置 する。ウェハー上に、９９．９９９％純贋の２００人アルミニウム層を付着させ る。ツルチック（Ｓｏｌｔｅｃ）モデル５１００コーターを使用して、アルミニ ウム被覆ウェハー上にＡｚ−１５１８ポジ型フオトレジスト（ヘキスト）をスピ ンコーティングする。５０００ｒｐｍで３０秒間スピンすることによって、１． ５−のフォトレジスト被膜が得られる。このフォトレジスト被膜を、減圧オーブ ン中９０℃で３０分乾燥する。

にａｒｌ　５ｕｓｓモデルＭＪＢ　３マスクアライナーＣｔｎａｓｋ　ａｌｉｇ ｎｅｒ）中において、ウェハーを所望の周期性をもつマスクと接触させて配置し 、マスクされた被膜に４０５ｎｍの放射＆１ｔ（７抛Ｊ／ｃｍりを照射する。

パターン付けされたフォトレジストを、６０秒間にわたってＡＺ現像剤水溶液（ １：１）を使用して現像し、脱イオン水で洗浄することによって現像サイクルを 停止させる。

ウェハーのフォトレジスト被膜を、減圧オーブン中１２０℃で４５分間ベーキン グする。ａＮされたアルミニウムパターンを、タイプＡのエツチング剤（Ｔｒａ ｎｓｅｎｅＣａｒｐ、　）を使用して５０℃で２０秒間エツチングし、エツチン グされた表面を脱イオン水ですすぎ洗いする。電極の周期性は２０趨である。

９５００ｒｐｍで３５℃にて３０秒間スピンコーティングすることによって、ウ ェハーのアルミニウム格子電極表面を１．８μｍのクラッド層（ノーランド６０ エポキシ）で被覆し、このクラッド層を、１５　ｍＶ／ｃｍ”にて４秒間紫外線 照射することによって硬化させる。

このクラッド層上に、上記５０１５０ポリマーの２趨厚さの非線形光学活性有機 層をスピンコーティングする。スピンコーティング用媒質は、ポリマーの２０％ ０％シフ１フヘキサンである。ポリマー癌を、減圧オーブン中１６０℃で２時間 乾燥し、次いで徐々に冷却する。

ノーランド６０エポキシ樹脂の媒質を、９５００ｒｐｍで３５℃にて３０秒間ス ピンコーティングすることによって、１．８μｓ厚さの上部クラッド層を加える 。このクラッド層を、１５　ｔａｒ／ｃｍｚにて４秒間紫外線照射することによ って硬化させる。上部クラッド層上に、１０００人の金被膜を電極層として付着 させる。

ポリマー導波路媒質中に光をカップリングさせるための、またポリマー導波路媒 質中から外へ光をカップリングさせるためのシャープな面をつくるために、相対 する端部にて導波路構造物を開裂させる。上部電極と下部電極に電線をつなげる 。導波路をメトラーホットステーシ（１！ｅｔｔｌｅｒ　ｈｏｔ　ｓｔａｇｅ） 中に！くことによって、導波路をポーリングさせる。１℃／分の割合でＴ、（９ ０℃）まで加熱し、７０Ｖ／μｍの電場を５分間加える。この電場を保持しなが ら、導波路を０，２°Ｃ／分の割合で冷却する。ポーリングされた導波路媒質は 、約８０ｐｍ／Ｖの非線形光学係数ｄを有する。

パラメトリック増幅器を試験するための光学集成装置は次のとおりである。Ｈ２ ラマンセル（ｆｆ２　Ｒａｍａｎ　ｃｅｌｌ）をポンピングして、第１と第２の ストークス線としてそれぞれ０．８６２６ｕｒｎと１．３ｈｍの光を生成させる ために、Ｑｕａｎｔｅｌ　ＴＤＬ　５０色素レーザーか使用される。第１のスト ークス線は強力であって、パラメトリック増幅器に対するポンプとして作用し、 より弱い第２のストークス線は増幅される信号ビームとして機能する。これら２ つのビームは、Ｈ２セルからコリニヤーに（ｃｏｌｉｎｅａｒＬｙ）放出され、 焦点レンズによって導波路構造物に方向づけされる。

干渉フィルターを使用することにより、信号の強度を変えないままで、導波路中 へのポンプエネルギーを調節することができる。干渉フィルターは、０．８６２ ６μｍでのポンプ波を遮断するために、導波路のあとに配！される。２．４２μ ｍにて生成されるアイドラー波は検出されない。使用される検出器がこの波長に て応答しないからである。

増幅された信号を１．３μｓにて検出するために２つの方法が使用される。第１ の方法はゲルマニウム検出器を使用する、という方法である。

第２の方法は、導波路も二次非線形光学χ″′′媒質るので、１．３μｍの信号 が０６５μ餡こて第２調波を生成する、という事実に基づいている。光電子倍増 管上に０．６５μｍにて狭いバスフィルターを配！することによって、バックグ ラウンドに対するノイズ識別のための適切な信号が得られる。

導波路がホットステージ（ｈｏｔ　ｓｔａｇｅ）上に配置され、±０，５℃の温 度制御が施される。格子の効果的な周期性を入射ビームの角度付けによって変え ることかできるよう、このホットステージか回転ステージ（ｒｏｔａｔｉｏｎ　 ｓｔａｇｅ）上に据え付けられる。１．３μｍの光か導波路中にカンブリングさ れ、そして検出される。位相整合か起こる正しい周期性においては、０．８６μ ｍにおけるポンプ波も導波路中にカップリングされ、この結果増幅された１、３ μｍの信号か得られる。入力信号と出力信号の分極はＴＭであり、ｄＢ係数が位 相整合されていることを示している。位相整合の周期性がどうであろうと、増幅 は観察されない。

同調を行うさらに他の方法は、導波路の温度を変えるにの結果、屈折率力吠きく 変化する）ことによる方法、及び導波路を横切って電圧を加える（この結果、屈 折率がわずかに変化する）ことによる方法である。

他の実施態様においては、二次非線形の光学感受率を示し、且つ導波媒質より低 い屈折率を有する側鎖ポリマーのクラッド層が使用される。

実施例ＩＩ 本実施例では、本発明による光学パラメトリック増幅のための二次元リブ導波路 の作製と操作について説明する。

実施例Ｉに記載の手順にしたかって、酸化されたシリコン基Ｍｉ、（Ｓｉ上に２ ミクロンのＳｉＯ□）にアルミニウム格子ａ極を被覆する。薄い（１０００人） ポリシロキサン層が７％溶液から４０００ｒｐａ＋にてスピンコーティングされ 、１１０°Ｃで４５分間キュアーされる。ｉ［ａｓｔｅｒ　Ｂｏｎｄ　ＵＶｌｌ −４Ｍ１エポキシ（Ｍａｓｔｅｒ　Ｂｏｎｄ　Ｉ（Ｉｃ、　）を３０００ｒｐ− でスピンコーティングし、そして２５ｍｖ／ｃｍ”ｕ、　ｖ、水銀−キセノンア ーク灯にて２０分間キュアーすることによって、厚さ２ミクロンの層を付着させ る。リアクティブイオンエツチャー　（ｒｅａｃｔｉｖｅ−ｉｏｎ−ｅｔｃｈｅ ｒ）中にて５秒間、５ワットｒ、　ｆ、酸素プラズマに暴露することによって表 面を処理し、そして実施例■に記載のように、表面を非線形の光学活性有機ｒＦ ！：（１，２５ミクロン）で被覆する。第２のエポキシ層を前述のように施し、 ５分間キュアーする。

上部クラッド層を、アルミニウムのマスキング層（２０００人）で被覆する。積 層構造物の導波方向において、アルミニウム上にＡＺ−１５１８フオトレジスト によるリボン状の細いストリップ（幅５．５ミクロン）を被覆する。フォトレジ ストによって被覆されていないアルミニウムを、実施例Ｉに記載のごとく除去す る。導波路構造物の上部表面をリアクティブイオンエツチングに暴露して、フォ トレジスト被覆されたストリップ以外は、ボトムのポリシロキサン層まで複数の 層を除去する。エツチングサイクルはさらに、アルミニウムストリップからフォ トレジスト被膜を除去する。多層のリボン状ストリップからアルミニウム被膜を 除去する。

基板と上部表面多層ストリップを、２５００ｒｐｒｎにてマスターポンドＵＹ１ １−４Ｍ１で被覆する。実施例■に記載の手順にしたがって、上部エポキシ層の 上に上部アルミニラム格子電極（１０００人）を組みっけ、電極の間にＤＣ電場 を加えることによって、非線形光学活性ポリマー石を分子配向させる。ポーリン グされた導波媒質は、約１１００ｐ／Ｙの非線形光学係数ｄを有する。

二次元導波チャンネル中への、及び二次元導波チャンネルから外への光のエンド ファイヤーカップリング（ｅｎｄ−ｆｉｒｅ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ）のために、導 波方向における２つのエンドフェースを開裂する。

ポリマーチャンネルの可干渉距離を整合させるための導波路χ２２】周期の精確 な調整は、電極間に電場を加えたり、あるいは温度を調節したりして、線形屈折 率の電子光学的な同調を果たすことによって行われる。

Ｑｕａｎｔｅｌ　ＴＤＬ　５０９色素レーザーと■２ラマンセルを使用して導波 路をカップリングさせ、実施例■に記載の手順にしたがって信号ビームを増幅さ せる。

手続補正書（方力 １．事件の表示 ＰＣＴ／ＵＳ９１１０２０１３ 平成　３年特許願第５０８３０３号 ２、発明の名称 光学パラメトリック増幅器 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所 名　称　ヘキスト・セラニーズ−コーポレーション４、代理人 住　所　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手町ビル　２０６区 電話３２７０−６６４１〜６６４６ ６、補正の対象 図面翻訳文 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（１）光信号源； （２）レーザービーム源；及び （３）二次非線形光学レスポンスを示し、且つ伝搬波の準位相整合を得るための 周期的空間配置構造物を有する有機皮膜媒質からなる導波マトリックスを含んだ 、前記レーザービーム源とカップリング組み合わせ状態の光導波路；を含み、こ のとき前記導波路周期的有機媒質の可干渉距離ｌｃが次式ｌｃ＝π／Δβ 〔式中、Δβは伝搬定数の差であって、β（ωｐ）−β（ωｓ）−β（ωｉ）に 等しく、ωｐはポンプ周波数であり、ωｓは信号周波数であり、そしてωｉはア イドラ周波数である〕のように定義される、集積光学パラメトリック増幅器。 ２．（１）約０．５〜４μｍの波長の光を発する光信号源；（２）約０．６〜１ ．３μｍの波長のレーザー光を発するレーザービーム源；及び （３）単一モード波を伝送するための二次元チャンネル構造物を含んだ、前記レ ーザービーム源とカップリング組み合わせ状態の光導波路、このとき前記チャン ネル導波マトリックスは、二次非線形光学レスポンスを示し、且つ伝搬波の準位 相整合を得るための周期的空間配置構造物を有するポリマー媒質を含んでいる； を含み、このとき前記の周期的ポリマー媒質の可干渉距離ｌｃが約１０〜１００ μｍの範囲であって、次式 のように定義され、 ｌｃ＝π／Δβ 〔式中、Δβは伝搬定数の差であって、β（ωｐ）−β（ωｓ）−β（ωｉ）に 等しく、ωｐはポンプ周波数であり、ωｓは信号周波数であり、そしてωｉはア イドラ周波数である〕のように定義され、作動条件下での出力波エネルギーは、 入射レーザービーム、発生されたアイドラビーム、及び増幅された信号ビームを 含む、集積光学パラメトリック増幅器。 ３．（１）約０．５〜４μｍの波長の光を発する光信号源；（２）約０．６〜１ ．３μｍの波長を有していて約５０〜１０００ｍＷのパワーレベルをもったレー ザー光を発するレーザービーム源；及び（３）単一モード波を伝送するための二 次元チャンネル構造物を含んだ、前記レーザービーム源とカップリング組み合わ せ状態の光導波路、このとき前記チャンネル導波マトリックスは、外部場により 誘起された側鎖の非中心対称分子配向と少なくとも約１０ｐｍ／Ｖの非線形光学 係数ｄを有し、且つ伝搬波の準位相整合を得るための周期的空間配置構造物を有 する側鎖ポリマー媒質を含んでいる； を含み、このとき前記導波路周期的ポリマー媒質の可干渉距離ｌｃが約１０〜１ ００μｍの範囲であって、次式 ｌｃ＝π／Δβ 〔式中、Δβは伝搬定数の差であって、β（ωｐ）−β（ωｓ）−β（ωｉ）に 等しく、ωｐはポンプ周波数であり、ωｓは信号周波数であり、そしてωｉはア イドラ周波数である〕のように定義され、作動条件下での出力波エネルギーは、 入射レーザービーム、発生されたアイドラビーム、及び約１０〜１０００の利得 Ｇを有する増幅された信号ビームを含む、集積光学バラメトリック増幅器。 ４．前記導波路ポリマー媒質がチャープトタイプの周期的配置構成を有する、請 求の範囲第３項に記載のパラメトリック増幅器。 ５．前記チャンネル表面が、前記チャンネル導波ポリマー媒質より低い屈折率を 有していて、且つ二次非線形光学レスポンスを示す有機クラツド媒質と接触して いる、請求の範囲第３項に記載のパラメトリック増幅器。 ６．前記光導波路がさらに、前記チャンネル導波ポリマー媒質に電場を加えろた めの電極と組合わさっている、請求の範囲第３項に記載のパラメトリック増幅器 。 ７．前記光導波路がさらに、伝搬波の温度同調と位相整合のための熱制御手段と 組合わさっている、請求の範囲第３項に記載のパラメトリック増幅器。 ８．前記増幅器がさらに、入射レーザービームと出力波エネルギーから発生され るアイドラビームを吸収するためのフィルター手段と組合わさっている、請求の 範囲第３項に記載のパラメトリック増幅器。 ９．前記チャンネル導波媒質が、式 ▲数式、化学式、表等があります▼ （式中、Ｐ′はポリマーの宝鎖単位であり、Ｓ′は約１〜２０個の原子で構成さ れた直鎖長を有するフレキシブルスペーサー基であり、Ｍ′は二次非線形光学感 受率を示すペンダント基である）で示される反復モノマー単位を有することを特 徴とするポリマーを含み、このとき前記ペンダント側鎖が少なくとも約２５重量 ％のポリマーからなり、そして前記ポリマーが約４０℃以上のガラス転移温度を 有する、請求の範囲第３項に記載のパラメトリック増幅器。 １０．上記式中のＭ′基がビフェニル構造を含む、請求の範囲第９項に記載のパ ラメトリック増幅器。 １１．上記式中のＭ′基がスチルベン構造を含む、請求の範囲第９項に記載のパ ラメトリック増幅器。 １２．前記の反復モノマー単位が、式 ▲数式、化学式、表等があります▼ （式中、ｍは少なくとも５の整数であり、ｎは約２〜２０の整数であり、Ｘは電 子供与基であり、そしてＺは電子求引基である）で示される、請求の範囲第９項 に記載のパラメトリック増幅器。