JPH11142900A - 非線形光学素子及びその製造方法 - Google Patents
非線形光学素子及びその製造方法Info
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- JPH11142900A JPH11142900A JP10261711A JP26171198A JPH11142900A JP H11142900 A JPH11142900 A JP H11142900A JP 10261711 A JP10261711 A JP 10261711A JP 26171198 A JP26171198 A JP 26171198A JP H11142900 A JPH11142900 A JP H11142900A
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 有機非線形光学材料を用いて、簡便な２次非
線形分子の配向処理により薄膜導波路を得る非線形光学
素子及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 高分子に側鎖として２次非線形分子を付
加した有機非線形光学材料１を圧延ローラー対２ａ，２
ｂ、延伸ローラー対４ａ，４ｂにより圧延延伸して配向
処理を施した配向高分子薄膜３を作製し、作製された配
向高分子薄膜３を配向方向が交互になるように積層して
薄膜積層体を作製し、得られた積層体から所定方向に所
定厚み切り出して、特定周期の配向構造を持つ光学素子
用導波路を製造する。
線形分子の配向処理により薄膜導波路を得る非線形光学
素子及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 高分子に側鎖として２次非線形分子を付
加した有機非線形光学材料１を圧延ローラー対２ａ，２
ｂ、延伸ローラー対４ａ，４ｂにより圧延延伸して配向
処理を施した配向高分子薄膜３を作製し、作製された配
向高分子薄膜３を配向方向が交互になるように積層して
薄膜積層体を作製し、得られた積層体から所定方向に所
定厚み切り出して、特定周期の配向構造を持つ光学素子
用導波路を製造する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光学材料薄膜の
積層構造を用いた光学素子及びその製造方法に係り、特
に光学材料の薄膜化と積層化の工程を利用して、配向の
周期構造を持つ導波路を形成する非線形光学素子及びそ
の製造方法に関する。
積層構造を用いた光学素子及びその製造方法に係り、特
に光学材料の薄膜化と積層化の工程を利用して、配向の
周期構造を持つ導波路を形成する非線形光学素子及びそ
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光波の非線形相互作用を利用した波長変
換素子や各種電気光学素子として、疑似位相整合（ＱＰ
Ｍ）法を用いたものが注目されている。ＱＰＭデバイス
は、非線形光学材料であるＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3等
の強誘電体結晶に、非線形光学係数の符号を周期的に反
転させた周期ドメイン構造を導入することにより作られ
る。強誘電体結晶に周期ドメイン構造を導入する方法と
しては、電界を印加する方法や電子ビームを照射する方
法等が用いられる。
換素子や各種電気光学素子として、疑似位相整合（ＱＰ
Ｍ）法を用いたものが注目されている。ＱＰＭデバイス
は、非線形光学材料であるＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3等
の強誘電体結晶に、非線形光学係数の符号を周期的に反
転させた周期ドメイン構造を導入することにより作られ
る。強誘電体結晶に周期ドメイン構造を導入する方法と
しては、電界を印加する方法や電子ビームを照射する方
法等が用いられる。
【０００３】一方、強誘電体結晶は高価であり、微細加
工も難しいことから、近年、有機非線形光学材料及びこ
れを利用した光学デバイスの研究が盛んになっている。
有機高分子材料で優れた非線形光学特性を得るために
は、例えば、側鎖に２次非線形光学色素分子を導入した
高分子膜に所定温度で電場を印加して配向処理（ポーリ
ング）を行う。
工も難しいことから、近年、有機非線形光学材料及びこ
れを利用した光学デバイスの研究が盛んになっている。
有機高分子材料で優れた非線形光学特性を得るために
は、例えば、側鎖に２次非線形光学色素分子を導入した
高分子膜に所定温度で電場を印加して配向処理（ポーリ
ング）を行う。
【０００４】具体的に高分子の薄膜導波路は、所定の基
板上にスピンコート等により塗布して得られる。塗布さ
れた高分子膜に、コロナポーリング装置等を用いて、高
分子膜をガラス転移点温度程度に加熱した状態で電場を
印加する事により、周期ドメイン構造を作ることができ
る。この種の薄膜導波路で例えば、第２次高調波発生
（ＳＨＧ）等の波長変換を効率よく行うためには、導波
路中での位相整合条件が決定的に重要である。
板上にスピンコート等により塗布して得られる。塗布さ
れた高分子膜に、コロナポーリング装置等を用いて、高
分子膜をガラス転移点温度程度に加熱した状態で電場を
印加する事により、周期ドメイン構造を作ることができ
る。この種の薄膜導波路で例えば、第２次高調波発生
（ＳＨＧ）等の波長変換を効率よく行うためには、導波
路中での位相整合条件が決定的に重要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、高分子薄膜導
波路に、電場配向によりコヒーレンス長に合わせた周期
構造を作ることは容易ではなく、現在までのところまだ
小さい波長変換効率しか得られていない。電場配向高分
子膜では、作製後の配向緩和が問題になる場合が多い。
波路に、電場配向によりコヒーレンス長に合わせた周期
構造を作ることは容易ではなく、現在までのところまだ
小さい波長変換効率しか得られていない。電場配向高分
子膜では、作製後の配向緩和が問題になる場合が多い。
【０００６】この発明の目的は、有機非線形光学材料の
薄膜積層体を用いて周期ドメイン構造の導波路を実現し
た非線形光学素子を提供することにある。この発明の他
の目的は、電場を印加することなく、有機非線形光学材
料の薄膜化と積層化の工程で色素分子配向を行い、周期
ドメイン構造の導波路を得るようにした非線形光学素子
の製造方法を提供することにある。
薄膜積層体を用いて周期ドメイン構造の導波路を実現し
た非線形光学素子を提供することにある。この発明の他
の目的は、電場を印加することなく、有機非線形光学材
料の薄膜化と積層化の工程で色素分子配向を行い、周期
ドメイン構造の導波路を得るようにした非線形光学素子
の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明に係る第１の非
線形光学素子は、基板と、この基板に搭載された、複数
の高分子薄膜が積層された高分子薄膜積層体により作ら
れた周期ドメイン構造を有する導波路とを有し、前記各
高分子薄膜は、高分子とその側鎖が置換された２次非線
形光学色素分子とから作られて前記光学色素分子の末端
が前記高分子に結合された有機非線形光学材料を圧延延
伸して形成されて、前記光学色素分子が一方向に配向さ
れ、前記高分子薄膜積層体は、前記複数の高分子薄膜を
その色素分子配向方向が交互に逆になるように積層して
構成され、前記導波路は、前記高分子薄膜積層体の積層
方向が導波方向となるように前記高分子薄膜積層体から
切り出されて、前記導波方向に沿って配列されるドメイ
ンが周期的に反転された２方向周期ドメイン構造を持
ち、波長変換機能を有することを特徴とする。
線形光学素子は、基板と、この基板に搭載された、複数
の高分子薄膜が積層された高分子薄膜積層体により作ら
れた周期ドメイン構造を有する導波路とを有し、前記各
高分子薄膜は、高分子とその側鎖が置換された２次非線
形光学色素分子とから作られて前記光学色素分子の末端
が前記高分子に結合された有機非線形光学材料を圧延延
伸して形成されて、前記光学色素分子が一方向に配向さ
れ、前記高分子薄膜積層体は、前記複数の高分子薄膜を
その色素分子配向方向が交互に逆になるように積層して
構成され、前記導波路は、前記高分子薄膜積層体の積層
方向が導波方向となるように前記高分子薄膜積層体から
切り出されて、前記導波方向に沿って配列されるドメイ
ンが周期的に反転された２方向周期ドメイン構造を持
ち、波長変換機能を有することを特徴とする。
【０００８】この発明に係る第２の非線形光学素子は、
基板と、この基板に搭載された、複数の高分子薄膜が積
層された高分子薄膜積層体により作られた周期ドメイン
構造を有する導波路と、この導波路に導波方向と直交す
る方向に電界を印加する手段とを有し、前記各高分子薄
膜は、高分子とその側鎖が置換された２次非線形光学色
素分子とから作られて前記光学色素分子の末端が前記高
分子に結合された有機非線形光学材料を圧延延伸して形
成されて、前記光学色素分子が一方向に配向され、前記
高分子薄膜積層体は、前記複数の高分子薄膜をその色素
分子配向方向を揃えて積層して構成され、前記導波路
は、前記高分子薄膜積層体の色素分子配向方向が導波路
方向となるように前記高分子薄膜積層体から切り出され
て、導波方向と直交する厚み方向に配列されるドメイン
の配向方向が揃った１方向周期ドメイン構造を持ち、光
波を変調する機能を有することを特徴とする。
基板と、この基板に搭載された、複数の高分子薄膜が積
層された高分子薄膜積層体により作られた周期ドメイン
構造を有する導波路と、この導波路に導波方向と直交す
る方向に電界を印加する手段とを有し、前記各高分子薄
膜は、高分子とその側鎖が置換された２次非線形光学色
素分子とから作られて前記光学色素分子の末端が前記高
分子に結合された有機非線形光学材料を圧延延伸して形
成されて、前記光学色素分子が一方向に配向され、前記
高分子薄膜積層体は、前記複数の高分子薄膜をその色素
分子配向方向を揃えて積層して構成され、前記導波路
は、前記高分子薄膜積層体の色素分子配向方向が導波路
方向となるように前記高分子薄膜積層体から切り出され
て、導波方向と直交する厚み方向に配列されるドメイン
の配向方向が揃った１方向周期ドメイン構造を持ち、光
波を変調する機能を有することを特徴とする。
【０００９】この発明に係る第３の非線形光学素子は、
基板と、この基板に搭載された、複数の高分子薄膜が積
層された高分子薄膜積層体により作られた周期ドメイン
構造を有する導波路と、この導波路に導波方向と直交す
る方向に電界を印加する手段とを有し、前記各高分子薄
膜は、高分子とその側鎖が置換された２次非線形光学色
素分子とから作られて前記光学色素分子の末端が前記高
分子に結合された有機非線形光学材料を圧延延伸して形
成されて、前記光学色素分子が一方向に配向され、前記
高分子薄膜積層体は、前記複数の高分子薄膜をその色素
分子配向方向が交互に逆になるように積層して構成さ
れ、前記導波路は、前記高分子薄膜積層体の色素分子配
向方向が導波方向となるように前記高分子薄膜積層体か
ら切り出されて、前記高分子薄膜積層体の積層方向に配
列されるドメインが周期的に反転された２方向周期ドメ
イン構造を持ち、光波を変調する機能を有することを特
徴とする。
基板と、この基板に搭載された、複数の高分子薄膜が積
層された高分子薄膜積層体により作られた周期ドメイン
構造を有する導波路と、この導波路に導波方向と直交す
る方向に電界を印加する手段とを有し、前記各高分子薄
膜は、高分子とその側鎖が置換された２次非線形光学色
素分子とから作られて前記光学色素分子の末端が前記高
分子に結合された有機非線形光学材料を圧延延伸して形
成されて、前記光学色素分子が一方向に配向され、前記
高分子薄膜積層体は、前記複数の高分子薄膜をその色素
分子配向方向が交互に逆になるように積層して構成さ
れ、前記導波路は、前記高分子薄膜積層体の色素分子配
向方向が導波方向となるように前記高分子薄膜積層体か
ら切り出されて、前記高分子薄膜積層体の積層方向に配
列されるドメインが周期的に反転された２方向周期ドメ
イン構造を持ち、光波を変調する機能を有することを特
徴とする。
【００１０】この発明に係る第１の非線形光学素子の製
造方法は、基板と、この基板に搭載された周期ドメイン
構造を有する導波路とを備えた波長変換機能を有する非
線形光学素子の製造方法であって、高分子とその側鎖が
置換された２次非線形光学色素分子とから作られて前記
光学色素分子の末端が前記高分子に結合された有機非線
形光学材料を、圧延延伸して前記光学色素分子を一方向
に配向させた高分子薄膜を作製する工程と、前記高分子
薄膜をその色素分子配向方向が交互に逆になるように積
層して高分子薄膜積層体を作製する工程と、前記高分子
薄膜積層体からその積層方向が導波方向となるように切
り出して、前記導波方向に沿って配列されるドメインが
周期的に反転された２方向周期ドメイン構造を持つ導波
路を作製する工程とを有することを特徴とする。
造方法は、基板と、この基板に搭載された周期ドメイン
構造を有する導波路とを備えた波長変換機能を有する非
線形光学素子の製造方法であって、高分子とその側鎖が
置換された２次非線形光学色素分子とから作られて前記
光学色素分子の末端が前記高分子に結合された有機非線
形光学材料を、圧延延伸して前記光学色素分子を一方向
に配向させた高分子薄膜を作製する工程と、前記高分子
薄膜をその色素分子配向方向が交互に逆になるように積
層して高分子薄膜積層体を作製する工程と、前記高分子
薄膜積層体からその積層方向が導波方向となるように切
り出して、前記導波方向に沿って配列されるドメインが
周期的に反転された２方向周期ドメイン構造を持つ導波
路を作製する工程とを有することを特徴とする。
【００１１】この発明に係る第２の非線形光学素子の製
造方法は、基板と、この基板に搭載された周期ドメイン
構造を有する導波路と、この導波路に導波方向と直交す
る方向に電界を印加する手段とを備えた光波を変調する
機能を有する非線形光学素子の製造方法であって、高分
子とその側鎖が置換された２次非線形光学色素分子とか
ら作られて前記光学色素分子の末端が前記高分子に結合
された有機非線形光学材料を、圧延延伸して前記光学色
素分子を一方向に配向させた高分子薄膜を作製する工程
と、前記高分子薄膜をその色素分子配向方向を揃えて積
層して高分子薄膜積層体を作製する工程と、前記高分子
薄膜積層体からその色素分子配向方向が導波路方向とな
るように切り出して、導波方向と直交する厚み方向に配
列されるドメインの配向方向が揃った１方向周期ドメイ
ン構造を持つ導波路を作製する工程とを有することを特
徴とする。
造方法は、基板と、この基板に搭載された周期ドメイン
構造を有する導波路と、この導波路に導波方向と直交す
る方向に電界を印加する手段とを備えた光波を変調する
機能を有する非線形光学素子の製造方法であって、高分
子とその側鎖が置換された２次非線形光学色素分子とか
ら作られて前記光学色素分子の末端が前記高分子に結合
された有機非線形光学材料を、圧延延伸して前記光学色
素分子を一方向に配向させた高分子薄膜を作製する工程
と、前記高分子薄膜をその色素分子配向方向を揃えて積
層して高分子薄膜積層体を作製する工程と、前記高分子
薄膜積層体からその色素分子配向方向が導波路方向とな
るように切り出して、導波方向と直交する厚み方向に配
列されるドメインの配向方向が揃った１方向周期ドメイ
ン構造を持つ導波路を作製する工程とを有することを特
徴とする。
【００１２】この発明に係る第３の非線形光学素子の製
造方法は、基板と、この基板に搭載された周期ドメイン
構造を有する導波路と、この導波路に導波方向と直交す
る方向に電界を印加する手段とを備えた光波を変調する
機能を有する非線形光学素子の製造方法であって、高分
子とその側鎖が置換された２次非線形光学色素分子とか
ら作られて前記光学色素分子の末端が前記高分子に結合
された有機非線形光学材料を、圧延延伸して前記光学色
素分子を一方向に配向させた高分子薄膜を作製する工程
と、前記高分子薄膜をその色素分子配向方向が交互に逆
になるように積層して高分子薄膜積層体を作製する工程
と、前記高分子薄膜積層体からその色素分子配向方向が
導波方向となるように切り出して、前記高分子薄膜積層
体の積層方向に配列されるドメインが周期的に反転され
た２方向周期ドメイン構造を持つ導波路を作製する工程
とを有することを特徴とする。
造方法は、基板と、この基板に搭載された周期ドメイン
構造を有する導波路と、この導波路に導波方向と直交す
る方向に電界を印加する手段とを備えた光波を変調する
機能を有する非線形光学素子の製造方法であって、高分
子とその側鎖が置換された２次非線形光学色素分子とか
ら作られて前記光学色素分子の末端が前記高分子に結合
された有機非線形光学材料を、圧延延伸して前記光学色
素分子を一方向に配向させた高分子薄膜を作製する工程
と、前記高分子薄膜をその色素分子配向方向が交互に逆
になるように積層して高分子薄膜積層体を作製する工程
と、前記高分子薄膜積層体からその色素分子配向方向が
導波方向となるように切り出して、前記高分子薄膜積層
体の積層方向に配列されるドメインが周期的に反転され
た２方向周期ドメイン構造を持つ導波路を作製する工程
とを有することを特徴とする。
【００１３】第１又は第３の非線形光学素子の製造方法
において、高分子薄膜積層体は、分子配向された前記高
分子薄膜を所定長さで繰り返し折り畳んで重ねることに
より作ることができる。また第２の非線形光学素子の製
造方法において、高分子薄膜積層体は、分子配向された
前記高分子薄膜を連続的に巻き取りドラムに巻き取って
作ることができる。
において、高分子薄膜積層体は、分子配向された前記高
分子薄膜を所定長さで繰り返し折り畳んで重ねることに
より作ることができる。また第２の非線形光学素子の製
造方法において、高分子薄膜積層体は、分子配向された
前記高分子薄膜を連続的に巻き取りドラムに巻き取って
作ることができる。
【００１４】また、第１乃至第３の非線形光学素子の製
造方法において、分子配向された高分子薄膜を、圧延延
伸の工程に戻して更に薄膜化する工程を付加することが
できる。更に、第１乃至第３の非線形光学素子の製造方
法において、高分子薄膜積層体は、分子配向された前記
高分子薄膜を巻き取り、巻き取られた複数の高分子薄膜
をそれらの色素分子配向方向を選択して重ねて圧着する
ことにより作ることができる。この場合、分子配向され
た前記高分子薄膜の２枚ずつの圧着工程を複数回繰り返
すことにより、必要な積層数の高分子薄膜積層体を作る
ことができる。
造方法において、分子配向された高分子薄膜を、圧延延
伸の工程に戻して更に薄膜化する工程を付加することが
できる。更に、第１乃至第３の非線形光学素子の製造方
法において、高分子薄膜積層体は、分子配向された前記
高分子薄膜を巻き取り、巻き取られた複数の高分子薄膜
をそれらの色素分子配向方向を選択して重ねて圧着する
ことにより作ることができる。この場合、分子配向され
た前記高分子薄膜の２枚ずつの圧着工程を複数回繰り返
すことにより、必要な積層数の高分子薄膜積層体を作る
ことができる。
【００１５】更に、第１乃至第３の非線形光学素子の製
造方法において、有機非線形光学材料を圧延延伸して配
向処理を施す際に、配向を促進するために延伸方向に所
定の電界を補助的に印加することができる。
造方法において、有機非線形光学材料を圧延延伸して配
向処理を施す際に、配向を促進するために延伸方向に所
定の電界を補助的に印加することができる。
【００１６】この発明においては、電場によるポーリン
グを行うことなく、有機非線形光学材料を圧延延伸して
高分子薄膜を作製すると同時に、この圧延延伸の際に加
わるせん断力によって物理的に側鎖非線形光学色素分子
を配向させる。この発明の方法で良好な色素分子配向高
分子薄膜が得られる前提条件として、有機非線形光学材
料として、非線形光学色素分子の末端がスペーサを介し
て高分子の主鎖に結合されたいわゆる末端置換型の材料
を用いることが重要である。この様な材料を用いること
により、従来のような電場印加や電子ビーム描画に依ら
ず、材料の薄膜化の工程で自動的に色素分子配向がなさ
れる。そして分子配向させた高分子薄膜を、その配向方
向を選択して複数層積層することにより、必要な周期ド
メイン構造を持つ非線形光学素子用導波路が簡単に得ら
れる。
グを行うことなく、有機非線形光学材料を圧延延伸して
高分子薄膜を作製すると同時に、この圧延延伸の際に加
わるせん断力によって物理的に側鎖非線形光学色素分子
を配向させる。この発明の方法で良好な色素分子配向高
分子薄膜が得られる前提条件として、有機非線形光学材
料として、非線形光学色素分子の末端がスペーサを介し
て高分子の主鎖に結合されたいわゆる末端置換型の材料
を用いることが重要である。この様な材料を用いること
により、従来のような電場印加や電子ビーム描画に依ら
ず、材料の薄膜化の工程で自動的に色素分子配向がなさ
れる。そして分子配向させた高分子薄膜を、その配向方
向を選択して複数層積層することにより、必要な周期ド
メイン構造を持つ非線形光学素子用導波路が簡単に得ら
れる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例を説明する。図１は、この発明の一実施例によ
る色素分子配向高分子薄膜の製造装置と製造方法を示し
ている。この製造装置は、有機非線形光学材料１を圧延
する圧延ローラー対２ａ，２ｂと、圧延された高分子薄
膜３を巻き付けて引き出す延伸ローラー対４ａ，４ｂ
と、延伸されて色素分子が配向された配向高分子薄膜３
を取り出す引き出しローラー対５ａ，５ｂを有する。更
に引き出された高分子薄膜３を折り畳むための、図に矢
印で印すように交互に逆方向に平行駆動される３対の折
り畳み用ガイドローラー６ａ（６ａ１，６ａ２），６ｂ
（６ｂ１，６ｂ２）および６ｃ（６ｃ１，６ｃ２）を有
し、これらガイドローラー６ａ，６ｂおよび６ｃにより
折り畳まれた配向高分子薄膜３を収納する容器７を有す
る。
の実施例を説明する。図１は、この発明の一実施例によ
る色素分子配向高分子薄膜の製造装置と製造方法を示し
ている。この製造装置は、有機非線形光学材料１を圧延
する圧延ローラー対２ａ，２ｂと、圧延された高分子薄
膜３を巻き付けて引き出す延伸ローラー対４ａ，４ｂ
と、延伸されて色素分子が配向された配向高分子薄膜３
を取り出す引き出しローラー対５ａ，５ｂを有する。更
に引き出された高分子薄膜３を折り畳むための、図に矢
印で印すように交互に逆方向に平行駆動される３対の折
り畳み用ガイドローラー６ａ（６ａ１，６ａ２），６ｂ
（６ｂ１，６ｂ２）および６ｃ（６ｃ１，６ｃ２）を有
し、これらガイドローラー６ａ，６ｂおよび６ｃにより
折り畳まれた配向高分子薄膜３を収納する容器７を有す
る。
【００１８】原材料である有機非線形光学材料１とし
て、この実施例では、ＳＨＧ導波路用として有用な、色
素分子ＤＲ１ＭＡとメチルメタクリレート（ＭＭＡ）と
の共重合体Poly(MMA-co-DR1MA)が用いられる。ここで、
ＤＲ１ＭＡは、下記化１で表されるものである。
て、この実施例では、ＳＨＧ導波路用として有用な、色
素分子ＤＲ１ＭＡとメチルメタクリレート（ＭＭＡ）と
の共重合体Poly(MMA-co-DR1MA)が用いられる。ここで、
ＤＲ１ＭＡは、下記化１で表されるものである。
【００１９】
【化１】4-[N-ethyl-N-(methacryoxyethyl)-amino-]-4'
-nitrozobenzene または 2-{N-ethyl-N-[4-(4'-nitrophenylazo)phenyl]amino}et
hylmethacrylate
-nitrozobenzene または 2-{N-ethyl-N-[4-(4'-nitrophenylazo)phenyl]amino}et
hylmethacrylate
【００２０】この光学材料１は、図２に示すように、側
鎖の一部がＤＲ１ＭＡに置換されたＰＭＭＡである。よ
り具体的にいえば、このＤＲ１ＭＡ置換ＰＭＭＡにおい
ては、ＤＲ１ＭＡの分子末端のエチレン基がスペーサの
役割を果たしてＰＭＭＡに結合されている。
鎖の一部がＤＲ１ＭＡに置換されたＰＭＭＡである。よ
り具体的にいえば、このＤＲ１ＭＡ置換ＰＭＭＡにおい
ては、ＤＲ１ＭＡの分子末端のエチレン基がスペーサの
役割を果たしてＰＭＭＡに結合されている。
【００２１】この有機非線形光学材料１としては具体的
に、通常の熱成形プロセスや湿式法又は半乾式法で作製
したファィバ、あるいはフィルムが用いられる。この他
にスラブ状、ロッド状の材料を用いることもできる。有
機非線形材料１の薄膜を作る方法として、図１と同様の
構成の薄膜化装置を用いて、色素分子配向がなされない
条件で薄膜化することも有効である。
に、通常の熱成形プロセスや湿式法又は半乾式法で作製
したファィバ、あるいはフィルムが用いられる。この他
にスラブ状、ロッド状の材料を用いることもできる。有
機非線形材料１の薄膜を作る方法として、図１と同様の
構成の薄膜化装置を用いて、色素分子配向がなされない
条件で薄膜化することも有効である。
【００２２】この様な非線形光学材料１を、ガラス転移
温度付近の温度、好ましくは１００〜１２０℃程度に加
熱した状態で圧延延伸する。これにより、非線形光学材
料１にはせん断力が加わって、物理的に色素分子が一方
向に配向される。分子配向高分子薄膜３は、好ましく
は、サブミクロンの厚みになるように多段のロールを用
いて延伸して配向を促進する。
温度付近の温度、好ましくは１００〜１２０℃程度に加
熱した状態で圧延延伸する。これにより、非線形光学材
料１にはせん断力が加わって、物理的に色素分子が一方
向に配向される。分子配向高分子薄膜３は、好ましく
は、サブミクロンの厚みになるように多段のロールを用
いて延伸して配向を促進する。
【００２３】図３Ａ及び図３Ｂは、この延伸配向処理の
様子を模式的に示している。図３Ａに示すように、高分
子の主鎖２１には自発分極を持つ多数の色素分子２２が
スペーサ２３を介して、ランダムな方向を向いて付加さ
れた形になっている。この実施例の場合スペーサ２３
は、前述のように色素分子２２の末端から供給されたも
のである。これを圧延して延伸すると、主鎖２１及び側
鎖色素分子２２が図３Ｂに示すように一方向に引っ張ら
れる結果、全体として矢印で示すように膜面に平行な方
向に大きな分極Ｐｓが形成されることになる。
様子を模式的に示している。図３Ａに示すように、高分
子の主鎖２１には自発分極を持つ多数の色素分子２２が
スペーサ２３を介して、ランダムな方向を向いて付加さ
れた形になっている。この実施例の場合スペーサ２３
は、前述のように色素分子２２の末端から供給されたも
のである。これを圧延して延伸すると、主鎖２１及び側
鎖色素分子２２が図３Ｂに示すように一方向に引っ張ら
れる結果、全体として矢印で示すように膜面に平行な方
向に大きな分極Ｐｓが形成されることになる。
【００２４】多くの色素分子２２が主鎖２１に平行に近
い状態で配向するためには、上述のように色素分子２２
の末端がＰＭＭＡに結合された色素分子末端固定型であ
ることが重要な意味を持つ。
い状態で配向するためには、上述のように色素分子２２
の末端がＰＭＭＡに結合された色素分子末端固定型であ
ることが重要な意味を持つ。
【００２５】図１３Ａは、上述の圧延延伸による配向処
理を実験的に行って得られた高分子薄膜サンプルについ
てメーカーフリンジ法により測定したＳＨＧパワー特性
を示す。このサンプルは、ＤＲ１ＭＡが５ｗｔ％のPoly
(MMA-co-DR1MA)から作られたもので、実験での圧延延伸
の温度は１２０℃であり、約１０μm の薄膜を約７μm
まで圧延延伸した。図１３Ａにおいて、０°でＳＨＧ振
幅が極大になっているのは、非線形定数成分ｄ11に基づ
くもので、膜面に平行な分子配向がなされていることが
確認される。
理を実験的に行って得られた高分子薄膜サンプルについ
てメーカーフリンジ法により測定したＳＨＧパワー特性
を示す。このサンプルは、ＤＲ１ＭＡが５ｗｔ％のPoly
(MMA-co-DR1MA)から作られたもので、実験での圧延延伸
の温度は１２０℃であり、約１０μm の薄膜を約７μm
まで圧延延伸した。図１３Ａにおいて、０°でＳＨＧ振
幅が極大になっているのは、非線形定数成分ｄ11に基づ
くもので、膜面に平行な分子配向がなされていることが
確認される。
【００２６】図１３Ｂは、同じサンプルのＳＨＧ強度分
布を膜面に垂直な軸の回りに薄膜サンプルを回転させて
測定した結果を極座標系で示したものである。図１３Ｂ
の０°方向が延伸方向である。
布を膜面に垂直な軸の回りに薄膜サンプルを回転させて
測定した結果を極座標系で示したものである。図１３Ｂ
の０°方向が延伸方向である。
【００２７】実験によれば、色素分子配向の度合いは、
圧延ローラー２ａ，２ｂの速度を異ならせる等の制御に
より、また圧延ローラー２ａ，２ｂによる薄膜加熱温度
を別々に制御することにより制御できる。非線形光学材
料１のガラス転移温度が分解温度に近く、配向・延伸が
困難な場合には、光学材料１に予めガラス転移温度を下
げるような添加剤を加えることも有効である。添加剤と
しては、非線形光学材料の溶剤となるものや、非線形光
学材料と相溶性のよいガラス転移温度の低い高分子を用
いることができる。溶剤を添加した場合、配向処理後、
真空下で加熱して溶剤を除去することができる。
圧延ローラー２ａ，２ｂの速度を異ならせる等の制御に
より、また圧延ローラー２ａ，２ｂによる薄膜加熱温度
を別々に制御することにより制御できる。非線形光学材
料１のガラス転移温度が分解温度に近く、配向・延伸が
困難な場合には、光学材料１に予めガラス転移温度を下
げるような添加剤を加えることも有効である。添加剤と
しては、非線形光学材料の溶剤となるものや、非線形光
学材料と相溶性のよいガラス転移温度の低い高分子を用
いることができる。溶剤を添加した場合、配向処理後、
真空下で加熱して溶剤を除去することができる。
【００２８】また実験によれば、圧延延伸の条件を変え
ることにより、薄膜の膜面に垂直な方向に色素分子が配
向されることも確認されている。特に、垂直方向の分子
配向を得るには、圧延延伸の温度をより低くすることが
好ましいことが分かっている。図１４は、９０℃以下の
温度で圧延延伸して得られた高分子薄膜サンプルのＳＨ
Ｇパワー特性を示している。図１４において、０°でＳ
ＨＧ振幅が極小値を示しているのは、非線形光学定数成
分ｄ33に基づくもので、薄膜の膜面に垂直に色素分子が
配向されていることが確認される。
ることにより、薄膜の膜面に垂直な方向に色素分子が配
向されることも確認されている。特に、垂直方向の分子
配向を得るには、圧延延伸の温度をより低くすることが
好ましいことが分かっている。図１４は、９０℃以下の
温度で圧延延伸して得られた高分子薄膜サンプルのＳＨ
Ｇパワー特性を示している。図１４において、０°でＳ
ＨＧ振幅が極小値を示しているのは、非線形光学定数成
分ｄ33に基づくもので、薄膜の膜面に垂直に色素分子が
配向されていることが確認される。
【００２９】以上の実施例の方法により得られる色素分
子配向高分子膜の配向緩和は、従来のコロナポーリング
法による場合に比べて小さい。その理由は、延伸によっ
て高分子の主鎖も直線状に配列される結果、色素分子が
自由に回転できる自由容積が小さくなるためである。
子配向高分子膜の配向緩和は、従来のコロナポーリング
法による場合に比べて小さい。その理由は、延伸によっ
て高分子の主鎖も直線状に配列される結果、色素分子が
自由に回転できる自由容積が小さくなるためである。
【００３０】以下の説明は、膜面に水平方向に分子配向
される場合について行う。上述のように色素分子が配向
された高分子薄膜３は、連続的に引き出されて所定長さ
で繰り返し折り畳まれて収納容器７に収納される。この
収納された配向高分子薄膜を圧着して一体化した高分子
薄膜積層体とする。図４はこうして得られた高分子薄膜
積層体３１を示している。高分子薄膜積層体３１は、各
層の配向高分子薄膜３が交互に上下面を反転させて折り
畳まれている結果、図に矢印で示すように厚み方向に交
互に反転した分極を有する周期配向構造を持つものとな
る。
される場合について行う。上述のように色素分子が配向
された高分子薄膜３は、連続的に引き出されて所定長さ
で繰り返し折り畳まれて収納容器７に収納される。この
収納された配向高分子薄膜を圧着して一体化した高分子
薄膜積層体とする。図４はこうして得られた高分子薄膜
積層体３１を示している。高分子薄膜積層体３１は、各
層の配向高分子薄膜３が交互に上下面を反転させて折り
畳まれている結果、図に矢印で示すように厚み方向に交
互に反転した分極を有する周期配向構造を持つものとな
る。
【００３１】この様に周期配向構造を持つ高分子薄膜積
層体３１を、適当な厚みで適当な大きさに切り出すこと
により、所望の光学素子用導波路を得ることができる。
図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれＳＨＧ素子用薄膜導波路
４１，電気光学素子用薄膜導波路４２を示している。
層体３１を、適当な厚みで適当な大きさに切り出すこと
により、所望の光学素子用導波路を得ることができる。
図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれＳＨＧ素子用薄膜導波路
４１，電気光学素子用薄膜導波路４２を示している。
【００３２】図５ＡのＳＨＧ素子用薄膜導波路４１は、
図４において破線Ａで示すように、高分子薄膜積層体３
１の積層方向が導波方向となるように切り出したもの
で、導波方向に沿って、上向きのドメイン４１ａと下向
きのドメイン４１ｂとが所定ピッチで交互に配列された
２方向周期ドメイン構造（周期的ドメイン反転構造）を
持つ。
図４において破線Ａで示すように、高分子薄膜積層体３
１の積層方向が導波方向となるように切り出したもの
で、導波方向に沿って、上向きのドメイン４１ａと下向
きのドメイン４１ｂとが所定ピッチで交互に配列された
２方向周期ドメイン構造（周期的ドメイン反転構造）を
持つ。
【００３３】図５Ｂの電気光学素子用薄膜導波路４２
は、図４において破線Ｂで示すように、色素分子配向方
向が導波方向となるように高分子薄膜積層体３１から切
り出したもので、導波方向と直交する膜厚方向に沿って
交互に反転したドメイン４２ａ，４２ｂが配列された２
方向周期ドメイン構造を持つ。
は、図４において破線Ｂで示すように、色素分子配向方
向が導波方向となるように高分子薄膜積層体３１から切
り出したもので、導波方向と直交する膜厚方向に沿って
交互に反転したドメイン４２ａ，４２ｂが配列された２
方向周期ドメイン構造を持つ。
【００３４】図６は、図４ＡのＳＨＧ素子用導波路４１
を基板５１に搭載したＳＨＧ素子５０を示している。こ
のＳＨＧ素子５０は例えば、シリカ系ファイバ網を用い
た光通信の幹線系の光データを波長変換してユーザーに
提供するといった用途に用いられる。幹線系のシリカフ
ァィバ５２を伝搬された１．３μm 帯又は１．５５μm
帯の光信号データ５４をこのＳＨＧ素子５０に入射すれ
ば、波長変換された６５０nm帯又は７８０nm帯の短波長
光５５が出力される。波長変換された光信号５５を図示
しない光ファイバ増幅素子で増幅した後、分岐素子で分
けて、光ファイバ５３によりユーザー側回路に伝送す
る。光ファイバ５３としては、安価で且つ伝送帯域幅の
広い屈折率傾斜型のポリマー光ファイバ（ＧＩＰＯＦ）
が好ましい。また図６のＳＨＧ素子５０は、ファイバ系
の波長変換に限らず、赤色光の青や緑等の波長変換素子
として、レーザプリンタ、ＣＤピックアップ等への用途
にも有用である。
を基板５１に搭載したＳＨＧ素子５０を示している。こ
のＳＨＧ素子５０は例えば、シリカ系ファイバ網を用い
た光通信の幹線系の光データを波長変換してユーザーに
提供するといった用途に用いられる。幹線系のシリカフ
ァィバ５２を伝搬された１．３μm 帯又は１．５５μm
帯の光信号データ５４をこのＳＨＧ素子５０に入射すれ
ば、波長変換された６５０nm帯又は７８０nm帯の短波長
光５５が出力される。波長変換された光信号５５を図示
しない光ファイバ増幅素子で増幅した後、分岐素子で分
けて、光ファイバ５３によりユーザー側回路に伝送す
る。光ファイバ５３としては、安価で且つ伝送帯域幅の
広い屈折率傾斜型のポリマー光ファイバ（ＧＩＰＯＦ）
が好ましい。また図６のＳＨＧ素子５０は、ファイバ系
の波長変換に限らず、赤色光の青や緑等の波長変換素子
として、レーザプリンタ、ＣＤピックアップ等への用途
にも有用である。
【００３５】図７は、図５Ｂに示す薄膜導波路４２を用
いた電気光学素子６０の例を示している。薄膜導波路４
２は、基板６１上に下部電極６２及び下部バッファ層６
３を介して搭載される。搭載された導波路４２上には上
部バッファ層６４を介して上部電極６５が形成される。
導波路４２への入出力端にはプリズム６６，６７が設け
られる。この素子６０は例えば、上述したユーザー側の
ＧＩＰＯＦ系で短波長光信号を送り出すためのマルチモ
ード電気光学変調素子として有用である。上部電極６５
に与えられる高周波電気信号により、入射される光信号
６８を変調して、変調光信号６９を出力することができ
る。あるいはまた、光波をオンオフする光スイッチとし
ても用いられる。
いた電気光学素子６０の例を示している。薄膜導波路４
２は、基板６１上に下部電極６２及び下部バッファ層６
３を介して搭載される。搭載された導波路４２上には上
部バッファ層６４を介して上部電極６５が形成される。
導波路４２への入出力端にはプリズム６６，６７が設け
られる。この素子６０は例えば、上述したユーザー側の
ＧＩＰＯＦ系で短波長光信号を送り出すためのマルチモ
ード電気光学変調素子として有用である。上部電極６５
に与えられる高周波電気信号により、入射される光信号
６８を変調して、変調光信号６９を出力することができ
る。あるいはまた、光波をオンオフする光スイッチとし
ても用いられる。
【００３６】図８は、他の実施例の製造装置である。こ
の実施例では、引き出され配向高分子薄膜３を巻き取り
ドラム８により巻き取ることにより、高分子薄膜積層体
３２を得る。この場合、高分子薄膜積層体３２は、図１
の場合と異なり、積層方向に沿って配向方向が反転され
ることはなく、同じ配向方向をもって複数層繰り返し積
層されることになる。
の実施例では、引き出され配向高分子薄膜３を巻き取り
ドラム８により巻き取ることにより、高分子薄膜積層体
３２を得る。この場合、高分子薄膜積層体３２は、図１
の場合と異なり、積層方向に沿って配向方向が反転され
ることはなく、同じ配向方向をもって複数層繰り返し積
層されることになる。
【００３７】図９は、図８の装置により得られる高分子
薄膜積層体３２から、色素分子配向方向が導波方向とな
るように切り出した適当な厚みのバルク８１を用いた電
気光学素子８０の例を示している。バルク８１は、図に
矢印で示すように、厚み方向に沿って、色素分子配向方
向が揃ったドメインが配列された１方向周期ドメイン構
造を持つ。このバルク８１の厚み方向上下に電極８２，
８３が形成される。電極８２，８３間に高周波電源８４
（又はスイッチ電源）を印加すれば、電界に直交する方
向の入射光信号８５をポッケルス効果により変調して変
調光信号８６を出力することができる。あるいは、入射
光信号８５をスイッチすることができる。バルク８１を
図７の実施例と同様に所定の基板にサブミクロンの薄膜
導波路として搭載してもよい。
薄膜積層体３２から、色素分子配向方向が導波方向とな
るように切り出した適当な厚みのバルク８１を用いた電
気光学素子８０の例を示している。バルク８１は、図に
矢印で示すように、厚み方向に沿って、色素分子配向方
向が揃ったドメインが配列された１方向周期ドメイン構
造を持つ。このバルク８１の厚み方向上下に電極８２，
８３が形成される。電極８２，８３間に高周波電源８４
（又はスイッチ電源）を印加すれば、電界に直交する方
向の入射光信号８５をポッケルス効果により変調して変
調光信号８６を出力することができる。あるいは、入射
光信号８５をスイッチすることができる。バルク８１を
図７の実施例と同様に所定の基板にサブミクロンの薄膜
導波路として搭載してもよい。
【００３８】図１及び図８の実施例では、延伸された配
向高分子薄膜３を連続的に引き出しながら折り畳んで、
あるいは巻き取って積層しているが、引き出される配向
高分子薄膜３を一定の長さで次々に切断して取り出した
後、これらを積層してもよい。この場合には、各切り出
し片の配向方向を任意に選んで積層することができる。
向高分子薄膜３を連続的に引き出しながら折り畳んで、
あるいは巻き取って積層しているが、引き出される配向
高分子薄膜３を一定の長さで次々に切断して取り出した
後、これらを積層してもよい。この場合には、各切り出
し片の配向方向を任意に選んで積層することができる。
【００３９】図１０は、切り出された配向高分子薄膜３
の配向方向を少しずつ回転させた状態で積層した高分子
薄膜積層体９１を用いた光アイソレータ９０の例を示し
ている。図示のように配向方向を厚み方向に螺旋状に回
転させることにより、膜厚方向に光波９２を伝搬させた
とき偏波面が回転し、特定偏波面の光波９３を取り出す
ことができる。
の配向方向を少しずつ回転させた状態で積層した高分子
薄膜積層体９１を用いた光アイソレータ９０の例を示し
ている。図示のように配向方向を厚み方向に螺旋状に回
転させることにより、膜厚方向に光波９２を伝搬させた
とき偏波面が回転し、特定偏波面の光波９３を取り出す
ことができる。
【００４０】図１１は、更に他の実施例の製造装置であ
る。この実施例では、圧接ローラー対２ａ，２ｂの一方
のローラー２ａの周囲に、所定間隔で電圧が印加される
正負電極対１０１，１０２が配置されている。図では、
４対の正負電対１０１，１０２を配置しているが、それ
ぞれ対をなす正電極１０１と負電極１０２間の距離Ｌ１
に対して、隣の電極対間の距離Ｌ２は十分に大きく設定
することが必要である。これにより、対をなす正電極１
０１と負電極１０２の間では大きな電場を形成し、隣接
電極対間での電場は無視できる状態になる。この装置を
用いると、圧延延伸される時に非線形有機光学材料１に
対して、面内方向に間欠的に一定の極性の電場を印加す
ることができ、配向高分子薄膜３の分子配向がより促進
される。但しこの電界印加は補助的に利用される。
る。この実施例では、圧接ローラー対２ａ，２ｂの一方
のローラー２ａの周囲に、所定間隔で電圧が印加される
正負電極対１０１，１０２が配置されている。図では、
４対の正負電対１０１，１０２を配置しているが、それ
ぞれ対をなす正電極１０１と負電極１０２間の距離Ｌ１
に対して、隣の電極対間の距離Ｌ２は十分に大きく設定
することが必要である。これにより、対をなす正電極１
０１と負電極１０２の間では大きな電場を形成し、隣接
電極対間での電場は無視できる状態になる。この装置を
用いると、圧延延伸される時に非線形有機光学材料１に
対して、面内方向に間欠的に一定の極性の電場を印加す
ることができ、配向高分子薄膜３の分子配向がより促進
される。但しこの電界印加は補助的に利用される。
【００４１】ここまでの実施例は、一回の圧延延伸工程
で得られた配向高分子薄膜を積層して高分子薄膜積層体
を得ているが、得られた高分子薄膜を繰り返し圧延延伸
工程に戻して更に薄膜化すること、また得られた配向高
分子薄膜積層体を圧延延伸工程に戻して薄膜化して積層
するという多段積層を行うことも有効である。これによ
り、配向周期のピッチをより小さくした導波路を得るこ
とができる。
で得られた配向高分子薄膜を積層して高分子薄膜積層体
を得ているが、得られた高分子薄膜を繰り返し圧延延伸
工程に戻して更に薄膜化すること、また得られた配向高
分子薄膜積層体を圧延延伸工程に戻して薄膜化して積層
するという多段積層を行うことも有効である。これによ
り、配向周期のピッチをより小さくした導波路を得るこ
とができる。
【００４２】また実施例では、圧延延伸の工程で色素分
子配向を行っているが、圧延延伸前の工程である有機光
学材料の紡糸あるいは薄膜化の工程で、同様にせん断力
を加えて予備的に色素分子配向させることは有効であ
る。
子配向を行っているが、圧延延伸前の工程である有機光
学材料の紡糸あるいは薄膜化の工程で、同様にせん断力
を加えて予備的に色素分子配向させることは有効であ
る。
【００４３】更に図１１の実施例では、間欠的な電場を
印加しているから、得られる配向高分子薄膜は、間欠的
に色素分子配向が大きくなる。したがって、電場印加に
より色素分子配向が大きくなった部分のみを選択して積
層するようにしてもよい。これにより、分子配向度が高
く且つその分布が均一な高分子薄膜積層体を得ることが
できる。
印加しているから、得られる配向高分子薄膜は、間欠的
に色素分子配向が大きくなる。したがって、電場印加に
より色素分子配向が大きくなった部分のみを選択して積
層するようにしてもよい。これにより、分子配向度が高
く且つその分布が均一な高分子薄膜積層体を得ることが
できる。
【００４４】図１２は、別の実施例の高分子薄膜積層装
置である。図８の装置では、有機光学材料１の圧延延伸
工程とその後の積層工程を連続的に行っている。このた
め前述のように、得られる高分子薄膜積層体は、各薄膜
の配向方向が揃ったものとなる。これに対して、図８の
装置は圧延延伸用のみとして用い、これと図１２に示す
薄膜積層装置を組み合わせることにより、任意の配向の
組み合わせの高分子薄膜積層体を作ることが可能であ
る。この場合、図８の装置では巻き取りドラム８には冷
却された配向高分子薄膜が巻き取られるようにする。
置である。図８の装置では、有機光学材料１の圧延延伸
工程とその後の積層工程を連続的に行っている。このた
め前述のように、得られる高分子薄膜積層体は、各薄膜
の配向方向が揃ったものとなる。これに対して、図８の
装置は圧延延伸用のみとして用い、これと図１２に示す
薄膜積層装置を組み合わせることにより、任意の配向の
組み合わせの高分子薄膜積層体を作ることが可能であ
る。この場合、図８の装置では巻き取りドラム８には冷
却された配向高分子薄膜が巻き取られるようにする。
【００４５】図１２において、二つの供給ドラム２００
ａ，２００ｂには、図８の装置で巻き取られた配向高分
子薄膜３２ａ，３２ｂが装着される。ここで、一方の配
向高分子薄膜３２ａは、図８の装置で巻き取った状態の
ままとし、他方の配向高分子薄膜３２ｂは図８の装置で
巻き取ったものを巻き戻したものとする。これにより、
二つの供給ドラム２００ａ，２００ｂから供給される配
向高分子薄膜３２ａ，３２ｂの色素分子配向は互いに逆
になる。これらの配向高分子薄膜３２ａ，３２ｂは圧接
ローラー対２０１ａ，２０１ｂの間を通って圧着されて
一体化され、配向高分子薄膜３３が得られる。
ａ，２００ｂには、図８の装置で巻き取られた配向高分
子薄膜３２ａ，３２ｂが装着される。ここで、一方の配
向高分子薄膜３２ａは、図８の装置で巻き取った状態の
ままとし、他方の配向高分子薄膜３２ｂは図８の装置で
巻き取ったものを巻き戻したものとする。これにより、
二つの供給ドラム２００ａ，２００ｂから供給される配
向高分子薄膜３２ａ，３２ｂの色素分子配向は互いに逆
になる。これらの配向高分子薄膜３２ａ，３２ｂは圧接
ローラー対２０１ａ，２０１ｂの間を通って圧着されて
一体化され、配向高分子薄膜３３が得られる。
【００４６】このとき圧接ローラー２０１ａ，２０１ｂ
を加熱して、あるいは別途ヒータを設けて、配向高分子
薄膜３２ａ，３２ｂの接着を促進することが好ましい。
配向高分子薄膜３３は、ローラー対２０２ａ，２０２ｂ
の間を通り、更にローラー対２０３ａ，２０３ｂの間を
通って、巻き取りドラム２０４に巻き取られる。ローラ
ー対２０２ａ，２０２ｂ及びローラー対２０３ａ，２０
３ｂでは、配向高分子薄膜３３が冷却される。配向高分
子薄膜３３の配向緩和を防止するためには、配向高分子
薄膜３３が緊張状態で巻き取りドラム２０４に巻き取ら
れるようにすることが好ましい。
を加熱して、あるいは別途ヒータを設けて、配向高分子
薄膜３２ａ，３２ｂの接着を促進することが好ましい。
配向高分子薄膜３３は、ローラー対２０２ａ，２０２ｂ
の間を通り、更にローラー対２０３ａ，２０３ｂの間を
通って、巻き取りドラム２０４に巻き取られる。ローラ
ー対２０２ａ，２０２ｂ及びローラー対２０３ａ，２０
３ｂでは、配向高分子薄膜３３が冷却される。配向高分
子薄膜３３の配向緩和を防止するためには、配向高分子
薄膜３３が緊張状態で巻き取りドラム２０４に巻き取ら
れるようにすることが好ましい。
【００４７】この様にして、巻き取りドラム２０４に
は、２枚の配向高分子薄膜を積層した配向高分子薄膜が
巻き取られる。そして巻き取られた配向高分子薄膜を、
それぞれの配向方向を考慮して再度図１２の積層装置に
より、同様に積層することにより、４枚の配向高分子薄
膜を積層した高分子薄膜積層体が得られる。以下、同様
の工程を繰り返すことにより、任意に積層数の高分子薄
膜積層体が得られる。なお積層装置については、図１２
のようなローラーを用いたものに限らず、平板上で複数
枚の薄膜を圧着する通常の積層装置を用いることができ
る。
は、２枚の配向高分子薄膜を積層した配向高分子薄膜が
巻き取られる。そして巻き取られた配向高分子薄膜を、
それぞれの配向方向を考慮して再度図１２の積層装置に
より、同様に積層することにより、４枚の配向高分子薄
膜を積層した高分子薄膜積層体が得られる。以下、同様
の工程を繰り返すことにより、任意に積層数の高分子薄
膜積層体が得られる。なお積層装置については、図１２
のようなローラーを用いたものに限らず、平板上で複数
枚の薄膜を圧着する通常の積層装置を用いることができ
る。
【００４８】本発明に利用できる非線形光学材料は、上
記実施例に限られない。例えば、主鎖となる高分子とし
て、熱可塑性高分子、溶剤や可塑剤を併用して熱可塑性
を示す高分子、ＰＥＴ、ＰＣ、ポリアミド、ポリイミ
ド、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエステルイミド
等を用いることができる。非線形光学色素分子として
は、一般に、π共役部分をπ、ドナー基をＤ、アクセプ
タ基をＡとして、-D-(π)-A、又は、-A-(π)-Dで表され
るものを用いることができる。-D-(π)-A の中には、N-
メチルピリジニウム塩非線形光学色素等の分子イオン性
色素が含まれる。例えば、次の化２に示すものが用いら
れる。
記実施例に限られない。例えば、主鎖となる高分子とし
て、熱可塑性高分子、溶剤や可塑剤を併用して熱可塑性
を示す高分子、ＰＥＴ、ＰＣ、ポリアミド、ポリイミ
ド、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエステルイミド
等を用いることができる。非線形光学色素分子として
は、一般に、π共役部分をπ、ドナー基をＤ、アクセプ
タ基をＡとして、-D-(π)-A、又は、-A-(π)-Dで表され
るものを用いることができる。-D-(π)-A の中には、N-
メチルピリジニウム塩非線形光学色素等の分子イオン性
色素が含まれる。例えば、次の化２に示すものが用いら
れる。
【００４９】
【化２】Poly{1-methyl-4-{2-[4-6-((methacryloxy)hex
yl)oxy)phenyl]vinyl}pyridiniumtetraphenylborate}-c
o-methylmethacrylate}
yl)oxy)phenyl]vinyl}pyridiniumtetraphenylborate}-c
o-methylmethacrylate}
【００５０】また、色素分子と高分子の主鎖の間に介在
させるスペーサとしては、次の化３示すものが用いられ
る。
させるスペーサとしては、次の化３示すものが用いられ
る。
【００５１】
【化３】−（ＣＨ2）n− −（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）n− −（ＰｈＯ）n− −ＣＯＯＣＨ2ＣＨ2−
【００５２】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、電
場を印加することなく、有機非線形光学材料を圧延延伸
して配向処理を施した配向高分子薄膜を作製し、これを
積層するという簡便な方法で、配向の周期構造を持つ薄
膜導波路を作ることができ、これを用いて優れた特性の
波長変換素子その他の非線形光学素子を安価に作ること
ができる。
場を印加することなく、有機非線形光学材料を圧延延伸
して配向処理を施した配向高分子薄膜を作製し、これを
積層するという簡便な方法で、配向の周期構造を持つ薄
膜導波路を作ることができ、これを用いて優れた特性の
波長変換素子その他の非線形光学素子を安価に作ること
ができる。
【図１】 この発明の実施例による配向高分子薄膜の製
造装置を示す。
造装置を示す。
【図２】 同実施例に用いる有機光学材料の構造を示
す。
す。
【図３Ａ】 同実施例の装置より配向処理がなされる様
子を示す。
子を示す。
【図３Ｂ】 同実施例の装置より配向処理がなされる様
子を示す。
子を示す。
【図４】 同実施例の装置により得られる薄膜積層体を
示す。
示す。
【図５Ａ】 図４の積層体から切り出される薄膜導波路
を示す。
を示す。
【図５Ｂ】 図４の積層体から切り出される薄膜導波路
を示す。
を示す。
【図６】 図５Ａの導波路を用いたＳＨＧ素子を示す。
【図７】 図５Ｂの導波路を用いた電気光学変調素子を
示す。
示す。
【図８】 他の実施例による色素分子配向高分子薄膜の
製造装置を示す。
製造装置を示す。
【図９】 図８の装置により得られた高分子薄膜の積層
体を用いた電気光学素子を示す。
体を用いた電気光学素子を示す。
【図１０】 他の実施例による光アイソレータを示す。
【図１１】 他の実施例による配向高分子薄膜の製造装
置を示す。
置を示す。
【図１２】 他の実施例の薄膜積層装置を示す。
【図１３Ａ】 色素分子が水平配向された高分子薄膜の
メーカーフリンジ法によるＳＨＧ強度特性を示す。
メーカーフリンジ法によるＳＨＧ強度特性を示す。
【図１３Ｂ】 色素分子が水平配向された高分子薄膜の
メーカーフリンジ法によるＳＨＧ強度特性を示す。
メーカーフリンジ法によるＳＨＧ強度特性を示す。
【図１４】 色素分子が垂直配向された高分子薄膜のメ
ーカーフリンジ法によるＳＨＧ強度特性を示す。
ーカーフリンジ法によるＳＨＧ強度特性を示す。
１…有機非線形光学材料、２ａ，２ｂ…圧延ローラー、
３…配向高分子薄膜、４ａ，４ｂ…延伸ローラー、５
ａ，５ｂ…引き出しローラー、６ａ〜６ｃ…折り畳み用
ガイドローラー、７…収容容器、３１…高分子薄膜積層
体、４１…ＳＨＧ素子用薄膜導波路、４２…電気光学素
子用薄膜導波路。
３…配向高分子薄膜、４ａ，４ｂ…延伸ローラー、５
ａ，５ｂ…引き出しローラー、６ａ〜６ｃ…折り畳み用
ガイドローラー、７…収容容器、３１…高分子薄膜積層
体、４１…ＳＨＧ素子用薄膜導波路、４２…電気光学素
子用薄膜導波路。
Claims (12)
- 【請求項１】 基板と、この基板に搭載された、複数の
高分子薄膜が積層された高分子薄膜積層体により作られ
た周期ドメイン構造を有する導波路とを有し、 前記各高分子薄膜は、高分子とその側鎖が置換された２
次非線形光学色素分子とから作られて前記光学色素分子
の末端が前記高分子に結合された有機非線形光学材料を
圧延延伸して形成されて、前記光学色素分子が一方向に
配向され、 前記高分子薄膜積層体は、前記複数の高分子薄膜をその
色素分子配向方向が交互に逆になるように積層して構成
され、 前記導波路は、前記高分子薄膜積層体の積層方向が導波
方向となるように前記高分子薄膜積層体から切り出され
て、前記導波方向に沿って配列されるドメインが周期的
に反転された２方向周期ドメイン構造を持つことを特徴
とする波長変換機能を有する非線形光学素子。 - 【請求項２】 基板と、この基板に搭載された、複数の
高分子薄膜が積層された高分子薄膜積層体により作られ
た周期ドメイン構造を有する導波路と、この導波路に導
波方向と直交する方向に電界を印加する手段とを有し、 前記各高分子薄膜は、高分子とその側鎖が置換された２
次非線形光学色素分子とから作られて前記光学色素分子
の末端が前記高分子に結合された有機非線形光学材料を
圧延延伸して形成されて、前記光学色素分子が一方向に
配向され、 前記高分子薄膜積層体は、前記複数の高分子薄膜をその
色素分子配向方向を揃えて積層して構成され、 前記導波路は、前記高分子薄膜積層体の色素分子配向方
向が導波路方向となるように前記高分子薄膜積層体から
切り出されて、導波方向と直交する厚み方向に配列され
るドメインの配向方向が揃った１方向周期ドメイン構造
を持つことを特徴とする光波を変調する機能を有する非
線形光学素子。 - 【請求項３】 基板と、この基板に搭載された、複数の
高分子薄膜が積層された高分子薄膜積層体により作られ
た周期ドメイン構造を有する導波路と、この導波路に導
波方向と直交する方向に電界を印加する手段とを有し、 前記各高分子薄膜は、高分子とその側鎖が置換された２
次非線形光学色素分子とから作られて前記光学色素分子
の末端が前記高分子に結合された有機非線形光学材料を
圧延延伸して形成されて、前記光学色素分子が一方向に
配向され、 前記高分子薄膜積層体は、前記複数の高分子薄膜をその
色素分子配向方向が交互に逆になるように積層して構成
され、 前記導波路は、前記高分子薄膜積層体の色素分子配向方
向が導波方向となるように前記高分子薄膜積層体から切
り出されて、前記高分子薄膜積層体の積層方向に配列さ
れるドメインが周期的に反転された２方向周期ドメイン
構造を持つことを特徴とする光波を変調する機能を有す
る非線形光学素子。 - 【請求項４】 基板と、この基板に搭載された周期ドメ
イン構造を有する導波路とを備えた波長変換機能を有す
る非線形光学素子の製造方法であって、 高分子とその側鎖が置換された２次非線形光学色素分子
とから作られて前記光学色素分子の末端が前記高分子に
結合された有機非線形光学材料を、圧延延伸して前記光
学色素分子を一方向に配向させた高分子薄膜を作製する
工程と、 前記高分子薄膜をその色素分子配向方向が交互に逆にな
るように積層して高分子薄膜積層体を作製する工程と、 前記高分子薄膜積層体からその積層方向が導波方向とな
るように切り出して、前記導波方向に沿って配列される
ドメインが周期的に反転された２方向周期ドメイン構造
を持つ導波路を作製する工程とを有することを特徴とす
る非線形光学素子の製造方法。 - 【請求項５】 基板と、この基板に搭載された周期ドメ
イン構造を有する導波路と、この導波路に導波方向と直
交する方向に電界を印加する手段とを備えた光波を変調
する機能を有する非線形光学素子の製造方法であって、 高分子とその側鎖が置換された２次非線形光学色素分子
とから作られて前記光学色素分子の末端が前記高分子に
結合された有機非線形光学材料を、圧延延伸して前記光
学色素分子を一方向に配向させた高分子薄膜を作製する
工程と、 前記高分子薄膜をその色素分子配向方向を揃えて積層し
て高分子薄膜積層体を作製する工程と、 前記高分子薄膜積層体からその色素分子配向方向が導波
路方向となるように切り出して、導波方向と直交する厚
み方向に配列されるドメインの配向方向が揃った１方向
周期ドメイン構造を持つ導波路を作製する工程とを有す
ることを特徴とする非線形光学素子の製造方法。 - 【請求項６】 基板と、この基板に搭載された周期ドメ
イン構造を有する導波路と、この導波路に導波方向と直
交する方向に電界を印加する手段とを備えた光波を変調
する機能を有する非線形光学素子の製造方法であって、 高分子とその側鎖が置換された２次非線形光学色素分子
とから作られて前記光学色素分子の末端が前記高分子に
結合された有機非線形光学材料を、圧延延伸して前記光
学色素分子を一方向に配向させた高分子薄膜を作製する
工程と、 前記高分子薄膜をその色素分子配向方向が交互に逆にな
るように積層して高分子薄膜積層体を作製する工程と、 前記高分子薄膜積層体からその色素分子配向方向が導波
方向となるように切り出して、前記高分子薄膜積層体の
積層方向に配列されるドメインが周期的に反転された２
方向周期ドメイン構造を持つ導波路を作製する工程とを
有することを特徴とする非線形光学素子の製造方法。 - 【請求項７】 前記高分子薄膜積層体は、分子配向され
た前記高分子薄膜を所定長さで繰り返し折り畳んで重ね
ることにより作ることを特徴とする請求項４又は６のい
ずれかに記載の非線形光学素子の製造方法。 - 【請求項８】 前記高分子薄膜積層体は、分子配向され
た前記高分子薄膜を連続的に巻き取りドラムに巻き取っ
て作ることを特徴とする請求項５記載の非線形光学素子
の製造方法。 - 【請求項９】 分子配向された前記高分子薄膜を、圧延
延伸の工程に戻して更に薄膜化する工程を有することを
特徴とする請求項４，５，６のいずれかに記載の非線形
光学素子の製造方法。 - 【請求項１０】 前記高分子薄膜積層体は、分子配向さ
れた前記高分子薄膜を巻き取り、巻き取られた複数の高
分子薄膜をそれらの色素分子配向方向を選択して重ねて
圧着することにより作ることを特徴とする請求項４，
５，６のいずれかに記載の非線形光学素子の製造方法。 - 【請求項１１】 分子配向された前記高分子薄膜の２枚
ずつの圧着工程を複数回繰り返すことにより、必要な積
層数の高分子薄膜積層体を作ることを特徴とする請求項
１０記載の非線形光学素子の製造方法。 - 【請求項１２】 前記有機非線形光学材料を圧延延伸し
て配向処理を施す際に、配向を促進するために延伸方向
に所定の電場を補助的に印加することを特徴とする請求
項４，５，６のいずれかに記載の非線形光学素子の製造
方法。
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-110069 | 1995-04-11 | ||
| JP11006995 | 1995-04-11 | ||
| JP11007095 | 1995-04-11 | ||
| JP7-181142 | 1995-06-23 | ||
| JP18114295 | 1995-06-23 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53087996A Division JP2869192B2 (ja) | 1995-04-11 | 1996-04-10 | 光学素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11142900A true JPH11142900A (ja) | 1999-05-28 |
Family
ID=27311627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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