JPH11288013A - Wavelength conversion element using stacked structure of polymer thin film generating optical second harmonics - Google Patents

Wavelength conversion element using stacked structure of polymer thin film generating optical second harmonics

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JPH11288013A
JPH11288013A JP10854798A JP10854798A JPH11288013A JP H11288013 A JPH11288013 A JP H11288013A JP 10854798 A JP10854798 A JP 10854798A JP 10854798 A JP10854798 A JP 10854798A JP H11288013 A JPH11288013 A JP H11288013A
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film
wavelength conversion
conversion element
liquid crystal
thin film
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Tadahiro Asada
忠裕 浅田
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/355Non-linear optics characterised by the materials used
    • G02F1/3558Poled materials, e.g. with periodic poling; Fabrication of domain inverted structures, e.g. for quasi-phase-matching [QPM]

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
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  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wavelength conversion element in which high technology is not required for its generation and the aging deterioration of conversion efficiency owing to the aged orientation relaxation of a molecule does not occur. SOLUTION: A wavelength conversion element contains an inverted domain stacked body obtained by stacking main chain-type optical non-linear polymer thin films generating optical second harmonics. When a main chain-type optical non-linear polymer material mechanically pulled out in one direction and a band-like film 10 is generated, the polarized axes of molecules constituting the film 10 are highly oriented in a lead-out direction. The film 10 is cut into a plurality of film pieces 101-106 and the film pieces 101-106 are stacked so that the polarization directions of the adjacent film pieces become opposite. Then, the inverted domain stacked body 12 is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、大きな非線形光学
特性を有する高分子化合物及び/又はその組成物を用い
た有機系非線形光学部品に関する。このような光学部品
としては、光変調技術を利用して情報の伝送や処理及び
記録を行なう機器(例えば、光コンピュータ、光ディス
ク記録装置)に用いられる波長変換素子が挙げられる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an organic nonlinear optical component using a polymer compound having a large nonlinear optical characteristic and / or a composition thereof. As such an optical component, there is a wavelength conversion element used in a device (for example, an optical computer, an optical disk recording device) for transmitting, processing, and recording information using an optical modulation technique.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
非線形光学材料として、特に2次の非線形材料としては
KDP(KH2PO4)、LNO(LiNbO3)等の無
機材料が用いられてきたが、これら無機材料には、脆
く、強度が弱いという欠点がある。そこで、これらに代
わる非線形光学材料として、MNA(2−メチル−4−
ニトロアニリン)に代表される有機系材料の単結晶が開
発されている。しかし、これらの有機系材料には、大き
な単結晶を得ることが困難であること、加工性、耐熱性
等に難点を持っていることといった問題がある。又、ポ
リマー・マトリックス中に非線形光学効果の大きい低分
子物質を導入したり、その後に、外部電場によるポーリ
ング処理等を行なうことにより、非線形光学物質を配向
させた、加工性の優れた材料を得る方法もある。しかし
ながら、このようにして形成された配向状態は経時的に
緩和されるため、光デバイス材料としては安定性に欠け
る。更に、ポリマー側鎖に非線形光学物質を有する系で
は、ポーリング処理を十分に行なうためにはガラス転移
点の低い成分を含有する必要があるので、これにより配
向緩和の抑制が困難になるという問題を派生する。
2. Description of the Related Art
Inorganic materials such as KDP (KH 2 PO 4 ) and LNO (LiNbO 3 ) have been used as nonlinear optical materials, especially as secondary nonlinear materials. However, these inorganic materials are disadvantageous in that they are brittle and have low strength. There is. Therefore, MNA (2-methyl-4-
Single crystals of organic materials represented by nitroaniline) have been developed. However, these organic materials have problems that it is difficult to obtain a large single crystal, and that they have difficulties in workability, heat resistance, and the like. Also, by introducing a low-molecular substance having a large nonlinear optical effect into the polymer matrix and then performing a poling treatment or the like by an external electric field, a material having excellent workability in which the nonlinear optical substance is oriented can be obtained. There are ways. However, since the alignment state formed in this way is relaxed with time, it lacks stability as an optical device material. Furthermore, in a system having a non-linear optical material in a polymer side chain, it is necessary to contain a component having a low glass transition point in order to perform poling treatment sufficiently, so that it is difficult to suppress the orientation relaxation. Derive.

【0003】第2高調波発生を大ならしめるためには、
サイズの大きい2次非線形光学材料を得るとともに、位
相整合という現象を利用しなければならない。これには
比較的大きい単結晶を得る必要がある。最近工夫された
便法に、ドメイン反転擬似位相整合という方法がある。
これは、幅の小さい溝に、分極方向が互いに逆になるよ
うなコヒーレント長lc程度の厚さのドメインを配列し
た構造(反転ドメイン構造)を形成し、基本波及び第2
高調波がドメイン界面で反射され、再び反射され、進行
波と重ね合わさるということを繰り返していくうちに、
位相整合が実現するという方法である。普通、コヒーレ
ント長lcは数μm程度であるから、このような反転ド
メイン構造を形成することは技術的に困難である。すな
わち、例えば、無機材料を用いる場合、該無機材料を等
厚に薄く切って並べる方法により反転ドメイン構造の形
成が試みられているが、これには非常な技巧が要求され
る。一方、有機材料を用いる場合、先に述べた極性電場
の印加により(ポーリング処理を含む)反転ドメイン構
造の形成が試みられているが、これには先に述べたよう
に配向緩和の問題が伴う。いずれにしても反転ドメイン
構造の形成には非常な技巧を要し、その実現が困難であ
るため、実験室的にあるいは考えの上で成功しても、実
用化されるに至っていない。
In order to increase the second harmonic generation,
A second-order nonlinear optical material having a large size must be obtained, and a phenomenon called phase matching must be used. This requires obtaining relatively large single crystals. A recently devised method is a method called domain inversion quasi-phase matching.
This is because a structure (inversion domain structure) in which domains having a thickness of about coherent length lc are arranged in a groove having a small width such that the polarization directions are opposite to each other is formed.
As the harmonics are reflected at the domain interface, reflected again, and superimposed on the traveling wave,
This is a method of achieving phase matching. Usually, the coherent length lc is on the order of several μm, so it is technically difficult to form such an inverted domain structure. That is, for example, when an inorganic material is used, formation of an inversion domain structure is attempted by a method in which the inorganic material is cut into thin pieces of equal thickness and arranged, but this requires a great deal of skill. On the other hand, when an organic material is used, an attempt is made to form an inverted domain structure (including a poling process) by applying a polar electric field as described above, but this involves the problem of orientation relaxation as described above. . In any case, the formation of the inverted domain structure requires a great deal of skill and is difficult to realize, so even if it succeeds in a laboratory or on the idea, it has not yet been put to practical use.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明者は、反転ドメイ
ン構造の形成に伴う上記のような困難を排し、かつ、安
定な光波マニュピュレーション・デバイスを実現すべ
く、鋭意研究を重ねた結果、以下のような波長変換素子
を得るに至った。
The present inventor has conducted intensive studies to eliminate the above-mentioned difficulties associated with the formation of the inverted domain structure and to realize a stable light wave manipulation device. As a result, the following wavelength conversion element was obtained.

【0005】すなわち、本発明は、第一発明として、光
第2高調波を発生する主鎖型光非線形性高分子薄膜を積
層して成る反転ドメイン積層体を含む波長変換素子を提
供するものである。
That is, the present invention provides, as a first invention, a wavelength conversion element including an inverted domain laminated body formed by laminating a main chain type optical non-linear polymer thin film for generating an optical second harmonic. is there.

【0006】また、本発明は、第二発明として、前記反
転ドメイン積層体内で隣接する前記主鎖型光非線形性高
分子薄膜の間に液晶薄膜を介在させたことを特徴とする
波長変換素子を提供するものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a wavelength conversion element comprising a liquid crystal thin film interposed between adjacent main chain type optical nonlinear polymer thin films in the inversion domain laminate. To provide.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】まず、第一発明に係る波長変換素
子について説明する。第一発明の波長変換素子は、配向
緩和が生じないとされている剛直な主鎖骨格を有し、し
かも主鎖より光第2高調波を発するポリマーの配向体薄
膜を用いて構成されている。ここで、光第2高調波と
は、非線形光学材料が光の照射を受けたときに該光のエ
ネルギーにより物質内に生じる分極に起因して前記非線
形光学材料から新たに生ずる光のことで、その波長は入
射光の波長の1/2である。上記のような配向体薄膜を
利用することにより、上記のような経時的な配向緩和が
防止されるのである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, a wavelength conversion element according to the first invention will be described. The wavelength conversion element of the first invention has a rigid main chain skeleton that does not cause orientation relaxation, and is configured using an oriented thin film of a polymer that emits optical second harmonics from the main chain. . Here, the optical second harmonic is light newly generated from the nonlinear optical material due to polarization generated in a substance due to energy of the light when the nonlinear optical material is irradiated with light. Its wavelength is 1/2 of the wavelength of the incident light. Utilization of the above-mentioned alignment body thin film prevents the above-mentioned relaxation of the alignment over time.

【0008】上記配向体薄膜として好適に利用できる高
分子薄膜の例としては、2-hydroxy-6-naphthoic acid
(HNA)と4-hydroxy-benzoic acid(PHB)とを成
分とする共重合ポリエステルが挙げられる。特に、PH
BとHNAとのモル比(PHB:HNA)が30:70
〜50:50の範囲にある共重合ポリエステルは、液晶
性に富んでおり、製膜もしやすいため、好ましい。
An example of a polymer thin film which can be suitably used as the oriented thin film is 2-hydroxy-6-naphthoic acid
Copolymerized polyester containing (HNA) and 4-hydroxy-benzoic acid (PHB) as components. In particular, PH
The molar ratio of B to HNA (PHB: HNA) is 30:70
The copolyester in the range of 50 to 50 is preferable because it is rich in liquid crystallinity and easily formed into a film.

【0009】また、第一発明の波長変換素子では、配向
体薄膜を積層するという方法により反転ドメイン積層体
を構成している。均一な厚さを有するポリマーの配向体
薄膜を形成してこれを積層するという方法は、無機材料
を等厚に薄く切って並べるという方法に比べて、高度な
技巧が必要とされないだけでなく、それにより得られる
反転ドメイン構造の精度はむしろ高くなるのである。な
お、積層体を構成する各ドメイン(すなわち薄膜)の厚
みはコヒーレント長と同じか、それより少し小さくする
ことが望ましいが、その整数倍(ただし、あまり大きく
ないほうがよい)としてもよい。
Further, in the wavelength conversion element of the first invention, the inversion domain laminated body is formed by laminating the alignment body thin films. The method of forming a polymer oriented body thin film having a uniform thickness and laminating the same is not only not requiring a high degree of skill than the method of slicing and lining up inorganic materials in equal thickness, The accuracy of the inverted domain structure obtained thereby is rather high. It is desirable that the thickness of each domain (that is, a thin film) constituting the laminated body is equal to or slightly smaller than the coherent length, but may be an integral multiple thereof (however, not so large).

【0010】次に、第二の発明に係る波長変換素子につ
いて説明する。ドメインの界面における光の散乱を防止
するには、該界面に等屈折率液体を塗布することが望ま
しいのであるが、本発明者は、上記液体として液晶を用
いることにより位相整合の効率を大幅に増大させること
が可能となることを見出した。この発見に基づき、第一
発明の波長変換素子を改良したものが第二発明の波長変
換素子である。すなわち、液晶は外部電場によりその屈
折率を変化させることができるので、電場により液晶薄
膜の屈折率の調整が可能である。そこで、第二発明の波
長変換素子を電場中に配し、該電場を適宜変化させるこ
とにより液晶薄膜の屈折率を適宜チューニングすると、
特定の屈折率において効率的な位相整合が実現し、波長
変換効率が大幅に増大するのである。
Next, a wavelength conversion element according to a second invention will be described. In order to prevent light scattering at the domain interface, it is desirable to apply an equirefractive index liquid to the interface. However, the present inventor has greatly improved the phase matching efficiency by using liquid crystal as the liquid. It has been found that it can be increased. Based on this discovery, the wavelength conversion element of the second invention is an improvement of the wavelength conversion element of the first invention. That is, since the refractive index of the liquid crystal can be changed by an external electric field, the refractive index of the liquid crystal thin film can be adjusted by the electric field. Therefore, by disposing the wavelength conversion element of the second invention in an electric field and appropriately tuning the refractive index of the liquid crystal thin film by appropriately changing the electric field,
Efficient phase matching is realized at a specific refractive index, and the wavelength conversion efficiency is greatly increased.

【0011】[0011]

【発明の効果】本発明に係る波長変換素子は、光路長数
10μmでも十分実用化に耐えうる変換効率を達成でき
るものであり、多方面において各種光学部品の作成に大
いに利用されうるものである。特に、主鎖型光非線形性
高分子の一種である主鎖型液晶性高分子を用いて反転ド
メイン積層体を作成すれば、高い耐熱性を有する波長変
換素子が得られるので好ましい。すなわち、主鎖型液晶
性高分子はそもそも高強度、高耐熱性を目指して開発さ
れてきたものであるから、これを利用して構成された波
長変換素子は当然に高い耐熱性を有することとなるので
ある。
The wavelength conversion element according to the present invention can achieve conversion efficiency sufficient for practical use even with an optical path length of 10 μm, and can be widely used for producing various optical components in various fields. . In particular, it is preferable to form an inverted domain laminate using a main chain type liquid crystalline polymer which is a kind of a main chain type optical non-linear polymer since a wavelength conversion element having high heat resistance can be obtained. In other words, the main chain type liquid crystalline polymer was originally developed with the aim of high strength and high heat resistance, so that a wavelength conversion element constructed using this has naturally high heat resistance. It becomes.

【0012】[0012]

【実施例】本発明の効果を調べるため、以下のような内
容の実験を行なった。
EXAMPLES In order to investigate the effects of the present invention, the following experiments were conducted.

【0013】1)試料物質の用意 試料物質として、2-hydroxy-6-naphthoic acid(HN
A)と4-hydroxy-benzoic acid(PHB)とを成分とす
る共重合ポリエステルであって、HNAとPHBの組成
比(モル比)の異なる複数の共重合ポリエステルを用意
した。なお、この試料物質は主鎖型液晶性高分子の一種
である。
1) Preparation of sample substance As a sample substance, 2-hydroxy-6-naphthoic acid (HN
A plurality of copolymerized polyesters having components (A) and 4-hydroxy-benzoic acid (PHB) having different composition ratios (molar ratios) of HNA and PHB were prepared. This sample material is a kind of main chain type liquid crystalline polymer.

【0014】2)機械的製膜 上記試料物質をその液晶温度(280〜310℃)に加
熱して液晶状態とし、引き出し法(通常のテイ・ダイ法
に近い方法)によってフィルム化した。このフィルムを
以下では「機械的製膜フィルム」と呼ぶ。
2) Mechanical film formation The sample material was heated to its liquid crystal temperature (280 to 310 ° C) to form a liquid crystal state, and formed into a film by a drawing method (a method similar to a normal T-die method). This film is hereinafter referred to as “mechanical film-forming film”.

【0015】3)機械的製膜フィルムを用いた反転ドメ
イン積層体の作成 次に、機械的製膜フィルムを用いて反転ドメイン積層体
を作成した。その作成手順について図1を参照しながら
以下に説明する。なお、図1は、反転ドメイン積層体を
作成する手順を示す模式図である。
3) Preparation of Inverted Domain Laminate Using Mechanical Film-Formed Film Next, an inverted domain laminated body was prepared using a mechanical film-formed film. The creation procedure will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing a procedure for producing an inverted domain laminate.

【0016】液晶状態からの引き出し法では、比較的表
面が滑らかで均質なフィルムが大量に得られる。そこ
で、液晶状態の試料物質を引き出し法で一方向にのみ引
き出し、その引き出し方向に長い帯状に切断することに
より、図1(a)に示したような長さ6mm程度、幅1
mm程度の主鎖型液晶性高分子フィルム10(以下、単
にフィルム10とする)を形成した。ここで、フィルム
10の厚さは10〜12μm程度、すなわち、コヒーレ
ント長の2倍程度である(なお、図1では特に厚みを誇
張して描いている)。
According to the method of drawing from the liquid crystal state, a large amount of a uniform film having a relatively smooth surface can be obtained. Therefore, the sample material in a liquid crystal state is drawn out in only one direction by a drawing method, and cut into a long strip in the drawing direction, so as to have a length of about 6 mm and a width of 1 as shown in FIG.
A main chain type liquid crystalline polymer film 10 of about mm (hereinafter, simply referred to as film 10) was formed. Here, the thickness of the film 10 is about 10 to 12 μm, that is, about twice the coherent length (in FIG. 1, the thickness is particularly exaggerated).

【0017】次に、フィルム10の非線形光学定数の測
定を行なった。通常、非線形光学定数は結晶体の物理的
特性値として定義されるものであるが、上記フィルム1
0の固体構造には後述するように極めて高度な配向性が
認められるため、本実験では、結晶体に対すると同様
に、便宜的にフィルム10に対する非線形光学定数とい
うものを定義したものである。なお、この測定では、フ
ィルム10の分子鎖軸方向(フィルム10内の矢印方
向)をz軸に、フィルム10の面をx−z面に、フィル
ム10の厚み方向をy軸にとった。この場合、z軸に平
行な振動面を有する光波をy軸に平行に入射させたとき
に得られる非線形光学定数がd33である。
Next, the nonlinear optical constant of the film 10 was measured. Usually, the nonlinear optical constant is defined as a physical property value of a crystal.
Since a very high degree of orientation is recognized in the solid structure of No. 0 as described later, in this experiment, a nonlinear optical constant for the film 10 is defined for the sake of convenience as in the case of the crystal. In this measurement, the direction of the molecular chain axis of the film 10 (the direction of the arrow in the film 10) was taken as the z-axis, the plane of the film 10 was taken as the xz plane, and the thickness direction of the film 10 was taken as the y-axis. In this case, it is d 33 nonlinear optical constant obtained when a light wave having a vibration plane parallel to the z-axis is parallel to incident on the y-axis.

【0018】フィルム10の非線形光学定数d11及びd
33を測定すると、前者はほぼゼロであるのに対し、後者
はY-cut Quartzの非線形光学定数d11の10倍程度であ
った。また、フィルム10について偏光顕微鏡観察及び
X線回折測定を行なった結果、フィルム10を構成する
分子の長軸は、引き出し方向(マシン・ダイレクショ
ン)に高度に配向していることがわかった。以上のよう
な観察及び測定の結果から、フィルム10における分極
方向について、その正負両極のいずれが引き出し方向に
向いているかを直ちに決定することはできないものの、
フィルム10のどの部分を取っても、引き出し方向に一
方の極が向き、その逆方向には他方の極が向いていると
推察することは、十分に妥当なものと考えられる。以下
の記載では、図1(a)に示したように、正極が図面上
で上を向き、負極が下を向いているものとする。
The nonlinear optical constants d 11 and d of the film 10
When 33 was measured, the former was almost zero, while the latter was about 10 times the nonlinear optical constant d 11 of Y-cut Quartz. In addition, as a result of observation of the film 10 by a polarizing microscope and X-ray diffraction measurement, it was found that the long axes of the molecules constituting the film 10 were highly oriented in the drawing direction (machine direction). From the results of the above observations and measurements, although it is not possible to immediately determine which of the positive and negative poles of the polarization direction in the film 10 is oriented in the drawing direction,
Regardless of which part of the film 10 is taken, it is considered sufficiently reasonable to assume that one pole is oriented in the pull-out direction and the other pole is oriented in the opposite direction. In the following description, it is assumed that the positive electrode faces upward and the negative electrode faces downward as shown in FIG.

【0019】引き出し法によりフィルム10を形成した
後、該フィルム10を複数に切断した。なお、本実験で
は、図1(a)及び(b)に示したように、フィルム1
0を101〜106の6つの部分(以下、「フィルム
片」と呼ぶ)に分割したが、分割数は6である必要はな
く、任意の数としてよいことは言うまでもない。こうし
て得られた6枚のフィルム片101〜106を、図1
(b)に示したように、隣接する2つのフィルム片の分
極方向が互いに逆になるように積み重ね、6層を有する
構造体12を作成した。以下、この構造体12を反転ド
メイン積層体12と呼ぶ。なお、図では、反転ドメイン
積層体12の厚みを誇張して描いているが、実際には厚
さ約60〜72μmのフィルム状である。
After forming the film 10 by the drawing method, the film 10 was cut into a plurality. In this experiment, as shown in FIGS. 1A and 1B, the film 1
Although 0 was divided into six parts 101 to 106 (hereinafter, referred to as “film pieces”), the number of divisions need not be six, and may be an arbitrary number. The six film pieces 101 to 106 thus obtained were
As shown in (b), two adjacent film pieces were stacked so that the polarization directions were opposite to each other, and a structure 12 having six layers was prepared. Hereinafter, this structure 12 is referred to as an inverted domain laminate 12. Although the thickness of the inverted domain laminated body 12 is exaggerated in the drawing, it is actually a film having a thickness of about 60 to 72 μm.

【0020】4)波長変換セルの作成 次に、上記反転ドメイン積層体12を用いて波長変換セ
ル20を作成した。図2は波長変換セル20を示す断面
図である。この波長変換セル20は、一対のガラス板2
1及び22により反転ドメイン積層体12をサンドウィ
ッチ式に挟持したものをセル枠24により保持して成る
ものである。なお、反転ドメイン積層体12内の隣接す
るフィルム片の間や、反転ドメイン積層体12とガラス
板21又は22との間には、界面における光の散乱を防
止するために等屈折率液25を薄層状に封入してある。
4) Preparation of Wavelength Conversion Cell Next, a wavelength conversion cell 20 was prepared using the above-mentioned inverted domain laminated body 12. FIG. 2 is a sectional view showing the wavelength conversion cell 20. The wavelength conversion cell 20 includes a pair of glass plates 2.
A structure in which the inverted domain laminated body 12 is sandwiched between 1 and 22 in a sandwich manner is held by a cell frame 24. In addition, between adjacent film pieces in the inverted domain laminated body 12 or between the inverted domain laminated body 12 and the glass plate 21 or 22, an equal refractive index liquid 25 is applied to prevent scattering of light at an interface. It is sealed in a thin layer.

【0021】5)波長変換セルによる波長変換 波長変換セル20に光を入射したときに該セルから発生
する2次高調波光(SH光)の強度を測定すると、その
強度は、一枚の機械的製膜フィルムに光を照射したとき
に該フィルムから発生するSH光の強度の15〜20倍
という大きな値となった。このように、本発明によれ
ば、機械的製膜フィルムを複数のフィルム片に切断して
積層するという簡単な工程のみで、優れた非線形光学効
果を示す波長変換セルを得ることができるのである。
5) Wavelength Conversion by Wavelength Conversion Cell When the intensity of the second harmonic light (SH light) generated from the cell when the light is incident on the wavelength conversion cell 20 is measured, the intensity is one mechanical sheet. When the light was applied to the film-forming film, the intensity was as large as 15 to 20 times the intensity of SH light generated from the film. As described above, according to the present invention, a wavelength conversion cell exhibiting an excellent nonlinear optical effect can be obtained only by a simple process of cutting and laminating a mechanical film-formed film into a plurality of film pieces. .

【0022】次に、第二発明の一実施例である波長変換
セルについて図3及び図4を参照しながら説明する。図
3は本実施例の反転ドメイン積層体28を示す斜視図で
あり、図4は反転ドメイン積層体28を用いて作成した
波長変換セル32を示す断面図である。なお、反転ドメ
イン積層体28は実際にはフィルム状であるが、図では
その厚みを誇張して描いている。
Next, a wavelength conversion cell according to an embodiment of the second invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a perspective view showing the inverted domain stacked body 28 of the present embodiment, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing a wavelength conversion cell 32 formed using the inverted domain stacked body 28. Although the inverted domain laminate 28 is actually in the form of a film, its thickness is exaggerated in the figure.

【0023】反転ドメイン積層体28は、図3に示した
ように、図1のフィルム片101〜106と同様の方法
で得られた6枚のフィルム片108と7層の液晶薄膜3
0とが交互に積層された構造を有する。この反転ドメイ
ン積層体28を、図4に示したように、一対のガラス板
35及び36によりサンドウィッチ式に挟持し、更に、
液晶薄膜30の屈折率をチューニングするための一対の
電極33及び34を所定箇所に配置することにより、波
長変換セル32を得る。なお、液晶薄膜30が介挿され
た空間の周縁は液晶の漏出を防ぐためにシール材31で
シールされている。
As shown in FIG. 3, the inverted domain laminated body 28 is composed of six film pieces 108 obtained by the same method as the film pieces 101 to 106 of FIG.
0 are alternately stacked. As shown in FIG. 4, the inverted domain laminate 28 is sandwiched between a pair of glass plates 35 and 36, and furthermore,
The wavelength conversion cell 32 is obtained by disposing a pair of electrodes 33 and 34 for tuning the refractive index of the liquid crystal thin film 30 at predetermined positions. The periphery of the space in which the liquid crystal thin film 30 is inserted is sealed with a sealing material 31 to prevent leakage of the liquid crystal.

【0024】このような波長変換セル32において、一
対の電極33及び34の配置は液晶薄膜30を構成する
液晶の種類を考慮して決定される。例えば、液晶薄膜3
0を構成する液晶がp型ネマチック液晶である場合、反
転ドメイン積層体28の分極軸に平行な電場が印加され
るように電極33及び34を配置する。図4に示した電
極配置はこの場合に相当する。一方、液晶薄膜30を構
成する液晶がn型ネマチック液晶である場合、反転ドメ
イン積層体28内の分極軸に直交するような電場が印加
されるように電極を配置することになる。
In such a wavelength conversion cell 32, the arrangement of the pair of electrodes 33 and 34 is determined in consideration of the type of liquid crystal constituting the liquid crystal thin film 30. For example, the liquid crystal thin film 3
When the liquid crystal constituting 0 is a p-type nematic liquid crystal, the electrodes 33 and 34 are arranged so that an electric field parallel to the polarization axis of the inversion domain stack 28 is applied. The electrode arrangement shown in FIG. 4 corresponds to this case. On the other hand, when the liquid crystal forming the liquid crystal thin film 30 is an n-type nematic liquid crystal, the electrodes are arranged so that an electric field perpendicular to the polarization axis in the inversion domain stack 28 is applied.

【0025】以上のような構成によれば、電極33及び
34の間に印加する電圧を適宜調節することにより、液
晶薄膜30の屈折率とフィルム片108のそれとを完全
に一致させ、以て隣接するフィルム片108の間の界面
や、フィルム片108とガラス板35又は36との間の
界面における光の散乱を防止することができるのであ
る。
According to the above configuration, by appropriately adjusting the voltage applied between the electrodes 33 and 34, the refractive index of the liquid crystal thin film 30 and that of the film piece 108 are completely matched with each other. It is possible to prevent scattering of light at the interface between the film pieces 108 and the interface between the film piece 108 and the glass plate 35 or 36.

【0026】以上、図面を参照しながら、本発明に係る
波長変換素子の各種実施例について説明したが、実施例
はこれに限られるものではなく、本発明の精神及び範囲
内で様々に変形可能である。例えば、上記実施例では主
鎖型液晶性高分子である共重合ポリエステルを用いた
が、これ以外のいかなる主鎖型光非線形性高分子を用い
ても本発明は実施可能である。
While various embodiments of the wavelength conversion device according to the present invention have been described with reference to the drawings, the embodiments are not limited to these embodiments and can be variously modified within the spirit and scope of the present invention. It is. For example, in the above embodiment, a copolymer polyester which is a main chain type liquid crystalline polymer was used, but the present invention can be practiced using any other main chain type optical non-linear polymer.

【0027】また、上記実施例では帯状のフィルムの幅
を1mmとしたが、この幅も適宜変更可能である。ただ
し、第二発明のように反転ドメイン積層体内の界面に液
晶薄膜を介在させる場合は、次のような制約条件を考慮
する必要がある。すなわち、液晶の屈折率を有効に変化
させるには、その液晶の駆動電圧に相当する強度を有す
る電場を印加しなければならないという条件である。例
えば、p型ネマチック液晶の一種であるシアノビフェニ
ルで液晶薄膜30を構成する場合、必要となる電場の強
度は10μm当たり1V(すなわち1×105V/m)
程度である。フィルムの幅を大きくすればするほど、電
極間に印加する電圧を高くする必要があるから、不必要
にフィルムの幅を大きくすることは好ましいことではな
く、目的とする波長変換素子の用途等を考慮した適当な
幅とすることが好ましい。
In the above embodiment, the width of the belt-like film is set to 1 mm, but this width can be changed as appropriate. However, when a liquid crystal thin film is interposed at the interface in the inversion domain laminate as in the second invention, it is necessary to consider the following constraints. That is, in order to effectively change the refractive index of the liquid crystal, it is necessary to apply an electric field having an intensity corresponding to the driving voltage of the liquid crystal. For example, when the liquid crystal thin film 30 is composed of cyanobiphenyl which is a kind of p-type nematic liquid crystal, the required electric field strength is 1 V per 10 μm (that is, 1 × 10 5 V / m).
It is about. It is necessary to increase the voltage applied between the electrodes as the width of the film increases, so it is not preferable to unnecessarily increase the width of the film. It is preferable that the width be an appropriate width considering the above.

【0028】また、第二発明の実施例では、液晶薄膜3
0に利用可能な液晶の例としてp型ネマチック液晶及び
n型ネマチック液晶に言及したが、この他にも、例え
ば、複数種類の異なるp型液晶を含む混合液晶や、複数
種類の異なるn型液晶を含む混合液晶を用いることも可
能である。このような混合液晶では、その成分や組成比
に応じて応答性や屈折率が様々に変化する。このような
混合液晶を用いれば、反転ドメイン積層体を成す主鎖型
光非線形性高分子の種類や波長変換素子の使用目的等に
応じて混合液晶の成分や組成比を適宜決定することによ
り、所望の性能を有する波長変換素子を得ることができ
る。
In the embodiment of the second invention, the liquid crystal thin film 3
Although the p-type nematic liquid crystal and the n-type nematic liquid crystal have been mentioned as examples of the liquid crystal that can be used for 0, other than this, for example, a mixed liquid crystal including a plurality of types of different p-type liquid crystals, a plurality of types of different n-type liquid crystals, It is also possible to use a mixed liquid crystal containing. In such a mixed liquid crystal, the response and the refractive index change variously according to the components and the composition ratio. If such a mixed liquid crystal is used, the components and the composition ratio of the mixed liquid crystal are appropriately determined according to the type of the main-chain type optical non-linear polymer forming the inversion domain laminate, the intended use of the wavelength conversion element, and the like. A wavelength conversion element having desired performance can be obtained.

【0029】また、第二発明の説明において、電場を適
宜変化させることにより液晶薄膜の屈折率を調節するこ
とができることを述べたが、電場を変化させる方法とし
ては、電極への印加電圧を変化させるという方法だけで
なく、電極の配置を変更するという方法も利用可能であ
る。例えば、上記実施例のように一対の電極を用いて電
場を印加する場合、該一対の電極を、セルの光軸を中心
として回転できるようにするのである。このようにすれ
ば、電圧の調節と電極の配置変更を適宜組み合わせるこ
とにより、より高い精度で液晶薄膜の屈折率をチューニ
ングすることができる。
Further, in the description of the second invention, it has been described that the refractive index of the liquid crystal thin film can be adjusted by appropriately changing the electric field. As a method of changing the electric field, the voltage applied to the electrode is changed. In addition to the method of changing the position of the electrodes, a method of changing the arrangement of the electrodes can be used. For example, when an electric field is applied using a pair of electrodes as in the above embodiment, the pair of electrodes can be rotated about the optical axis of the cell. By doing so, the refractive index of the liquid crystal thin film can be tuned with higher accuracy by appropriately adjusting the voltage and changing the arrangement of the electrodes.

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

【図1】 (a)〜(c)反転ドメイン積層体を作成す
る手順を示す模式図。
FIGS. 1A to 1C are schematic views showing a procedure for producing an inverted domain laminate.

【図2】 図1の反転ドメイン積層体を用いて作成した
波長変換セルを示す断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a wavelength conversion cell created by using the inversion domain laminate of FIG.

【図3】 第二発明の一実施例である波長変換セルに用
いられる反転ドメイン積層体を示す斜視図。
FIG. 3 is a perspective view showing an inverted domain laminate used for a wavelength conversion cell according to an embodiment of the second invention.

【図4】 図3の反転ドメイン積層体を用いて作成した
波長変換セルを示す断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a wavelength conversion cell formed by using the inversion domain laminate of FIG. 3;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…主鎖型液晶性高分子フィルム 101〜106、108…フィルム片 12、28…反転ドメイン積層体 20、32…波長変換セル 21、22、35、36…ガラス板 24…セル枠 30…液晶薄膜 31…シール材 33、34…電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Main-chain type liquid crystalline polymer film 101-106, 108 ... Film piece 12, 28 ... Inversion domain laminated body 20, 32 ... Wavelength conversion cell 21, 22, 35, 36 ... Glass plate 24 ... Cell frame 30 ... Liquid crystal Thin film 31: sealing material 33, 34: electrode

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光第2高調波を発生する主鎖型光非線形
性高分子薄膜を積層して成る反転ドメイン積層体を含む
波長変換素子。
1. A wavelength conversion element including an inversion domain laminate formed by laminating a main chain type optical non-linear polymer thin film for generating an optical second harmonic.
JP10854798A 1998-04-03 1998-04-03 Wavelength conversion element using stacked structure of polymer thin film generating optical second harmonics Pending JPH11288013A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010231018A (en) * 2009-03-27 2010-10-14 Hamamatsu Photonics Kk Wavelength conversion light generator and generation system
US9880445B1 (en) * 2015-06-19 2018-01-30 Stc.Unm Harmonic generation using optimized stack of thin films

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