WO1998014827A1 - Materiau en verre de silice ayant une non-linearite optique de second ordre et son procede de fabrication - Google Patents

Materiau en verre de silice ayant une non-linearite optique de second ordre et son procede de fabrication Download PDF

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WO1998014827A1
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glass material
optical nonlinearity
optical
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nonlinearity
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PCT/JP1997/003470
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Takumi Fujiwara
Masahide Takahashi
Akira Ikushima
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Toyota School Foundation
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Publication date
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    • G02F1/3558—Poled materials, e.g. with periodic poling; Fabrication of domain inverted structures, e.g. for quasi-phase-matching [QPM]

Definitions

  • the present invention relates to a silica-based glass material having second-order optical nonlinearity and a method for producing the same.
  • the present invention relates to a SiO 2 (silica) -based glass material having second-order optical nonlinearity and a method for producing the same, particularly to a content of Ge (germanium).
  • WO 96/16634 proposes imparting secondary optical nonlinearity to a Si ⁇ 2-based glass material by ultraviolet excitation poling.
  • Ge is 12 moles. / 0 to S i ⁇ 2 glass material obtained by adding, 8 X 1 0 5 V / cm with ultraviolet-excited poling while applying an electric field, the secondary light of 6 pm / V in the size of the electro-optic coefficient r It is described that nonlinearity can be given. Note that the scope of the claims of the publication, as the magnitude of the electric field upon ultraviolet excitation port one ring, 1 0 4 numerical value of ⁇ 1 0 7 VZ cm and is raised, 8 X 1 0 5 in the embodiment V / cm has been adopted.
  • n a refractive index
  • d (1/2)% (2) .
  • Table 1 shows the measured values of r and d measured for various nonlinear optical materials (oxides), and the values of d t calculated from the measured relations using the above relational expressions. From this table, it is understood that the measured values and the calculated values do not always match. Table 1 is based on data from A. Yariv and P. Yeh, "Optical Waves in Crystals” (John Wiley & Sons, New York) p.230, P.513, etc. The sign is not taken into account.
  • d is the nonlinear response in the frequency ( ⁇ TH z) domain of light
  • r is a nonlinear response in the DC region.
  • Equation (2) was derived empirically: Using this equation (2), a d constant that is relatively consistent with the measured value can be obtained.
  • the applied electric field upon ultraviolet excitation bowling that actually used in the above publication is 8 X 1 0 5 VZ cm. Breakdown in G e added S i 0 2 based glass, because it is occurring in about 1 0 6 VZc m, the electric field is less margin, may cause personal cause breakdown: Accordingly, comprising the applied electric field vector There are also demands to lower it:
  • the present invention has been made in view of the above problems, and has an electro-optic coefficient equivalent to that of a crystalline material, LiNbO, and has a large optical nonlinearity that can be substituted for a practical crystalline material. It is an object of the present invention to provide a SiO 2 -based glass material having the following and to provide a manufacturing method therefor. It is another object of the present invention to obtain a material having sufficient second-order optical nonlinearity by ultraviolet excitation polling with a relatively low applied electric field.
  • the present invention is a Si 2 glass material including a portion having secondary optical nonlinearity, wherein the Ge concentration of the portion having secondary optical nonlinearity is 12 mol. /. Over 30 mol% and the magnitude of the second-order optical nonlinearity is 2.5 pm / V or more as the nonlinear optical constant d. It is characterized by being.
  • the present invention provides the above material, wherein the Ge concentration is 15 mol. And wherein the / is 0 or more - Further, the present invention provides the above materials, S I_ ⁇ 2 based glass material is optical fiber or a planar waveguide, a portion having a second-order optical nonlinearity or optical fiber It is characterized by being a core of a planar waveguide.
  • the present invention provides a manufacturing method of the S I_ ⁇ 2 glass material containing the site having second-order optical non-linearity, the region G e concentration is less 3 0 mole% more than 1 2 mol% S I_ ⁇ prepare 2 glass material, ultraviolet subjected to ultraviolet excitation port one ring process of irradiating while applying an electric field to the site, Yotsute thereto, to impart second order nonlinearity to the site containing It has second-order optical nonlinearity.
  • the Ge concentration is 15 mol% or more.
  • the size of the field is 1 X 1 0 5 VZc m or more, and less than 8 X 1 0 5 V / cm .
  • FIG. 1 is a front sectional view showing the configuration of the embodiment.
  • FIG. 2 is a side sectional view showing the configuration of the embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the applied electric field and the generated optical nonlinearity.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the Ge concentration and the optical non-linearity developed.
  • Fig. 5 is a perspective view showing the configuration of the device used in the experiment.
  • FIG. 6 is a schematic front view of the apparatus used for the experiment. [Best Mode for Carrying Out the Invention]
  • the optical fiber 10 has a configuration in which silica glass (Sio 2 ) is stretched in a cylindrical shape, and is doped with Ge (germanium) or the like, and has a refractive index-adjusted central portion for the optical conduction core portion. 10a, the periphery is formed as cladding 10b:
  • a pair of side holes 12a and 12b are formed in the clad portion 10b, and electrodes 14a and 14b made of an aluminum wire are inserted and arranged here. As is clear from the figure, the electrodes 14a and 14b are provided to face each other with the core 10a interposed therebetween.
  • the core portion 10a is formed such that the magnitude of the second-order optical nonlinearity is 2.5 pm / V or more.
  • the Ge concentration of the core 10a is set to exceed 12 mol%. That is, by setting the Ge concentration as described above, the magnitude of the second-order optical nonlinearity imparted by the ultraviolet light poling can be increased to 2.5 pm / V or more.
  • the Ge concentration of the core portion 10a is set to 30 mol% or less so that the optical fiber 10 can be drawn.
  • Such a grating element is manufactured as follows.
  • C an optical fiber having electrodes 144, 14b inserted in side holes 12a, 12b is prepared.
  • the center of the optical fiber carbonochloridate 1 0 is greater than G e force S 1 2 mole 0/0, is added to be less than 3 0 mol 0/0.
  • the optical fiber 10 is formed by, for example, forming a core-corresponding portion by changing the amount of Ge added when sequentially forming the preform, and then drawing the core in a heated state.
  • the diameter of the optical fiber 10 is 200 ⁇ m
  • the diameter of the side holes 12 a and 12 b and the electrodes 14 a and 14 b is approximately 40 ⁇ m
  • the length of the electrodes 14 a and 14 b Is about 4 cm
  • the distance between the electrodes 14a and 14b is 8 to 10 ⁇ m
  • the length of the optical fiber is about 10 cm.
  • the electrodes 14a and 14b are inserted into the side holes 12a and 12b from different ends as shown in FIG. 1, and the ends protrude only in different directions. .
  • a high electric field can be applied to the core 10a.
  • a voltage is applied between the electrodes 14a and 14b. This voltage should be about 700-8 OOV.
  • an electric field of 1 ⁇ 10 5 to 8 ⁇ 10 5 V / cm is applied to the core 10 a.
  • an ArF excimer laser (wavelength: 1933 nm) is irradiated as a pulse, and the core 10a is irradiated with ultraviolet light.
  • the Ge concentration in the core portion 10a is set to exceed 12 mol%. This is due to the following reason: According to the study of the present inventors, in UV-excited poling, as the magnitude of the applied electric field increases, the optical nonlinearity that develops increases. However, as shown in Fig. 3, when the electric field is increased to a certain extent, the effect is saturated, and the optical nonlinearity that appears does not increase further.
  • the magnitude of the electric field that saturates this optical nonlinearity depends on the Ge concentration. In other words, the higher the Ge concentration, the more the non-linearity developed in a low electric field is saturated. In G e concentration 1 2 mole 0/0, a field 1 0 6 V / cm, not yet saturated, considered necessary higher fields. However, breakdown of the application of a higher than 1 0 6 VZc m field material (S i 0 2 glass) occurs. Therefore, there is a demand that the applied electric field be less than this. In the past, there was no recognition of such a relationship, so that an attempt was made to give as large an optical nonlinearity as possible by applying an electric field as high as possible. It is characterized by giving the material maximum optical nonlinearity. The materials described in the gazettes described in the section of the conventional example have not yet saturated optical nonlinearity, and therefore do not have sufficient optical nonlinearity.
  • the Ge concentration is 30 mol. / 0 If more than, drawing the optical fiber shall be the core S i 0 2 glass containing G e becomes difficult. Therefore, the Ge concentration is 30 molar. / 0 or less is preferable.
  • optical nonlinearity is given to the core 10 a of the optical fiber 10.
  • the characteristics of the core 10a can be changed, and optical switching and the like can be performed.
  • a portion in which optical nonlinearity is repeatedly provided at a predetermined interval in the core portion 10a is formed.
  • the optical fiber with an electrode of the present invention is characterized in that It is also preferable to draw the electrodes together with the glass material as shown in Japanese Patent Application No. 8-244964.
  • G e is also preferably added in the form of G E_ ⁇ 2.
  • a test bead 20 made of SiO 2 glass having a size l OX l OX l mm shown in FIG. 5 was prepared. This test piece 20 has a Ge concentration of 15 mol. C which is / 0
  • the test piece 20 is formed with a pair of electrode guide grooves 22 a and 22 b each having a width of 0.2 mm (size 10 mm): and a pair of electrode guide grooves.
  • a pair of electrode plates 24a, 24b (made of aluminum) are inserted into the grooves 22a, 22b, and a predetermined voltage is applied between the pair of electrode plates 24a, 24b to form the electrodes 24a, 24b.
  • a predetermined electric field was applied to the glass material existing between, 24b.
  • the distance between the pair of electrode plates 24a and 24b was set to 1 mm.
  • the test piece 20 was placed on a surface plate 30 made of an insulating material.
  • the test piece 20 was placed, and the periphery of the four sides of the test piece 20 was covered with insulating grease.
  • the electrode plate 24b inserted from below was inserted through a slit provided on the surface plate 30, and the electrode plates 24a and 24b inserted from below were fixed with an elastic adhesive 34. Note that a planar waveguide can be easily obtained by using such a material.
  • the Ge concentration was 15 mol. In / 0 S i 0 2 system glass, optical nonlinearity is almost saturated at the electric field IX 1 0 5 V / cm. In this figure, the Ge concentration is 12 mol. /.
  • the results of the ultraviolet light polling are also shown. In the conventional example, it can be seen that the developed optical nonlinearity is smaller than that of the present invention despite the application of a high electric field.
  • FIG. 4 shows a plot of the saturation value of the optical nonlinearity against the Ge concentration.
  • the magnitude of the optical nonlinearity increases with the magnitude of the Ge concentration.
  • the Ge concentration is low, it is considered that the optical nonlinearity that has yet to be exhibited is not saturated even when a high electric field of 8 ⁇ 10 5 VZcm is applied.
  • the present invention by setting the Ge concentration of the SiO 2 -based glass material to a relatively high concentration, even if the applied electric field in the ultraviolet excitation poling is relatively low, sufficient light can be obtained. Non-linearity can be exhibited. Therefore, dielectric breakdown can be reliably prevented, and optical nonlinearity equivalent to that of a crystalline material can be obtained.
  • optical switches In information transmission systems using light such as optical fibers.

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Description

明 細 書
2次光非線形性を有するシリカ系ガラス材料及びその製造方法 [技術分野]
本発明は、 2次光非線形性を有する S i O 2 (シリカ） 系ガラス材料及びその製 造方法、 特に G e (ゲルマニウム） の含有量に関する。
[背景技術]
近年、 大容量の情報伝達の必要性はますます高まっており、 光ファイバなど光 を利用する情報伝達が広く利用されるようになつてきている。 このような情報伝 達システムにおいては、 各種の光機能素子が必要であり、 これら光機能素子を形 成するには、 2次光非線形性を有する材料が重要である。
このような 2次光非線形性を有する材料としては、 L i Nb 03等の結晶材料が 広く利用されているが、 光ファイバとの安定な接続、 低い伝送損失、 低コスト、 広い透過波長域等の点を考慮すると、 ガラス材料を用いたいという要求がある。 一般に、 ガラス材料は 2次光非線形性を有さないため、 これを利用することはで きない- しかし、 ガラス材料に 2次の光非線形性を付与する方法についての提案 もある：
例えば、 WO 9 6/ 1 6 3 4 4号公報には、 紫外線励起ポーリングにより、 S i〇2系ガラス材料に 2次光非線形性を付与することが提案されている。 この公報 には、 G eを 1 2モル。 /0添加した S i 〇2系ガラス材料に対し、 8 X 1 05V/c mの電界を印加しながら紫外線励起ポーリングを行い、 電気光学係数 rの大きさ で 6 p m/Vの 2次光非線形性が付与できることが記載されている。 なお、 上記 公報の請求の範囲には、 紫外線励起ポ一リングの際の電界の大きさとして、 1 0 4〜 1 07 VZ c mという数値が上げられており、 実施例では 8 X 1 05V/c mが 採用されている。
ここで、 電気光学係数 rと 2次の光非線形感受率 X (2)との間には、
ー ( 2 χ ,2, ) /η 4 … ( 1 ) という式 （1 ) の関係があることが知られている。 ここで、 nは屈折率である：. また、 S HG (第 2高調波） 素子等の波長変換において通常用いられる d定数は、 d = ( 1 /2) % (2)で表される。
しカゝし、 上記 （ 1 ) 式は、 実際に測定された rと dの関係と必ずしも合致しな い。 表 1に種々の非線形光学物質 （酸化物） について測定された r， dの実測値、 および実測された から、 上記の関係式を用いて計算した d tの値を示す。 この表 からも、 実測値と計算値が必ずしも一致していないことが理解される。 なお、 表 1は、 A. Yariv and P. Yeh, "Optical Waves in Crystals" (John Wiley & Sons, New York) p.230, P.513 等のデータによるものであり、 大きさのみを示し、 符 合は考慮していない。
<表 1〉
Figure imgf000004_0001
これは、 rと dでは非線形性を生じさせる電場の周波数が著しく異なるためと 考えられる。 すなわち、 dは光の周波数 （〜TH z ) 領域の非線形応答であり、 一方 rは直流領域の非線形応答であることによる。
そこで、 光非線形性を生じさせる電場の周波数応答性を加味し、
d = ( 1 / 5 ) i n 4X r /4 ！ · · · ( 2)
という （2) 式を経験的に導き出した： この （2) 式を用いることで、 比較的実 測値と一致した d定数が得られる。
この式を用い、 前記公報の紫外線ボーリングにより得られた電気光学係数の値 r = 6 p mZVから、 G e添加 S i O 2系ガラス材料の屈折率を n = 1. 4 8とし て dを計算すると、 d = l . 4 p m/V程度となる。 水晶の d定数 d q zは 0. 5 p mZVであり、 前記公報に記載の G e添加 S i O 2系ガラス材料の dノ d q z = 2. 8程度であると考えられる。
この d / d q z= 2. 8という値は、 実用的な光機能デバイスとして多く使用さ れている結晶質材料の L i N b 03の d Z d q z= 6. 4に比べかなり小さレ、 c 従つ て、 上記公報に記載された G e添加 S i 02系ガラス材料は、 光機能デバイスに利 用するには、 その 2次光非線形性が十分でないといえる。
従って、 さらに高い 2次光非線形性を有するガラス材料が望まれれる： さらに、 上記公報において実際に利用している紫外線励起ボーリングの際の印加電界は、 8 X 1 05VZ c mである。 G e添加 S i 02系ガラスにおける絶縁破壊は、 1 0 6VZc m程度で生起されるため、 上記電界は余裕が少なく、 絶縁破壊を生じるお それがある： そこで、 印加電界をなるベく低く したいという要求もある：
[発明の開示]
本発明は、 上記課題に鑑みなされたものであり、 結晶質材料である L i N b O と同等の電気光学係数を有し、 実用的な結晶質材料と代替し得るような大きな光 非線形性を有する S i 02系ガラス材料を提供すること及びそのための製造方法を 提供することを目的とする。 さらに、 比較的低い印加電界の紫外線励起ポーリン グ処理で、 十分な 2次光非線形性を有する材料を得ることを目的とする。
本発明は、 2次光非線形性を有する部位を含む S i 〇2系ガラス材料であって、 2次光非線形性を有する部位の G e濃度が 1 2モル。/。を超え 3 0モル％以下であ り、 かつ 2次光非線形性の大きさが非線形光学定数 dとして 2. 5 p m/V以上 であることを特徴とする。
また、 本発明は、 上記材料において、 G e濃度が 1 5モル。 /0以上であることを 特徴とする- また、 本発明は、 上記材料において、 S i〇2系ガラス材料が光ファイバまたは 平面導波路であり、 2次光非線形性を有する部位が光フアイバまたは平面導波路 のコア部であることを特徴とする。
また、 本発明は、 2次光非線形性を有する部位を含む S i〇2系ガラス材料の製 造方法であって、 G e濃度が 1 2モル％を超え 3 0モル％以下である部位を含む S i〇2系ガラス材料を準備し、 該部位に電界を付与しながら紫外線を照射する紫 外線励起ポ一リング処理を施し、 これによつて、 該部位に 2次光非線形性を付与 することを特徴とする 2次光非線形性を有する。
また、 上記製造方法において、 上記 G e濃度が 1 5モル％以上であること特徴 とする。
また、 本発明は、 上記製造方法において、 上記電界の大きさが 1 X 1 05VZc m以上、 8 X 1 05V/c m未満であることを特徴とする。
このように、 本発明においては、 S i〇2系ガラス材料における G e濃度を 1 2 モル％を超えるものとする。 そこで、 これを紫外線励起ポーリング処理した際に、 印加電界が 1 X 1 05V/ c m以上、 8 X 1 05V/c m未満の範囲であっても、 電気光学係数として、 2. 5 p m/V以上の 2次光非線形性を S i 02系ガラス材 料に付与することができる。 従って、 絶縁破壊を防止しつつ、 十分な 2次光非線 形性を有する S i 02系ガラス材料を得ることができる。
[図面の簡単な説明]
図 1は、 実施形態の構成を示す正面断面図である。
図 2は、 実施形態の構成を示す側面断面図である。
図 3は、 印加電界と発現される光非線形性の関係を示す図である。
図 4は、 G e濃度と発現される光非線形性の関係を示す図である。
図 5は、 実験に用いた装置の構成を示す斜視図である c
図 6は、 実験に用いた装置の概略正面図である。 [発明を実施するための最良の形態]
以下、 本発明に好適な実施の形態 （以下、 実施形態という） について、 図面に 基づいて説明する。
図 1、 2は、 本発明に係る S i〇2系ガラス材料を用いた光機能素子の構造を示 す概略構成図である。 光ファイバ 1 0は、 シリカガラス （S i 02 ) を円柱状に 延伸した構成をしており、 G e (ゲルマニウム） 等がドープされ、 屈折率が調整 された中心部が光導通用のコア部 1 0 a、 周辺部がクラッド部 1 0 bとして形成 されている：：
また、 クラッド部 1 0 bには、 一対のサイ ドホール 1 2 a、 1 2 bが形成され ており、 ここにアルミニウム線材からなる電極 1 4 a、 1 4 bが挿入配置されて いる。 図から明らかなように、 電極 1 4 a、 1 4 bは、 コア部 1 0 aを挟んで対 向して設けられている。
ここで、 コア部 1 0 aは、 2次の光非線形性の大きさが、 2. 5 p m/V以上 となるように形成されている。 このために、 コア部 1 0 aの G e濃度が 1 2モル %を超えるように設定されている。 すなわち、 このような G e濃度とすることに よって、 紫外線光ポーリングにより付与される 2次の光非線形性の大きさを 2. 5 p m/V以上という大きなものにできる。 なお、 光ファイバ 1 0の線引き加工 を可能とするため、 コア部 1 0 aの G e濃度は、 3 0モル％以下に設定されてい る。
「製造方法」
このようなグレーティング素子は、 次のようにして製造する c まず、 サイ ドホ ール 1 2 a、 1 2ヒ内に電極1 4 3、 1 4 bが揷入された光ファイバを用意する。 この光ファイ ノく 1 0の中心部には、 G e力 S 1 2モル0 /0を超え、 3 0モル0 /0未満と なるように添加されている。 なお、 光ファイノく 1 0は、 例えばプリフォームを順 次積層形成する際の G eの添加量を異ならせてコア相当部分を形成した後、 加熱 状態で線引きして形成する。
光ファイバ 1 0の直径は 2 00 μ m、 サイ ドホール 1 2 a、 1 2 b及び電極 1 4 a、 1 4 bの直径はほぼ 4 0 μ m、 電極 1 4 a、 1 4 bの長さは 4 c m程度、 電極 1 4 a、 1 4 bの間隔は 8〜 1 0 μ m、 光ファイバの長さは 1 0 c m程度と する。
ここで、 電極 1 4 a、 1 4 bは、 図 1に示すように、 異なる端からサイ ドホー ル 1 2 a、 1 2 bに挿入されており、 その端部が異なる方向にのみ突出している。 これは、 電極 1 4 a、 1 4 b間での放電を防止するためである- 空気の絶縁破壊 電圧は、 約 1 04VZc mであり、 それより大きな電界をコア部 1 0 aに印加する ためには、 空気が介在する経路をできるだけ長くとる必要がある 3 図 1のような 電極 1 4 a、 1 4 bの構成によって、 コア部 1 0 aに高い電界印加が達成できる。 そして、 電極 1 4 a、 1 4 b間に電圧を印加する。 この電圧は、 約 700〜8 O O Vとする。 これによつて、 コア部 1 0 aに、 1 X 1 05〜 8 X 1 05V/ c m の電界が印加される。 この状態で、 A r Fエキシマレーザ （波長 1 9 3 nm) を パルスとして照射し、 コア部 1 0 aに紫外線を照射する。 このレーザのエネルギ —密度は、 3 6 m J Zc m2 程度、 パルスの繰り返し間隔は 1 0 p p s (パルス 秒） 程度、 照射時間は 1 0〜 3 0分程度とする。
このような紫外線ボ一リングによって、 コア部 1 0 aに 2. 5 p mZV以上と いう大きな 2次光非線形を付与することができる。
「G e濃度及び電界の大きさについて」
ここで、 本実施形態においては、 コア部 1 0 aにおける G e濃度を 1 2モル％ を超えるように設定している。 これは、 次のような理由による- すなわち、 本発 明者らの研究によれば、 紫外線励起ポーリングにおいて、 印加する電界の大きさ が大きくなるほど、 発現する光非線形性が大きくなる。 しかしながら、 図 3に示 すように、 ある程度以上電界が大きくなるとその効果が飽和し、 発現する光非線 形性はそれ以上大きくならなくなる。
この光非線形性を飽和させる電界の大きさは、 G e濃度に依存する。 すなわち、 G e濃度が高くなるほど、 低電界で発現する非線形性が飽和する。 G e濃度 1 2 モル0 /0においては、 電界 1 06V/c mで、 まだ飽和しておらず、 より高い電場が 必要と考えられる。 しかし、 1 06VZc mより高い電界を印加すると材料 （S i 02ガラス） の絶縁破壊が生じる。 そこで、 印加する電界は、 これ以下にしたいと いう要求がある。 従来は、 このような関係についての認識が全くなかったため、 なるべく高い電 界の印加で、 なるべく大きな光非線形性を付与しょうとしていた： 本発明は、 G e濃度を最適なものに設定することで、 材料に最大限の光非線形性を付与したこ とを特徴とする。 従来例の欄において示した公報に記載されている材料は、 光非 線形性が未だ飽和しておらず、 そのため十分な光非線形性を有していない。
ここで、 G e濃度は 1 2モル。 /。を超えることが好ましい。 G e濃度が 1 2モル %以下であると、 絶縁破壊が生じないような範囲の電界印加では、 紫外線励起ポ —リングにより生じる光非線形性の大きさが十分飽和しないからである- さらに、 G e濃度を 1 5モル。 /0以上とすれば、 絶縁破壊が生じないような範囲の電界印加 による紫外線光ポーリングによって、 確実に飽和した光非線形性を得ることがで きる。 このため、 G e濃度を 1 5モル。 /0以上とすることが特に好ましレ、 =
また、 G e濃度が 3 0モル。 /0を超えると、 G eを含む S i 0 2ガラスをコアとす る光ファイバの線引きが困難になる。 従って、 G e濃度は 3 0モル。 /0以下とする ことが好ましい。
さらに、 紫外線励起ポーリングの印加電界は、 上述のような範固の G e濃度に 対し、 1 X 1 0 5 VZ c m以上とすることが好ましい 2 これ以下の電界では、 発現 される光非線形性が飽和しないと考えられるからである = さらに、 この電界は、 8 X 1 0 5 VZ c m以下とすることが好ましレ、： これは、 これ以上大きい電界では、 絶縁破壊が起こる確率が高くなるからである =
「その他」
上記例では、 光ファイバ 1 0のコア部 1 0 aに光非線形性を付与した。 このよ うな構成によれば、 電極 1 4 a、 1 4 bに所定の電界を付与することで、 コア部 1 0 aの特性を変更することができ、 光スイッチングなどが行える。 また、 特願 平 8— 2 1 2 3 2 3号、 8— 2 4 4 9 6 6号等に提案したように、 コア部 1 0 a に所定間隔をおいて繰り返し光非線形性を付与した部分を形成することでダレ一 ディング部を形成し、 グレーデイング素子や波長スィッチを形成したり、 特願平 8— 2 4 4 9 6 5号に提案したように、 平面導波路を形成したりする場合に、 本 発明のような材料を利用することが好ましい。 また、 S H G素子など各種の光機 能素子に好適に利用可能である。 さらに、 本発明の電極入りの光ファイバは、 特 願平 8— 24 4 9 64号に示したように電極をガラス材料と共に、 線引きするこ とも好ましい。 また、 G eは G e〇2の形で添加することも好ましい。
「具体例」
図 5に示す大きさ l O X l O X l mmの S i 02系ガラス製のテストビース 20 を用意した。 このテス トピース 20は、 G e濃度 1 5モル。 /0である c
このテス トピース 20には、 幅 0. 2 mm (大きさ 1 0 mm) の一対の電極ガ イ ド溝 2 2 a， 2 2 bが平行に形成されている： そして、 この一対の電極ガイ ド 溝 2 2 a， 2 2 bに一対の電極板 24 a， 24 b (アルミニウム製） を揷入し、 この一対の電極板 24 a， 2 4 b間に所定の電圧を印加し、 電極 24 a， 24 b 間に存在するガラス材料に所定の電界を印加した。 ここで、 一対の電極板 24 a , 2 4 b間の距離は 1 mmに設定した- なお、 実際には、 図 6に示すように、 テス トピース 20を絶縁材からなる定盤 3 0上に載置し、 テス トピース 20の四辺の 周囲を絶縁性グリースで覆った。 また下方から挿入する電極板 24 bは、 定盤 3 0に設けたスリ ッ トを介し挿入し、 この下方から挿入する電極板 24 a， 24 b は、 弾性接着剤 3 4で固定した。 なお、 このような材料によって、 平面導波路を 容易に得ることができる。
このような材料において、 電極板 24 a , 24 b間に印加する電圧を変更し、 電極間のガラス材料に種々の電界を印加すると共に、 ここに紫外線を照射して紫 外線励起ポーリング処理を行った： そして、 得られたガラス材料の光非線形性を 測定した： この結果を d/d。zで表したものが図 3である。
図から明らかなように、 G e濃度 1 5モル。 /0の S i 02系ガラスでは、 電界 I X 1 05V/c mで光非線形性がほぼ飽和する。 なお、 この図においては、 G e濃度 1 2モル。/。において紫外線光ポ一リングを行った上記公報に記載のもの （従来例） も併せて示してある。 従来例では、 高電界を印加しているにも拘わらず、 発現さ れた光非線形性は本発明のものより小さいことが分かる。
また、 図 4には、 光非線形性の飽和値を G e濃度に対してプロットしたものを 示す- このように、 光非線形性の大きさは、 G e濃度の大きさと共に増大する。 上記従来例では、 G e濃度が低いため、 8 X 1 05VZc mという高い電界を印加 しても未だ発現する光非線形性が飽和していないものと考えられる。 以上説明したように、 本発明によれば、 S i 0 2系ガラス材料の G e濃度を比較 的高濃度にすることによって、 紫外線励起ポーリングにおける印加電界を比較的 低く しても、 十分な光非線形性を発現できる。 従って、 絶縁破壊を確実に防止し て、 結晶材料と同等の光非線形性を得ることができる。
[産業上の利用可能性]
光ファイバなど光を利用する情報伝達システムにおける光スィ ッチなどの各種 光機能素子を形成するのに利用される。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 2次光非線形性を有する部位を含む S i 02系ガラス材料であって、
2次光非線形性を有する部位の G e濃度が 1 2モル％を超え 3 0モル％以下で あり、 かつ 2次光非線形性の大きさが非線形光学定数 dとして 2. δ ρηιΖν以 上であることを特徴とする 2次光非線形性を有する S i 02系ガラス材料。
2. 請求項 1に記載の材料であって、
上記 G e濃度が 1 5モル。 /0以上であることを特徴とする 2次光非線形性を有す る S i O 2系ガラス材料。
3. 請求項 1または 2に記載の材料において、
S i〇2系ガラス材料が光ファイバまたは平面導波路であり、 2次光非線形性を 有する部位が光フアイバまたは平面導波路のコア部であることを特徴とする 2次 光非線形性を有する S i O 2系ガラス材料。
4. 2次光非線形性を有する部位を含む S i 02系ガラス材料の製造方法であって. G e濃度が 1 2モル％を超え 3 0モル％以下である部位を含む S i〇2系ガラス 材料を準備し、
該部位に電界を付与しながら紫外線を照射する紫外線励起ボーリング処理を施 し、 これによつて、 該部位に 2次光非線形性を付与することを特徴とする 2次光 非線形性を有する S i〇2系ガラス材料の製造方法。
5. 請求項 4に記載の製造方法において、
上記 G e濃度が 1 5%以上であること特徴とする 2次光非線形性を有する S i O 2系ガラス材料の製造方法。
6. 請求項 4または 5に記載の製造方法において、
上記電界の大きさが 1 X 1 05V/ c m以上、 8 X 1 06V/ c m未満であるこ とを特徴とする 2次光非線形性を有する S i 02系ガラス材料の製造方法。
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