JPH02167531A - 光波長変換装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、基本波を第２高調波や和周波、差周波等に波
長変換する光波長変換装置、特に詳細には、有機非線形
光学材料を用いた光波長変換素子により波長変換を行な
う光波長変換装置に関するものである。

（従来の技術） 従来より、非線形光学材料を利用して、レーザー光を第
２高調波等に波長変換（短波長化）する試みが種々なさ
れている。このようにして波長変換を行なう光波長変換
素子として具体的には、例えば「光エレクトロニクスの
基礎ＪＡ、ＹＡＲＩＶ著、多田邦雄、神谷武志訳（丸善
株式会社）のｐ２００〜２０４に示されるようなバルク
結晶型のものがよく知られている。ところがこの光波長
変換素子は、位相整合条件を満たすために結晶の複屈折
を利用するので、非線形性が大きくても複屈折性が無い
材料あるいは小さい材料は利用できない、という問題が
あった。

上記のような問題を解決できる光波長変換素子として、
いわゆるファイバー型のものが提案されている。この光
波長変換素子は、クラッド内に非線形光学飼料からなる
コアが充てんされた光ファイバーであり、応用物理学会
懇話会微小光学研究グループ機関誌ＶＯＬ、　　３．　
Ｎｏ、２＋　　ｐ２８〜３２にはその一例が示されてい
る。このファイバー型の光波長変換素子は、基本波と波
長変換波との間の位相整合をとることも容易であるので
、最近ではこのファイバー型光波長変換素子についての
研究が盛んになされている。また、例えば本出願人によ
る特開昭６３−１５２３３号、同６３−１５２３４号公
報に示されるように、クラッド層となる２枚の基板の間
に非線形光学材料からなるスラブ状先導波路を形成した
、２次元光導波路型の光波長変換素子も知られている。

さらには、クラッド層となる１枚の基板内に非線形光学
材料からなる３次元光導波路を埋め込んだ、３次元光導
波路型の光波長変換素子も知られている。この先導波路
型の光波長変換素子も、上述のような特長を有している
。

ところで、近時、これらファイバー型、先導波路型の光
波長変換素子において、非線形光学材料として単結晶の
有機非線形光学材料を用いる提案が種々なされている。

この有機非線形光学材料は、無機材料に比べて非線形光
学定数が極めて大きいので、この有機非線形光学材料を
用いれば高い波長変換効率を得ることが可能となるので
ある。この有機非線形光学材料としては、例えば特開昭
６０−２５０３３４号公報及び“Ｎｏｎ１ｉｎｅｒ　０
ｐｔｉｃａｌ　　Ｐ　ｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　　Ｏ
ｒｇａｎｊｃ　ａｎｄ　　Ｐ　ｏｉｙｍｅｒｊｃＭａｔ
ｅｒｊａｌｓ”　Ａ　ＣＳ　　Ｓ　ＹＭＰ　ＯＳ　Ｉ　
ＵＭ　　５ＥＲＩＥＳ　　２２３．　Ｄａｖｉｄ　Ｊ、
　Ｗｉｌｌｉａｍｓ編（Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ　５ｏｃｉｅｔｙ、　　１９８３年刊）「有機非
線形光学材料」加藤政雄１中西八部監修（シー・エム・
シー社、１９８５年刊）、“Ｎｏｎ１ｉｎｅａｒ　　Ｏ
ｐｔｉｃａｌ　　Ｐ　ｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　　Ｏ
ｒｇａｎｆｃＭｏｌｅｃｕｌｅｓ　ａｎｄ　　Ｃｒｙｓ
ｔａｌｓ　”　Ｄ、　　Ｓ、　　ＣｈｅｍｌａおよびＪ
、Ｚｙｓｓ編（Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐ　ｒｅｓｓ　　Ｉ
　ｎｃ。

１９８７年刊）　、Ｒ，Ｔ、　　Ｂａ１ｌｅｙ等による
”Ｔｈｅ　　Ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎｄ　　Ｐｅｒｒｏｒ
ｒｎａｎｃｅ　ｏｆ　ＴｈｅＯｒｇａｎｉｃ　　Ｎｏｎ
−Ｌｉｎｅａｒ　０ｐｔｉｃａｌ　　Ｍａｔｅｒｉａｌ
（）　　２−　　Ｃａ　−Ｍｅｔｈｙｌｂｅｎｚｙｌａ
ｌｌｉｎｏ）　　−５−Ｎｊｔｒｏｐｙｒｉｄｉｎｅ　
（Ｍ　Ｂ　Ａ　−Ｎ　Ｐ　）”　（○ｐｌｉｅｓ　　Ｃ
ｏｍｍｕｎｌｃａｔｉｏｎｓ、　　Ｖｏｌ、　６５．　
　Ｎｏ、３　、　　Ｐ２２９　）等に示されるＭＮＡ　
（２−メチル−４−ニトロアニリン）　、ｍＮＡ　（メ
タニトロアニリン）、ＰＯＭ（３−メチル−４−ニトロ
ピリジン−１−オキサイド）、尿素、ＮＰＰ　［Ｎ−（
４−ニトロフェニル）−（Ｓ）−プロリノール］　、Ｎ
ＰＡＮ　（２［Ｎ−（４−ニトロフェニル）−Ｎ−メチ
ルアミノコアセトニトリル）　、ＤＡＮ　（２−ジメチ
ルアミノ−５−ニトロアセトアニリド）　、ＭＢＡ−Ｎ
Ｐ　［２−Ｎ　（α−メチルベンジルアミノ）−５ニト
ロピリジン］さらには本出願人による特開昭６２−２１
０４３２号公報に示される３、５−ジメチル−１−（４
−ニトロフェニル）ピラゾール、３．５−ジメチル−１
−（４−ニトロフェニル）１．２．４−１リアゾール、
２−エチル−１（４−ニトロフェニル）イミダゾール、
１−（４ニトロフエニル）ピロール、２−ジメチルアミ
ノ１−５−ニトロアセトアニリド、５−ニトロ−２−ピ
ロリジノアセトアニリド、３−メチル−４ニトロピリジ
ン−Ｎ−オキシド等が挙げられる。

例えばＭＮＡは、無機非線形光学材料であるＬｉＮｂＯ
３に比べると２０００倍程度高い波長変換効率を有する
ので、この有機非線形光学材料を用いて光波長変換素子
を形成すれば、−殻内な小型かつ低コストの半導体レー
ザーからの赤外レーザー光を基本波として第２高調波等
を発生させることにより、青領域の短波長レーザー光を
得ることも可能となる。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上述の有機非線形光学材料によって光ファイ
バーのコア、あるいは先導波路を構成して得られたファ
イバー型あるいは先導波路型の光波長変換素子にあって
は、従来、波長変換効率および基本波の入射結合効率が
時間経過にともなって著しく悪化する、という問題が認
められていた。

すなわち、光波長変換素子を構成する有機非線形光学材
料は、その端面において周囲の空気等の雰囲気と接する
ので、この部分から昇華して単結晶部分が短くなり、あ
るいは変成して単結晶でなくなってしまって上述の問題
を招くのである。また、基板の表面部分に先導波路を埋
め込んでなる３次元光導波路型の光波長変換素子にあっ
ては、上記の端面のみならず、表面も周囲雰囲気と接す
ることになるので、上述の問題がより発生しやすい。

そこで本発明は、上記の問題を解決しうる光波長変換装
置を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段及び作用）本発明の光波長
変換装置は、先に述べたような有機非線形光学材料を用
いたファイバー型あるいは先導波路型の光波長変換素子
と、基本波を発生する光源と、基本波を光波長変換素子
の有機非線形光学材料内に入射させる入射光学系とを、
光波長変換素子から出射した波長変換波を透過させる透
明窓を備えた密閉容器内に収納し、そしてこの密閉容器
内に不活性媒体を充填させてなるものである。

上記の構成においては、有機非線形光学材料の端面等の
露出した部分は不活性媒体と接するようになるから、前
述した昇華や変成が防止される。

なおさらに好ましくは、本出願人による特願昭６２−３
０９１４５号に開示されているように有機非線形光学材
料の端面等に、この面と不活性媒体とを遮断する遮断層
を設ける。上述のように有機非線形光学材料が不活性媒
体と接するようにしておいても、空気等と接する場合に
比べれば極めて進行が遅いものの、前述の昇華や変成が
生じることがある。しかし、上記のような遮断層が設け
られていれば、有機非線形光学材料の端面等は不活性媒
体とさえも直接接しなくなるので、前述した昇華あるい
は変成がより確実に防止される。また、遮断層が有機樹
脂のように安定性に問題がある場合でも、周囲が不活性
媒体によって覆われているため遮断層が雰囲気によって
劣化する（例えば、樹脂の場合は水蒸気を吸収して変形
してしまう）ことを防ぐことが出来る。

（実　施　例） 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。

第１図は、本発明の一実施例による光波長変換装置を示
すものである。この光波長変換装置は密閉容器２０内に
、ファイバー型の光波長変換索子１０と、この光波長変
換素子ｌＯにより波長変換される基本波１５を発する半
導体レーザー１Ｂと、上記基本波１５を光波長変換素子
１０のコア１１内に入射させる入射光学系としてのコリ
メーターレンズ（７および対物レンズ１８とが収納され
、そして該密閉容器２０内には不活性媒体であるフッ素
系オイル２１が充填されてなるものである。なお光波長
変換素子（０は保持部材２２により保持され、レンズ１
７．１８は鏡筒２３と保持部材２４とにより保持され、
また半導体レザー１６は保持部材２５により保持されて
、それぞれ密閉容器２０内に固定されている。また半導
体レザー１Ｇの電源２６はハーメチックシール等の電流
導入端子２７を介して密閉容器２０の開口２０ａから容
器外に導かれている。上記電流導入端子２７は開口２０
ａを閉じ、密閉容器２０の内外を水密状態に保つ。

次に光波長変換素子ＩＯについて詳しく説明する。

この光波長変換素子ｌＯは、第２図に分かりやすく示す
通り、クラッド１２の中心の中空部分内に、非線形光学
材料からなるコア１１が充てんされた光ファイバーであ
る。上記非線形光学材料としては、前述したように波長
変換効率が高い有機非線形光学材料が用いられる。本例
では特に本願出願人による特開昭６２−２１０４３２号
公報に示される３、５−ジメチル−１−（４−ニトロフ
ェニル）ピラゾール（以下、ＰＲＡと称する）によって
コア１１を形成している。

ここで、−例としてコア１１を上述のＰＲＡ、クラッド
１２を５ＦＳ３ガラスから形成する場合について、この
光波長変換素子ＩＯの製造方法を説明する。まずクラッ
ド１２となる中空のガラスファイバ１２′　が用意され
る。このガラスファイバー１２゛は一例として、外径が
３ｍｍで、中空部の径が２μｍのものである。そして第
３図に示すように、炉内等においてＰ　ＲＡ　１１’　
を融液状態に保ち、この融液内にガラスファイバー１２
°の一端部を浸入させる。すると毛細管現象により、融
液状態のＰＲＡ　１１’がガラスファイバー１２′　の
中空部内に進入する。なお該融液の温度は、ＰＲＡＩＩ
’　の分解を防止するため、その融点（１０２℃）より
も僅かに高い温度とする。その後ガラスファイバー１２
を急冷させると、中空部に進入していたＰ　ＲＡ　１１
’が多結晶化する。

次いでこのガラスファイバー１２″を、ＰＲＡ１１″の
融点より高い温度（例えば１０２．５°Ｃ）に保たれた
炉内から、該融点より低い温度に保たれた炉外に徐々に
引き出すことにより、溶融状態のＰＲＡ　１１’　を炉
外への引出し部分から単結晶化させる。それにより、極
めて長い単結晶状態で結晶方位も一定に揃ったコア１１
が形成され、光波長変換素子１０を十分に長くすること
ができる。周知のようにこの種の光波長変換素子の波長
変換効率は素子の長さに比例するので、光波長変換素子
は長いほど実用的価値が高くなる。

以上述べたようにしてコア（１が充てんされた後、適宜
両端が切断されたガラスファイバー１２′　の両端面に
は、アクリル−スチレン共重合体のようなアクリル樹脂
が塗布されて遮断層１３ａ、１３ｂが形成される。この
遮断層１３ａ、Ｌ３ｂの形成は、例えばアクリル樹脂を
水で希釈した塗布酸を調製し、この液中にファイバー両
端部を浸漬後、乾燥するという工程によって行なわれる
。それにより第１図および第２図に示すような光波長変
換素子１ｏが得られる。なお遮断層１３ａ、Ｌ３ｂは例
えば厚さ１μｍ程度に形成される。

上記光波長変換素子（０は第１図図示のようにして使用
される。すなわち、半導体レーザー１６から射出された
発散ビームである波長８７０ｎｍのレーザー光（基本波
）１５は、コリメーターレンズ１７によって平行ビーム
とされ、さらに対物レンズ１８で集光した上で、遮断層
１３ａを通して素子端面ｌ。

ａ上に照射される。このレーザー光１５は、コア（ｔの
端面上においてそれと同径（本例では２μｍ）の小さな
スポットに収束する。それにより該レザー光１５が、コ
ア１１内に入射する。この基本波１５は、コア１１を構
成するＰＲＡにより、波長が１７２の第２高調波１５′
　に変換される。この第２高調波１５°はクラッド１２
中に放射し、その外表面の間で全反射を繰り返して素子
１０内を端面側に進行する。位相整合は、基本波１５の
コア部での導波モードと、第２高調波１５′のクラッド
部への放射モトとの間で取られる（いわゆるチェレンコ
フ放射の場合）。

光波長変換索子１０の出射端面１０ｂからは、上記第２
高調波１５゛　を含むビーム１５“が出射する。この出
射ビーム１５”は、密閉容器２０に設けられた透明窓２
８を通して容器外に出射し、図示しないフィルターに通
され、第２高調波１５′　のみが取り出されて利用され
る。なお、上記フィルターと第２高調波１５’　をコリ
メートおよび集光するレンズとを密閉容器２０内に設け
、集光された第２高調波１５′を透明窓２８を通して出
射せしめるようにしてもよい。

ここで本装置においては、光波長変換素子１０を不活性
媒体であるフッ素系オイル２（内に閉じ込めているので
、有機材料のＰＲＡからなるコア１１の端面が空気等の
雰囲気に接することがなく、したがってこのコア１１の
昇華や変成が防止される。しかも本実施例では、光波長
変換素子１０の両端面に遮断層１３ａ、１３ｂを設けて
いるので、コア１１の端面がフッ素系オイル２（に接す
ることさえもなく、よって上記昇華や変成がより確実に
防止される。

なお遮断層１３ａ、　１３ｂを設ければ、上述の通りの
好ましい結果が得られるが、このようなｉＱＩ断には必
ずしも設けられなくてもよい。

また上記実施例では、密閉容器２ｏ内に充填させる不活
性媒体としてフッ素系オイル２１が用いられているが、
この不活性媒体としてはその他例えば、液体ではシリコ
ンオイル、流動パラフィン、気体ではＮ　Ｚ　、Ｈｅ　
ｓ　Ｎ　ｅ　％　Ａ　ｒ　ＳＫ　ｒ　ｓ　Ｘ　ｅ　％等
を用いることができる。さらに、上記実施例では、遮断
層１３ａ、１３ｂの材料としてアクリル樹脂が用いられ
ているが、この遮断層１３ａ、１３ｂの材料としては、
そのほか、たとえばシリコン樹脂、エポキシ樹脂、フッ
素系樹脂、ゼラチン、カゼイン、セルロース、ポリビニ
ールアルコール等を用いることができる。

さらに上記実施例では、ファイバー型の光波長変換素子
１０を用いているが、本発明の光波長変換装置は、前述
した２次元あるいは３次元光導波路型の光波長変換素子
を用いて構成することも勿論可能である。

また上記の実施例は、基本波を第２高調波に変換するも
のであるが、本発明の光波長変換装置はその他、基本波
を和周波、差周波等に変換する光波長変換素子を用いて
構成することもできる。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り本発明の光波長変換装置におい
ては、有機非線形光学材料によって波長変換を行なう光
波長変換素子を不活性媒体内に閉じ込めた構成としたの
で、有機非線形光学材料の昇華あるいは変成が確実に防
止される。したがってこの光波長変換装置によれば、基
本波の入射結合効率が低下することを防止して、光波長
変換素子の波長変換効率を高く維持することが可能とな
る。また上記の構成としたことにより、光波長変換素子
の端面、半導体レーザ、レンズ等にゴミが付着したり、
あるいは傷が付くことも防止でき、この点から光波長変
換素子の波長変換効率が低下することも防止でき、さら
には、取扱性が良くなるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例による光波長変換装置を示
す一部破断側面図、 第２図は、上記実施例の装置に用いられた光波長変換素
子を示す斜視図、 第３図は上記光波長変換素子の製造方広を説明する概略
図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 有機非線形光学材料がそれよりも低屈折率のクラッド層
   によって被覆されてなり、入射された基本波を波長変換
   して出射させる光波長変換素子と、前記基本波を発生す
   る光源と、 この基本波を前記光波長変換素子の有機非線形光学材料
   内に入射させる入射光学系と、 前記光波長変換素子、光源、および入射光学系を収納し
   、光波長変換素子から出射した波長変換波を透過させる
   透明窓を備えた密閉容器と、この密閉容器内に充填され
   た不活性媒体とからなる光波長変換装置。