JPH02199433A - 周波数二倍化ポリマー導波装置 - Google Patents

周波数二倍化ポリマー導波装置

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JPH02199433A
JPH02199433A JP1292093A JP29209389A JPH02199433A JP H02199433 A JPH02199433 A JP H02199433A JP 1292093 A JP1292093 A JP 1292093A JP 29209389 A JP29209389 A JP 29209389A JP H02199433 A JPH02199433 A JP H02199433A
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polymer
waveguide
nonlinear optical
thin film
waveguide device
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JP1292093A
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Garo Khanarian
ガロ・クハナリアン
David R Haas
デービッド・アール・ハース
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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） データ貯蔵、検索貯蔵密度及びデータアクセス速度の改
善による光デイスク技術の向上等先端用途では、４００
−５００ｎｍ範囲のコンパクトなダイオードレーザ源の
開発に益々関心が高まりつつある。
本発明は、上記用途向けの周波数二倍化光学導波装置に
関するものである。
（従来の技術） 期待される短波長ダイオードレーザ源として可能性ある
アプローチには幾っがの方法がある。Ｉｎ、Ｇａ、　Ａ
ｓ、　ＡＩ、Ｐ及びｓｂの三元及び四元化合物等従来の
ダイオード材料は、短波長レーザ発生に十分の大きさの
直接的エネルギーギャップを有していない。青色波長領
域のダイオードレーザ源を開発するため、その他多数の
レーザ材料が検討されてきた。こういった材料には、■
−■半導体、量子井戸材料及びその他の広禁止帯域半導
体たとえば硫化カドミウム（ＣｄＳ）がある。青色量子
井戸構造はレーザ波長を短縮するが、レーザ発生に低温
条件を必要とする。スペクトルの青−縁領域でのダイオ
ード放出を目標としてＩＩ−ＶＴ広禁止帯域の超格子も
研究されてきたが、これらの材料は液体窒素温度で冷却
する必要ある光学的ボンピングによるレーザしか発生し
なかった。４５０−５００ｎｍ範囲のレーザ光を発生す
ることが知られているその他の半導体には、ＣｄＳ　、
　Ｚｎ５ｅ、　ＺｎＣｄ５及びＣｄＳｅ５がある。斯か
る材料のレーザは、操作上、光学的ボンピング又は電子
ビームボンピングのいずれかを必要とする。
直接的ダイオードレーザ源が実用的でないことから、周
波数の二倍化又はパラメトリックアップコンバージョン
により、入手可能なダイオードレーザ源を周波数変換す
る方法が魅力的な代替法となっている。従来の周波数変
換技術は、入力ビームの位相整合と二次の光学的結晶た
とえばリン酸重水素カリウム（ＫＤＰ及びＫＤ”Ｐ）　
、ＬｉＮｂＯ５及びＬｉＩＯ３における高調波とを用い
ている。しかしながら、これら結晶の二次感受率は値が
比較的低く、ダイオードレーザのビーム強度も低いので
、第二高調波テンソルにかなりエネルギー変換させるに
は異常に長い単結晶を必要とする。このように結晶寸法
が大でなければならぬことは、コンパクトで衝撃に耐え
る光学的記録システムの設計及び製作の妨げとなる。加
えて、大型無機結晶の準備は困難かつ高価である。
一般に、古典的な位相整合（例えば角度同調又は熱同調
）は、固有複屈折と屈折率の分散を必要とする。高い第
二高調波感受率をもった新規な小分子量の結晶性有機非
線形光学材料が、ガリト（ＧａｒｉＬｏ）等のＡＣＳシ
ンポジウムシリーズ第２３３号、第１−２６頁１９８３
年等に報告されている。これらの有機材料は、普通、高
い固有複屈折と正の分散を有しており、従って単結晶に
よる位相整合が達成可能である。たとえ、高い非線形光
学的感受率を持った新規タイプの有機材料で位相整合が
達成できたとしても、ダイオードレーザのビームパワー
が低いため、パラ−変換効率は著るしく制限される。
位相整合条件を達成する一代替手段は、導波装置内で各
種モードの分散性を使用することである。
エネルギーは、狭く圧縮された空間に対し横方向に閉じ
込められるので、比較的低パワー源を用いて高い光強度
が可能となる。この方法では、普通、基本ビームの低次
モードが励起されて、発生する第二高調波は高次モード
で伝播する。案内域及びクラッド域の導波装置形状及び
屈折率が下式（１）である場合に、位相整合条件が確立
される。
Δβ−β０（ω３）−β、（ω２）−β□（ω１ｌ−０
（１１上式（１）で、β１は第１番モードの伝播定数で
ある。変換効率は、一般に、両モード間の重なり積分の
二次に関係する。
Ｓ　Ｅ、　（ωＳ’Ｚ）　Ｅｍ（ω２’Ｚ）　Ｅｔ（ω
Ｉ’ｚ）ｄｚ但し上式中、Ｅは導波装置を横切るモード
の電場である。一般に、導波装置モード間の重なりは限
定されており、重なり積分の値も小さい。この方法は、
ヘライブ（Ｈｅｗｉｇ　）等の０ｐｔｉｃｓ　Ｃｏｍｍ
ｕｎ、、４η、３４７（１９８３＞に報告されているよ
うに、有機材料から誘導される導波装置内での位相整合
を用いている。しかしながら、第二高調波変換効率の水
準は、どの実用的な周波数二倍化用途にも低過ぎるもの
である。
本発明に特に関心ある文献は、電磁エネルギーの周波数
変換用として空間的に周期性を持つ非線形構造に関する
ものであり、斯かる関連文献にはタン（Ｔａｎｇ）等の
ＩＥＥＥ　Ｊ、ｏｆ　Ｑｕａｎｔｕｍ　ＥＩｅｃｔ、、
ＱＥ−９（Ｎｏ、１）、９（１９７３）　　；レビン（
Ｌｅｖｉｎｅ）等のＡｐｐｌ。
Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、２６，３７５（１９７５）　；フ
ェン（Ｆｅｎｇ）等のＡｐｐｌ。
Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、３７（７）、６０７（１９８０）
　；及び米国特許第３，３８４．４３３号：同第３，４
０７，３０９号；同第３，６８８，１２４号；同第３，
８４２，２８９号；同第３，９３５，４７２号；及び同
第４，０５４，３６２号がある。
関連文献に記載されたような周期的にモジュール化され
た非線形の光学的係数を有する薄膜導波装置は、前記の
欠点をもった無機の光学的基材であるが；又は液晶媒質
又はニトロベンゼン薄膜等の液相有機材料であり、後者
は外部ＤＣ電場を連続印加する必要がある。
（発明が解決しようとする課題） 運搬可能な光デイスクデータ記録システム用に適した短
波長レーザモジュールの開発は、引き続き関心が持たれ
ている。
従って、本発明の一目的は、入口レーザビームの周波数
二倍化により短波長レーザ源を提供することである。
本発明の別目的は、有機非線形光学的導波装置に長波長
レーザビームを入力して効率的に周波数を変換する短波
長レーザ源を提供することである。
本発明の更なる目的は、７００−１３００ｎｍの入力レ
ーザビームの周波数を二倍にするため、二次の感受率と
擬位相整合（ｑｕａｓｉ−ｐｈａｓｅ　ｍａｔｃｈｉｎ
ｇ）の変調用空間的周期構造を持った全光学的非線形の
ポリマー光学導波装置を提供することである。
本発明のその他の諸口的及び諸利点は、以下の説明及び
図面から明らかになるであろう。
（課題を解決するための手段） 本発明の目的は、二次の非線形光学的応答を示し、かつ
、伝播レーザビームの擬位相整合のための周期構造を有
するポリマー媒質の薄膜導波装置を含むパラメトリック
周波数変換の提供により達成される。
本発明は、別の実施態様として、二次の非線形光学的応
答を示し、かつ、伝播波エネルギーの擬位相整合のため
の空間的周期構造を有し、該周期的ポリマー媒質のコヒ
ーレンス長Ｌｃが、下式ω１）−２β０（ω、）に等し
く、ω□は基本周波数であり、かつ、添字０は導波装置
内で零次モードであることを示す。） で定められるようなポリマー媒質の薄膜を含む、７００
−１３００ｎｍレーザビームの周波数を二倍にする非線
形光学的導波装置を提供するものである。
本発明は、別の実施態様として、二次の非線形光学的応
答を示し、該周期的ポリマー媒質のコヒーレンス長Ｌｃ
が、下式 （但し上式中、Δβは伝播定数差であってβ０（２ω、
）−２β０（ω１）に等しく、ω１は基本周波数であり
、かつ、添字Ｏは導波装置内で零次モードであることを
示す） により定められ、かつ、該ポリマー媒質が、二次の非線
形光学的感受率を示して該ポリマーの２５重量パーセン
ト以上を占める側鎖を有するポリマーを含み、かつ、該
側鎖が導波面に対して直角な外部場誘起の分子配向を有
するようなポリマー媒質の薄膜を含む、７００−１３０
０ｎｍレーザビームの周波数を二倍にする非線形光学的
導波装置を提供するものである。
ポリマー薄膜は、代表的には、支持基村上に被覆された
形態にある。
この薄膜は、ポリビニル、ポリシロキサン、ポリオキシ
アルキレン、ポリエステル又はポリアミド構造から選択
された主鎖を有する熱可塑性側鎖ポリマーから構成され
る。
本発明は、別実施態様として、 ａ、下記すと組み合わさせて結合される７００−１３０
０ｎｍレーザ発生源、 ｂ、二次の非線形光学的応答を示し、かつ、伝播波エネ
ルギーの擬位相整合のための空間的周期構造を示し、該
周期的ポリマー媒質のコヒーレンス長Ｌｃが、下式 （但し上式中、Δβは伝播定数差であってβ０（２ω１
）−２β０（ω１）に等しく、ω□は基本周波数であり
、かつ、添字０は導波装置内で零次モードであることを
示す。）で定義され、かつ、該ポリマー媒質が、二次の
非線形光学的感受率を示して該ポリマーの２５重量パー
セント以上を占める側鎖を有するポリマーを含み、かつ
、該側鎖が導波面に対して直角な外部場誘起の分子配向
を有するようなポリマー媒質の基材支持された薄膜を含
む光学的導波装置を包含する短波長レーザビーム発生用
の周波数変換モジュールを提供する。
本発明は、更なる実施態様として、（１）二次の非線形
光学的応答を示し、かつ、伝播波エネルギーの擬位相整
合のための空間的周期構造を有し、該周期的ポリマー媒
質のコヒーレンス長Ｌｃは、Ｆ式π Ｌｃ＝ Δβ （但し上式中、Δβは位相定数差であってβ０（２ω１
）−２β０（ω１）に等しく、ω１は基本周波数であり
、かつ、添字Ｏは導波装置内で零次モードであることを
示す。） で定められ、かつ、該ポリマー媒質が、二次の非線形光
学的感受率を示して該ポリマーの２５重量パーセント以
上を占める側鎖を有するポリマーを含み、かつ、該側鎖
が導波面に対して直角な外部場誘起の分子配向を有する
ようなポリマー媒質の基材支持された薄膜を含む光学的
導波装置内に７００１３００ｎｍのレーザビームを導入
すること；及び（２）伝播波エネルギーの周波数を二倍
にして、３５０−６５０ｎｍレーザビームを出力するこ
とを包含する短波長レーザ源を準備する方法を提供する
。
入力レーザビームのパワーが約０．１−ＩＪであるとき
、出力レーザビームのパワーは約１ミリワット以上にな
る。
入ロレーサビームは、代表的には、横断的磁気（ＴＭ）
分極モード（ｔ＋−ａｎｓｖｅｒｓｅ　ｍａｇｎｅｔｉ
ｃ　（Ｔｔ４）ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ）
にあり、入力波エネルギーの伝播モードは零次である。
本発明の光学的周波数変換器は、以下の材料仕様で設計
することができる。
非線形光学的感受率　χ”　　　　Ｉ　Ｘ　１０８ｅｓ
ｕコヒーレンス長　　　　　　　　　　９．５μｍ屈折
率　　　　　　　　　　　　　１，５８吸収力ツトオフ
周波数　　　　　　４５０ｎｍ本発明の光学的周波数変
換システムは、入口レーザ波エネルギーの効率的な周波
数二倍化、高パワー密度を得るための伝播波の閉じ込め
、及び基本周波数と高調波周波数との間の擬位相整合と
いった特徴を有する。
第１図は、本発明の周波数二倍化ポリマー薄膜導波装置
の全体図である。
第２ａ図及び第２ｂ図は、第１図の型の導波薄膜の側断
面であって、一方セクションの交互分極分子配向領域及
び他方セクションの未分極領域と交互分極分子配向領域
とが交代する図を示す。
第３図は、実施例１に記載したような周期分極導波装置
で位相整合された第二高調波の発生をプロットしたグラ
フである。
第１図の薄膜導波装置１０は、非線形の光学活性ポリマ
ー膜１１を基材１２が支持する複合構成物である。ポリ
マー膜１１の線形セクションは、周期的非線形光学変調
域１３からなる。第２図は、二つの相異なる周期領域の
配置を域１３として示す。
実際、薄膜導波装置１０は、７００−１３００ｎｍの入
力レーザビーム１５を与える横断的磁気（ＴＭ）分極レ
ーザ輻射源１４、レーザビーム１５をポリマー膜１１に
結合（ｃｏｕｐｌｅ）する一対のプリズムカップリング
手段及び光デイスクデータ記録ユニットのような使用装
置１８と組み合わせて使用される。
入力ＴＭ分極コーヒレント電磁輻射線は、７００−１３
００ｎｍ範囲の波長のダイオードレーザで発生するよう
なレーザビームが好抜しい。
カップリング手段は、高い屈折率を持ったショット（Ｓ
ｃｈｏｔｔ）ＳＦ６光学ガラス等の一対のプリズムで構
成することができる。光学的カップリング及びデカップ
リングは、米国特許第３，６７４，３３５号：同第３，
８７４，７８２号及び同第３，９９０，７７５に記載の
ように、薄膜導波装置の表面上に直接、光学的回折格子
を形成して行うこともできる。その他のカップリング手
段は、導波構造の開裂端面による方法である。
第１図に示したような基材１２は、プラスチック、ガラ
ス又はケイ素など任意の便宜的な非伝導性媒質で製作す
ることができる。
本発明の光学的周波数変換装置のポリマー薄膜導波媒質
は、透明であって、液晶又は物理的諸性質が等友釣なも
のであり、非線形の光学的応答を示すものである。ポリ
マー媒質は、支持基材より高い屈折率（例えば１．５）
を有し、ポリマー媒質と支持基材との間にクラッド層が
複合されている場合は、そのクラッド層（例えばスパッ
タリングを施したシリカ）よりも高い屈折率を有する。
透明なポリマー媒質は、スピンコーティング、散布、ラ
ングミュア−プロジェット沈積など従来諸法により支持
基材に塗付することができる。
本発明で使用する「透明」なる用語は、入射光の基本周
波数及び発生光の周波数に関して透明すなわち光透過性
あるポリマー薄膜導波媒質を示す語である。本発明の周
波数変換導波媒質では、ポリマー薄膜の非線形光学的媒
質は、入射光周波数及び放出光周波数の双方に対して透
明である。
本発明で使用する「等方性」なる用語は、光学的諸性質
が全テンソル方向に等価な透明ポリマー薄膜導波媒質を
示す語である。
本発明で使用する「外部基（ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｆｉｅ
ｌｄ）」なる用語は、ポリマー分子の双極的整列を場に
平行に誘起するよう、可動ポリマー分子の基材に印加さ
れる電場、磁場又は機械的応力の場を示す語である。
本発明のポリマー薄膜導波媒質は、非線形な光学的応答
を示す櫛型構造の側鎖を有するポリマーであることが好
ましい。この型の化学構造は、下式に相当する繰り返し
モノマー単位を特徴とする熱可塑性ポリマーで示される
。
但し上式中、Ｐ′はポリマー主鎖単位であり、Ｓ′は約
Ｏ乃至２０原子の線状鎖長を有する柔軟なスペーサ基で
あり、Ｍ′は二次の非線形光学的応答を示す吊下がり基
であり、かつ、この吊下がり基はポリマーの約２５重量
パーセント以上を占め、該ポリマーのガラス転移温度又
は軟化点は約４０℃以上である。
好適な側鎖ポリマーは、下式に相当する繰り返しモノマ
ー単位を特徴とするものである。
又は 但し上式中、ｍは５以上の整数であり；ｎは約４乃至２
０ノ整数：Ｘは−ＮＲ−１−〇−又は−３−５；Ｒ？ｉ
水素又はＣ１−ｃ、アルキルであり；Ｚは−ＮＯ□、−
ＣＮ又は−ＣＦ、である。
興味ある側鎖ポリマーは、米国特許箱４．６９４，０６
６号に記載されている。側鎖ポリマーの種の例は、ポリ
［６−（４−ニトロビフェニルオキシ）ヘキシルメタク
レート］、ポリ（Ｌ−Ｎ−Ｐ−ニトロフェニル−２ピペ
リジンメチルアクリレート）及び下式のようなスチルベ
ン含有ポリマーである。
本発明の周波数変換導波装置の重要な特徴は、第１図に
示した周期的な非線形光学的変調域１２である。導波装
置ＮＬＯ変調域の周期性は、ポリマー側鎖の分子配向を
電場方向に平行にするよう電場で分極させて達成するこ
とが好ましい。この分極化は、ポリマー媒質の分極化さ
れた領域内でマクロな非中心対称性を誘起し、ポリマー
媒質内に二次の非線形光学的感受率を確立する。
薄膜導波媒質の分極化は、該媒質をその融点又はガラス
転移温度近く又はそれ以上に加熱したあと該媒質にＤＣ
電場を印加し、分子双極子を単軸配向に配列させて行な
うと便利である。次にこの媒質を、印加ＤＣ電場の影響
可にある間に冷却する。
このようにして、分極化された領域の剛性構造内に安定
な永久分子配合が固定される。
少なくとも一方が格子形状を有する上部及び下部の電極
対を適当に配置させることにより、基材に支持されたポ
リマー媒質に分極操作を施すことができる。
以下の実施例は、本発明を更に説明するものである。提
示された装置コポーネントは代表的なものであって、前
記開示から本発明の範囲内で各種の設計変更及び操作変
更が誘導可能である。
え１九り 本実施例は、本発明の光学的周波数変更導波モジュール
の製作並びに操作を説明する。
格子電極を有する二酸化ケイ素被覆されたシリコンウェ
ハーを以下の手順で製作した。
市販の二酸化ケイ素被覆シリコンウェハーをパリアン（
Ｖａｒｉａｎ）電子ビーム真空蒸着システム内に配置し
た。該ウェハー上に純度９９．９９９％アルミニウムの
０．１μｍ層を沈積させた。ソリチック（ＳｏＬｉｔｅ
ｃ）モデル５１００コーターでＡＺ−１５１８ポジホト
レジスト（ヘキスト、　Ｈｏｅｃｈｓｔ　）を該アルミ
ニウム被覆ウェハー上にスピンコードした。５０００ｒ
ｐｍで３０秒間回転させて１，５μｍのホトレジスト被
覆を得た。このホトレジスト被覆を９０℃の真空乾燥機
内で３０分間乾燥させた。
カールサス（Ｋａｒｌ　５ｕｓｓ）モデルＭＪＢ３のマ
スクアライナ−（ｍａｓｋ　ａｌｉｇｎｅｒ）内で、こ
のウェハー針所望形状のマスクと接触させて配置し、マ
スクを付けた被覆を４０５μｍ輻射線（７０ｍＪ／ｃｏ
ｔ　）に露出して、ホトレジスト被覆にパターンを形成
した。
マスクを取り除いて、シリコンの薄片（１ｃｍＸ２ｃ１
１１）を保護シールドとしてパターンを形成したホトレ
ジストの表面上に配置し、この組合せ物を７０ｍＪ／ａ
ｉ＋の４０５μｍ輻射線に露出した。このパターン形成
ホトレジストを水中のＡＺ現像剤（１：１）で６０秒間
現像し、イオン交換水で洗浄してこの現像サイクルを終
了した。
このウェハーのホトレジスト被覆を１２０℃の真空乾燥
器内で４５分間焼成した。露出したアルミニウムのパタ
ーンをＡタイプエツチング剤（トランセン社（Ｔｒａｎ
ｓｅｎｅ）製）により５０℃で２０秒間エツチングし、
エツチングされた表面をイオン交換水でゆすいだ。
このウェハーのアルミニウム格子電極表面に２０％ポリ
ビニルアルコール（加水分鮮度７５％）水溶液を５００
０ｒｐｍで３０秒間スピンコードして１．５μｍクラッ
ド層を被覆し、このクラッド層を１１０℃の真空乾燥器
内で２時間乾燥した。
厚み１．６５μｍの非線形光学活性有機層を該クラッド
層上に３０００ｒｐｍでスピンコードした。スピンコー
ド媒質は、メタクリル酸メチル／４−（メタクリロキシ
−２−ヘキソキシ）−４”−ニトロソスチルベンの（５
０１５０）コポリマーの２０％トリクロロプロパン溶液
であった。この有機層を１６０℃の真空乾燥器内で１時
間乾燥した。
ポリシロキサン（オーエンスイリノイ社（Ｏｗｅｎｓｌ
ｌｌｉｎｏｉｓ　Ｉｎｃ、）　、ＧＲ−６５１−Ｌ、固
形分２５％の１−ブタノール溶液）の媒質を３５００ｒ
ｐｍで３０秒間スピンコードして、１．５μｍ厚の上部
クラッド層を付加した。このクラッド層を１１０℃の真
空乾燥器内で３５分間乾燥した。この上部クラッド層に
電極層として０．０５５μｍのアルミニウム被覆を沈積
した。
斯く製作された導波装置をメトラー（Ｍｅｔｔｅｒ）ホ
ットステージ内に配置し、該ユニットを１℃／分で９０
℃まで昇温しな。電極を用いて、該導波有機層を横切る
７０ｖ／μｍのＤＣ電場を１０分間印加した。
この電場は、導波装置試料が１℃／分で室温に冷却され
る間維持された。この導波媒質のχ（２）非線形光学的
応答は、１．３４μｍの励起波長で測定して２　Ｘ　１
Ｏ−８ｅｓｕであった。
この導波構造物の対向する端部を開裂して、導波有機層
に入る光及びそれから出る光を結合する一個の鋭い面を
形成した。
円筒状レンズを用いて１．３４μｍ波長の輻射線（０，
０１ｍＪ、　１０ナノ秒幅のパルス）を導波装置に焦点
を合わせ、それに結合した。この導波装置を回転台上に
配置し、周期性が位相整合値を満足させるまで導波装置
を回転させると、位相整合された第二高調波の発生が観
察された。前述の操作条件下では、基本ビームの０．５
−１％が、第３図に示すような観察される第二高調波に
変換された。
第３図は、前記製作装置のＴＭｏ励起による非線形光学
的応答を示すものである。試料を回転してゆくと、格子
が位相整合に必要な周期性に一致して第二高調波信号が
増大し、基本モードＴＭ、とその高調波Ｔｈ１ｏ２ωと
の間に位相整合の相互作用が生起したことを示している
。
割１燵り 本実施例は、本発明の光学的周波数変換用二次元リブ導
波装置の製作及び操作を説明する。
実施例■の手順に従い、酸化されたケイ素基材（Ｓｉ上
のＳｉＯ３は２ミクロン）をアルミニウム格子電極で被
覆した。ポリシロキサンの薄膜（１０００オングストロ
ーム）を７％溶液から４００Ｏｒｐｍでスピンコードし
、１１０℃で４５分間硬化させた。マスターボンド（Ｍ
ａｓｔｅｒ　Ｂｏｎｄ）ＵＶＩＩ−４Ｍ１エポキシ（マ
スターボンド社製）を３０００ｒｐｍでスピンコードし
て２ミクロン厚の層を沈積し、それを２５ｍｗ／ｃｎｔ
のＵ。
■、水銀−キセノンアークランプ下で２０分間硬化させ
た。この表面を反応性イオンエツチング装置内で５ワッ
トｒ、ｆ、酸素プラズマに５秒間露出して処理し、実施
例１のようにして光学活性有機層（１゜２５ミクロン）
を被覆した。前述のように第二エポキシ層を塗付して、
５分間硬化させた。
この上部クラッド層にアルミニウムマスク層（２０００
オングストローム）を被覆した。このアルミニウム上に
、細幅のＡＺ−１５１８ホトレジストのリボン状ストリ
ップ（幅５．５ミクロン）を該積層構造物の導波方向に
被覆した。ホトレジストで被われていないアルミニウム
は、実施例■のように除去した。この導波構造物の上部
表面を反応性イオンエツチングに露出して、ホトレジス
ト被覆ストリップ以外は、底部のポリシロキサン層まで
の多層を除去した。また、このエツチングサイクルで、
アルミニウムストリップからホトレジストの被覆も除去
した。アルミニウム被覆は、多層のリボン状ストリップ
から除去された。基材と上部表面多層ストリップにマス
ターボンドＵＶＩ　１−４Ｍ１エポキシを２５００ｒｐ
ｍでスピンコードし、該被覆を前記諸条件のもとで硬化
させた。
実施例■の手順に従い、上部エポキシ層上に上部アルミ
ニウム格子電極（１０００オングストローム）を製作し
、電極間にＤＣ電場を加えて非線形光学活性ポリマー層
を分子的に配向させた。
二次元導波チャンネルに入る光及びそれから出る光をエ
ンド−ファイア（ｅｎｄ−ｆｉｒｅ）結合するため、導
波方向の二端面を開裂した。
該ポリマーチャンネルのコヒーレンス長を一致されるた
めの導波χ（２）周期の微調整は、両電極間に電場を印
加することにより、線形の屈折率を電子光学的に同調さ
せて行った。
４、　　［図面の簡単な説明コ 第１図は、本発明の周波数二倍化ポリマー薄膜導波装置
の全体図である。
第２ａ図及び第２ｂ図は、第１図の型の導波薄膜の側断
面であって、一方セクションの交互分極分子配向領域及
び他方セクションの未分極領域と交互分極分子配向領域
とが交代する図を示すものである。
第３図は、実施例１に記載したような周期分極導波装置
で位相整合された第二高調波の発生をプロットしたグラ
フである。
（ゾＦ３メ４〕

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、二次の非線形光学的応答を示し、かつ、伝播レーザ
    ビームを擬位相整合させる周期構造を有するポリマー媒
    質の薄膜導波装置を含むパラメトリック周波数変換装置
    。 ２、二次の非線形光学的応答を示し、かつ、伝播波エネ
    ルギーを擬位相整合させる空間的周期構造を有するポリ
    マー媒質の薄膜を含む、７００−１３００ｎｍレーザビ
    ームの周波数を二倍にする非線形光学的導波装置であっ
    て、 該周期性ポリマー媒質のコヒーレンス長Ｌｃが、式 Ｌｃ＝π／Δβ （但し上式中、Δβは伝播定数差であつてβ＿０（２ω
    ＿１）−２β＿０（ω＿１）に等しく、ω＿１は基本周
    波数であり、かつ、添字０は導波装置内で零次モードで
    あることを示す。） で定められることを特徴とする非線形光学的導波装置。 ３、二次の非線形光学的応答を示し、かつ、伝播波エネ
    ルギーを擬位相整合させる空間的周期構造を有するポリ
    マー媒質の薄膜を含む、７００−１３００ｎｍレーザビ
    ームの周波数を二倍にする非線形光学的導波装置であっ
    て、 該周期性ポリマー媒質のコヒーレンス長Ｌｃが、式 Ｌｃ＝π／Δβ （但し上式中、Δβは伝播定数差であってβ＿０（２ω
    ＿１）−２β＿０（ω＿１）に等しく、ω＿１は基本周
    波数であり、かつ、添字０は導波装置内で零次モードで
    あることを示す。） で定められること；及び 該ポリマー媒質が、二次の非線形光学的感受率を示して
    該ポリマーの２５重量パーセント以上を占める側鎖を有
    するポリマーを含有し、かつ、該側鎖が導波面に対して
    直角な外部場誘起の分子配向を有すること； を特徴とする非線形光学的導波装置。 ４、ポリマー薄膜が基材上に被覆されている請求項３記
    載の導波装置。 ５、ポリマー薄膜が、櫛形構造のメソジェニック（ｍｅ
    ｓｏｇｅｎｉｃ）側鎖と約４０℃以上のガラス転移温度
    を有するサーモトロピック液晶ポリマーを含有する請求
    項３記載の導波装置。 ６、ポリマー薄膜が、ポリビニル構造の主鎖を持ったポ
    リマーを含有する請求項３記載の導波装置。 ７、ポリマー薄膜が、ポリシロキサン構造の主鎖を持っ
    たポリマーを含有する請求項３記載の導波装置。 ８、ポリマー薄膜が、ポリオキシアルキレン構造の主鎖
    を持ったポリマーを含有する請求項３記載の導波装置。 ９、ポリマー薄膜が、ポリエステル又はポリアミド構造
    の主鎖を持ったポリマーを含有する請求項３記載の導波
    装置。 １０、ポリマー薄膜が、式 ▲数式、化学式、表等があります▼ （但し上式中、Ｐ’はポリマー主鎖単位であり、Ｓ’は
    約０−２０原子の線状鎖長を有する柔軟なスペーサ基で
    あり、Ｍ’は二次の非線形光学的応答を示す吊下がり基
    であり、かつ、この吊下がり側鎖はポリマーの約２５重
    量パーセント以上を占め、該ポリマーは約４０以上のガ
    ラス転移温度を有する。）に相当する繰り返しモノマー
    単位を特徴とするポリマーを含有する請求項３記載の導
    波装置。 １１、Ｍ’基がビフェニル構造を含有する請求項１０記
    載の導波装置。 １２、Ｍ’基がスチルベン構造を含有する請求項１０記
    載の導波装置。 １３、（ａ）下記（ｂ）と結合された組合せになる７０
    ０−１３００ｎｍレーザ発生源、 （ｂ）二次の非線形光学的応答を示し、か つ、伝播波エネルギーを擬位相整合 させる空間的周期構造を有するポリ マー媒質の基材支持された薄膜を含 む光学的導波装置であって、 該周期性ポリマー媒質のコヒーレ ンス長Ｌｃが、 式 Ｌｃ＝π／Δβ （但し上式中、Δβは伝播定数差で あつてβ＿０（２ω＿１）−２β＿０（ω＿１）に等し
    く、ω＿１は基本周波数であり、か つ、添字０の導波装置内で零次モー ドであることを示す。） で定められること；及び 該ポリマー媒質が、二次の非線形 光学的感受率を示して該ポリマーの ２５重量パーセント以上を占める側鎖 を有するポリマーを含有し、かつ、 該側鎖が導波面に対して直角な外部 場誘起の分子配向を有すること； を特徴とする光学的導波装置、 を包含する短波長レーザビーム発生用の周波数変換モジ
    ュール。 １４、光学的導波コンポーネントが、単一モード波伝送
    のための二次元チャンネル構造を有する請求項１３記載
    の周波数変換モジュール。 １５、（１）二次の非線形光学的応答を示し、かつ、伝
    播波エネルギーを擬位相整合させる空間的周期構造を有
    するポリマー媒質の基材支持された薄膜であって、該周
    期性ポリマー媒質のコヒーレンス長Ｌｃが、式 Ｌｃ＝π／Δβ （但し上式中、Δβは伝播定数差であってβ＿０（２ω
    ＿１）−２β＿０（ω＿１）に等しく、ω＿１は基本周
    波数であり、かつ、添字０の導波装置内で零次モードで
    あることを示す。） で定められること；及び該ポリマー媒質が、二次の非線
    形光学的感受率を示して該ポリマーの２５重量パーセン
    ト以上を占める側鎖を有するポリマーを含有し、かつ、
    該側鎖が導波面に対して直角な外部場誘起の分子配向を
    有すること；を特徴とするポリマー媒質の基材支持され
    た薄膜を含む光学的導波装置に７００−１３００ｎｍレ
    ーザビームを導入すること、及び（２）伝播波エネルギ
    ーの周波数を二倍にして３５０−６５０ｎｍのレーザビ
    ームを出力することを包含する短波長レーザ源を準備す
    る方法。 １６、入力レーザビームが横断的磁気（ＴＭ）分極モー
    ドにある請求項１５に記載の方法。 １７、入力レーザビームパワーが約０．１乃至１ワット
    であり、出力レーザビームパワーが約１ミリワット以上
    である請求項１５記載の方法。 １８、入力波エネルギーの伝播モードが零次である請求
    項１５記載の方法。 １９、導波ポリマー薄膜が、約１×１０＾−＾８ｅｓｕ
    以上の二次非線形光学的感受率χ＾（＾２＾）を例示す
    る請求項１５記載の方法。 ２０、導波ポリマー薄膜が、式 ▲数式、化学式、表等があります▼ （但し上式中、Ｐ’はポリマー主鎖単位であり、Ｓ’は
    約０乃至２０原子の線状鎖長を有する柔軟なスペーサ基
    であり、Ｍ’は二次の非線形光学的感受率を示す吊下が
    り基であり、かつ、該吊下がり側鎖はポリマーの約２５
    重量パーセント以上を占め、該ポリマーは約４０以上の
    ガラス転移温度を有する。 ） に相当する繰り返しモノマー単位を特徴とするポリマー
    を含有する請求項１５記載の方法。 ２１、Ｍ’基がビフェニル構造を含有する請求項２０記
    載の方法。 ２２、Ｍ’基がスチルベン構造を含有する請求項２０記
    載の方法。 ２３、導波ポリマー薄膜が、式 ▲数式、化学式、表等があります▼ （但し式中、ｍは５以上の整数であり；ｎは約４乃至２
    ０の整数であり：ｘは−ＮＲ−、−Ｏ−又は−Ｓ−であ
    り；Ｒは水素又はＣ＿１−Ｃ＿４アルキルであり；かつ
    Ｚは−ＮＯ＿２、−ＣＮ又は−ＣＦ＿３である）に相当
    する繰り返しモノマー単位を特徴とするポリマーを含有
    する請求項１５記載の方法。 ２４、ポリマーが液晶の諸性質を示す請求項２３記載の
    方法。
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