JPH02259604A - 有機単結晶光導波路の製造方法 - Google Patents

有機単結晶光導波路の製造方法

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JPH02259604A
JPH02259604A JP1078347A JP7834789A JPH02259604A JP H02259604 A JPH02259604 A JP H02259604A JP 1078347 A JP1078347 A JP 1078347A JP 7834789 A JP7834789 A JP 7834789A JP H02259604 A JPH02259604 A JP H02259604A
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JP
Japan
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single crystal
solution
optical waveguide
core
cladding layer
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Pending
Application number
JP1078347A
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English (en)
Inventor
Tomoyuki Koike
智之 小池
Toshihiko Omi
俊彦 近江
Norio Yoshikawa
吉川 宜男
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Omron Corp
Original Assignee
Omron Tateisi Electronics Co
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Publication date
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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】 発明の要約 クラッドに囲まれたコアとなるべき中空部分に所定の有
機化合物を溶かした溶液を充填し、クラッド端面を溶液
に浸した状態で全体を徐々に冷却することにより、溶液
を過飽和状態にして結晶を析出させコア内に単結晶を成
長させる方法。
有機化合物は分解しやすく、融点以上に温度を上げられ
ない物質が多く、これらの物質には従来の融液固化時に
単結晶化する方法は適用できない。この発明はこの問題
を解決する。
また、この発明は中空クラッド層の端部近傍に種結晶を
配置し、コア内に結晶成長させることにより、結晶方位
制御の行なえる有機単結晶光導波路の製造方法を提供す
る。
発明の背景 技術分野 この発明は、非線形光学素子などに用いられる有機単結
晶光導波路の製造方法に関する。
従来技術とその問題点 非線形光学用素材はLiNb0  やKDP (KH2
PO4)などの無機系化合物と、MNA(2−メチル−
4−ニトロアニリン)、POM(3−メチル−4−ニト
ロビニジン−1−オキサイド) 、 MBANP(2−
N−α−メチルベンジルアミノ−5−二トロピリジン)
などの有機系化合物に大別される。
有機系化合物は、非線形光学定数が大きい、応答速度が
速い、破壊しきい値が大きいなど無機系化合物に比べ優
れている点が多く、最近注目され研究も活発である。特
に、非線形光学定数が太きいことを利用して、低出力で
ある半導体レーザ光用の素子(たとえばレーザ光の波長
変換のための光学素子)としての研究が多く行なわれて
いる。
この場合光導波路化された光学素子をつくることが最も
有効であり、光導波路単結晶を得る技術が研究課題とな
っている。
有機非線形光学材料を単結晶化する技術として融液固化
方式があるが(たとえば特開昭62−231945号公
報、特開昭63−50400号公報など)。
これは材料の液面転移を利用した単結晶化方法として有
効である。
しかしながら大きな非線形光学定数をもつ有機化合物は
、加熱、融解から過冷却状態に移行させても結晶化しな
いものや、融解すると熱分解してしまうものなど上記の
融液固化方式を利用できないものが多い。また、錯体で
優れた非線形性を有する物質、たとえばスチリルピリジ
ウム・シアニン色素(SPCD:Styrylpyri
dinlum cyanlne dye、G。
B、 Meredith et al、、Acs Sy
mposium 5er1es 2H。
PP27−56参照)は本質的に溶融液から単結晶を作
ることができない。
また単結晶を光学的に有効な方向に配向して成長させる
制御方法も現在得られていないので1作製した光導波路
の特性が悪い場合が多く、良好な光学素子ができない状
態にある。
発明の概要 発明の目的 この発明は、上述のように融液固化方式では単結晶が得
にくい物質でもその単結晶光導波路を製造できる方法を
提供することを目的とする。
この発明はまた。光学素子用として有効に配向した有機
単結晶コアをもつ有機単結晶光導波路の製造方法を提供
することを目的とする。
発明の構成1作用および効果 第1の発明による有機単結晶光導波路の製造方法は、非
線形光学素材である有機化合物を溶媒に溶解した溶液を
、クラッド層に囲まれたコアとなるべき空間に充填し、
クラッド層の端部を溶液面に浸した状態で、クラッド層
と溶液の全体を、溶液が過飽和状態となる温度まで徐々
に冷却し1コアとなるべき空間内に有機単結晶を成長さ
せ。
有機単結晶コアをもつ光導波路を作製するものである。
光導波路はクラッド層とコア層とからなり、コア層はク
ラッド層に囲まれている。クラッド層に囲まれたコア層
が中空の光導波路半製品があらかじめ用意される。所定
の有機非線形光学用素材を溶媒に溶解した溶液を中空の
コア層へその端から注入する。一般にコア層は10μm
程度のギャップをもった空間なので、溶液は毛細管現象
でコア層内の空間に満たされる。
内部に溶液を注入したクラッド層の端を溶液面上に浸し
た状態で溶液とクラッド層の全体を徐々に冷却する。一
定割合で温度を下げ、有機非線形光学素材、溶媒の種類
にもよるが、1日(24時間)当り3.0℃以下の割合
であることが望ましい。また最低温度(冷却により到達
する最終温度)は。
溶液の飽和温度以下すなわち溶液が過飽和状態となる温
度とする。これにより結晶が析出し、コア内に単結晶が
成長する。
以上のようにしてこの発明によると、従来、光導波路化
が不可能とされていた融液固化方法の適用不可能な優れ
た非線形性を有する有機化合物の均一な単結晶光導波路
を形成することができる。
すなわち、熱的に分解しやすい、または溶液からしか作
製できない高い非線形性を有する有機化合物を用いた単
結晶光導波路が得られる。
第2の発明による有機単結晶光導波路の製造方法は、非
線形光学素材である有機化合物を溶媒に溶解した溶液を
、クラッド層に囲まれたコアとなるべき空間に充填し、
クラッド層の端面のコア近傍に種結晶を配置し、クラッ
ド層と溶液の全体を、溶液が過飽和状態となる温度まで
徐々に冷却し、コアとなるべき空間内に種結晶と同一配
向で有機単結晶を成長させ、有機単結晶コアをもつ光導
波路を作製するものである。
所定の非線形光学素材を溶媒に溶解した溶液を中空のク
ラッド層の端からコア層に注入する。さらに、その端(
どちらの端でも可)において、あらかじめ作製した種単
結晶をコア層の近傍に取り付ける。取り付ける方向はコ
ア層導波方向に対し1種単結晶の誘電主軸方向を特定方
向に向けることとする。この状態で第1の発明の場合と
同じように、クラッド層、溶液1種単結晶の全体を一定
の割合で、過飽和温度まで(溶液が過飽和状態となるま
で)徐々に冷却する。
種単結晶を取り付けた端と反対側の端から溶液が入り込
めるようにすると長い単結晶が得られるので、そのよう
にすることが好ましい。
以上により有機単結晶光導波路の配向を端面近傍に取り
付けた種単結晶と同一方向にして作製できるので、有機
非線形特性の大きな素材を有効に利用した光学素子が得
られる。
光導波路は、平板形、チャンネル形、ファイバ形に大別
されるが、この発明はそのいずれにも適用可能である。
実施例の説明 まず第1発明の実施例について述べる。これはガラス・
キャピラリーをクラッド層にしたファイバ型の単結晶光
導波路を製造するものである。
第1図は、過冷却装置の構造図、第2図はガラス・キャ
ピラリー中に結晶が成長する様子を示す模式図である。
ガラス・キャピラリー3は、第3図に示すように、クラ
ッド層となるガラス・ファイバに小さな中空空間3Aが
形成されたものであり、この中空空間3A内に有機非線
形光学材料の単結晶が形成され、コアとなる。
有機非線形光学用素材にはMBANP (2−N −α
−メチルベンジルアミノ−5−二トロピリジン ;  
2 −  N  −(a  −methylbenzy
lamino)−5−nitropyrldlne)を
用いた。この素材を有機溶媒であるトルエンに溶かし、
25℃中での飽和溶液4(MBANP/ )ルエンー0
.38g/ml)を調製した。
ガラス・キャピラリー31こは、外径!、0謹論φ。
内径5μmφ、屈折率−1,7(λ−587nm)のK
  O−PbO−8IO2主成分ガラスを用いた。
このような溶液4を第1図に示す過冷却装置の密閉型ガ
ラス容器1内に入れかつ上記ガラス・キャピラリー3を
セットする。すなわち容器1内には銅製チャック2がそ
の蓋1aに取付けられており、このチャ・ツク21こガ
ラス争キャピラリー3を固定する。固定位置は、ガラス
・キャピラリー3の下端面が飽和溶液4の液面上ぎりぎ
りの位置に配置することが好ましい。これにより溶液4
は毛細管現象によりガラス・キャピラリー3の中空空間
3A内に充填される。銅製のチャック2は飽和溶液4と
ガラス・キャピラリー3間に温度勾配が生じないように
工夫されている。容器1は完全に密閉されていて、溶媒
蒸発は起こらなかった。
この状態で、ガラス容器1およびその内部全体を25℃
から15℃まで1日(24時間)に1℃の割合で徐々に
冷却することにより、ガラス・キャピラリー3の端部に
、第2図に拡大し・て示すように、 MBANP単結晶
5がバルク状に析出した。さらに、ガラス・キャピラリ
ー3の中空部3A中へ単結晶部3aを生成することがで
きた。第2図において符号4aは溶液を示す。
第4図はMBANP/ )ルエンの溶解度曲線を示すも
のであり、この図には冷却した場合の溶液濃度と結晶生
成の様子が矢印で示されている。ある温度(上記の例で
は25℃)の飽和溶液を冷却すると過飽和状態となり、
溶けている有機化合物が析出して単結晶化する。この結
果、過飽和状態は若干やわらげられるが、さらに冷却さ
れることで順次単結晶が成長してい(。
最低冷却温度および冷却速度は相関関係にあり、また有
機非線形光学素材や溶媒の種類にも依存する。
次に第2の発明の実施例について述べる。
第5図に示すように密閉ガラス容器1内に上記と同じ溶
液4を満たし、かつ固定治具6にガラス・キャピラリー
3を固定する。このとき、あらかじめ用意した種結晶7
の上にガラス・キャピラリー3の下端が接するようにす
る。種結晶7の主軸方向をガラス・キャピラリー3に対
して特定の(所望の)方向に向ける。固定治具61種結
晶7およびガラス・キャピラリー3の全体を溶液4に浸
漬し1種結晶7と接していないキャピラリ一端面、(上
端面)も溶液4に浸した状態で、密閉型ガラス容器1内
にセットする。
ガラス容器1ごと精密恒温水槽に入れ、25℃から15
℃まで一り℃/1日の割合で徐々に冷却することにより
、ガラス・キャピラリー3の下端部の種結晶7の周辺に
結晶が成長する。成長は種結晶7の方位と一致した方向
で起り、さらにキャピラリー3の中空部3Aの中に成長
する。キャピラリー3の反対側の端部(上端部)より新
しい溶液が供給されるため、結晶は種結晶付近のみなら
ず、キャピラリー3の内面に沿って成長する。
第6図は、キャピラリー内面に結晶が成長しやすくする
ために1種結晶7と接するキャピラリー3の下端面の内
側にテーパー3Bを設け1円錐状としたものである。こ
のようにすると9種結晶7の方位がスムーズにキャピラ
リー内面に導かれるようにして結晶成長が起る。第6図
において符号3bはキャピラリー3の中空部3A内に形
成され、方位制御された単結晶部を示し、符号5は種結
晶7の周囲に成長したバルク結晶を示している。
種結晶の設置方向を変えることによりキャピラリー内に
成長する結晶の方位も変えることができる。
第7図に示すように2枚の平板ガラス30の間。
および第8図に示すように基板40に形成された溝(チ
ャネル)41にも同じように有機単結晶コアを形成して
、平板形、チャネル形の光導波路を製造することができ
る。この場合に、2枚の平板ガラス30の間の空間の両
側面および溝41の上面は何らかの部材により閉塞され
るのはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は第1の発明の実施例を示すもので
、第1図は過冷却装置の構造図、第2図はガラス・キャ
ピラリー内に結晶が成長する様子を示す図である。 第3図はガラス・キャピラリーを示す拡大斜視図である
。 第4図は溶解度曲線と結晶成長を示すグラフである。 第5図および第6図は第2の発明の実施例を示すもので
、第5図は過冷却装置の構造図、第6図はガラス・キャ
ピラリー内に結晶が成長する様子を示す図である。 第7図および第8図は平板形およびチャネル形光導波路
を゛製造する様子を示す斜視図である。 1・・・ガラス容器。 3・・・ガラス・キャピラリー 3A・・・中空空間。 3a、3b・・・成長した結晶。 4・・・溶液。 7・・・種結晶。 以  上

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)非線形光学素材である有機化合物を溶媒に溶解し
    た溶液を、クラッド層に囲まれたコアとなるべき空間に
    充填し、 クラッド層の端部を溶液面に浸した状態で、クラッド層
    と溶液の全体を、溶液が過飽和状態となる温度まで徐々
    に冷却し、 コアとなるべき空間内に有機単結晶を成長させ、有機単
    結晶コアをもつ光導波路を作製する有機単結晶光導波路
    の製造方法。
  2. (2)上記クラッド層の端面のコア近傍に種結晶を配置
    し、上記種結晶と同一配向の単結晶を成長させる請求項
    (1)に記載の有機単結晶光導波路の製造方法。
  3. (3)非線形光学素材である有機化合物を溶媒に溶解し
    た溶液を、クラッド層に囲まれたコアとなるべき空間に
    充填し、 クラッド層の端面のコア近傍に種結晶を配置し、 クラッド層と溶液の全体を、溶液が過飽和状態となる温
    度まで徐々に冷却し、 コアとなるべき空間内に種結晶と同一配向で有機単結晶
    を成長させ、有機単結晶コアをもつ光導波路を作製する
    有機単結晶光導波路の製造方法。
  4. (4)上記クラッド層全体を溶液内に浸す請求項(3)
    に記載の有機単結晶光導波路の製造方法。
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