JPH0242422A - Nonlinear optical element and production thereof - Google Patents

Nonlinear optical element and production thereof

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JPH0242422A
JPH0242422A JP19401988A JP19401988A JPH0242422A JP H0242422 A JPH0242422 A JP H0242422A JP 19401988 A JP19401988 A JP 19401988A JP 19401988 A JP19401988 A JP 19401988A JP H0242422 A JPH0242422 A JP H0242422A
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JP
Japan
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waveguide
nonlinear optical
layer
optical
refractive index
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JP19401988A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Matagi
宏至 股木
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Toray Industries Inc
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Toray Industries Inc
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Abstract

PURPOSE:To allow the precise control of the film thickness of the light guide layer of a waveguide type element for which an org. material having a nonlinear optical effect is used by providing a transparent material layer having the refractive index higher than the refractive index of the org. material having the optical nonlinearity as the guide layer. CONSTITUTION:The transparent material layer 2 having the refractive index higher than the refractive index of the org. material 1 is formed as the light guide layer on the planar org. material 1 having the optical nonlinearity. The inorg. compd. having >=80% transmittance of light in a 0.3-12mum wavelength region is used as the transparent material layer and is formed by a vacuum vapor deposition method. The precise control of the film thickness is possible in this way and the nonlinear optical characteristic of the org. material is not degraded.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、光情報処理、光通信、光計測制御などの産業
分野で好適に使用される導波路形非線形光学素子および
その製造方法に関するものでおる。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a waveguide type nonlinear optical element suitably used in industrial fields such as optical information processing, optical communication, and optical measurement control, and a method for manufacturing the same. I'll go.

[従来の技術] 非線形光学効果を応用した素子として、第2高調波発生
(以下S l−I Gと略す)によってレーザ光の波長
を172に変換するS I−I G素子や、パラメトリ
ック発掘によってレーザ光の波長を連続的に変換するパ
ラメトリック発振器などの波長変換素子、電気光学効果
を用いた光スイッチや光変調素子、光強度によって屈折
率が変化することを利用した光双安定素子などが提案さ
れてきた。
[Prior art] As an element applying a nonlinear optical effect, there is an S I-I G element that converts the wavelength of a laser beam to 172 by second harmonic generation (hereinafter abbreviated as S I-I G), and a S Proposals include wavelength conversion devices such as parametric oscillators that continuously convert the wavelength of laser light, optical switches and optical modulation devices that use electro-optic effects, and optical bistable devices that utilize the fact that the refractive index changes depending on the light intensity. It has been.

非線形光学効果の大きさは、非線形光学材料の非線形光
学定数の大きさだけでなく、レーザ光のパワー密度が高
いほど大きくなるので、従来からこれらの素子を導波路
形にしてレーザ光を狭い領域に閉込めてパワー密度を高
めることが試みられてきた。
The magnitude of the nonlinear optical effect depends not only on the magnitude of the nonlinear optical constant of the nonlinear optical material, but also as the power density of the laser beam increases. Attempts have been made to increase the power density by confining the

非線形光学材料を導波銘肝素子として実現することは無
機材料で古くから試みられており、さまざまな形態のも
のが提案されている(総説としてG、 1.SteCl
emanら、Jouranl of Applied 
Physics。
Attempts have been made to realize nonlinear optical materials as waveguide elements for a long time using inorganic materials, and various forms have been proposed (for a review, see G. 1. SteCl
Eman et al., Journal of Applied
Physics.

58巻、R57頁(1985) )。代表的な形態とし
ては、非線形光学結晶の上に透明膜を蒸着したもの(P
Volume 58, page R57 (1985)). A typical form is one in which a transparent film is deposited on a nonlinear optical crystal (P
.

K、Tien、  ^1)I)Iied  Physi
cs  Letters、17巻、447 頁(197
0)など)、非線形光学結晶としてニオブ酸リチウムを
用いてその表面に物質拡散やイオン交換などによって導
波路を形成するものく特開昭60−57825号公報、
同Go−11202号公報など)などが知られている。
K, Tien, ^1) I) Iied Physi
cs Letters, vol. 17, p. 447 (197
0), etc.), using lithium niobate as a nonlinear optical crystal and forming a waveguide on its surface by material diffusion, ion exchange, etc., Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-57825,
Go-11202, etc.) are known.

一方、有機の非線形光学材料に関しては、基板上に非線
形光学材料を設け、非線形光学材料そのものが先導波層
として機能する方式(伊東ら、電子通信学会論文誌、’
87/2、J70−C巻、224頁)や、また第4図に
示すように(第4図中、2は透明導波層、3はレーザ光
、6はプリズム、7は非線形光学材料からなる導波層、
8は透明基板を示す。)、非線形光学効果を有していな
い通常の透明導波層の上にトップ層として有機非線形光
学材料の導波層が装荷され、通常の透明導波層を導波し
てきた光が一旦非線形光学材料(装荷層)に移って導波
したのち再び通常の導波層に戻るという方式%式% (198G) )の2つくいずれも非線形光学材料自身
が導波層になっている)が知られている。
On the other hand, regarding organic nonlinear optical materials, a method in which a nonlinear optical material is provided on a substrate and the nonlinear optical material itself functions as a leading wave layer (Ito et al., Journal of the Institute of Electronics and Communication Engineers, '
87/2, Vol. J70-C, p. 224), and as shown in Figure 4 (in Figure 4, 2 is a transparent waveguide layer, 3 is a laser beam, 6 is a prism, and 7 is a nonlinear optical material. waveguide layer,
8 indicates a transparent substrate. ), a waveguide layer made of an organic nonlinear optical material is loaded as a top layer on a normal transparent waveguide layer that does not have a nonlinear optical effect, and the light that has been guided through the normal transparent waveguide layer is once converted into a nonlinear optical waveguide layer. There are two known methods in which the wave moves to the material (loaded layer) and then returns to the normal waveguide layer (% formula % (198G)), in which the nonlinear optical material itself becomes the waveguide layer. ing.

[発明が解決しようとしている課題] しかしながら、特開昭60−57825号公報などの技
術は、非線形材料として無機材料を用いているため、非
線形性が小さいものであった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, techniques such as Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-57825 use an inorganic material as a nonlinear material, and therefore have small nonlinearity.

また、光非線形性を有する有機材料を用いたかかる従来
技術においては、導波層の光の伝「Cを最適化するため
には導波層の膜厚を1μm前後で精密に制御しなければ
ならないが、導波層である光非線形性を有する有機材料
をこのように制御することは困難であるため素子性能を
最適化することができないという問題があった。
In addition, in such conventional technology using organic materials with optical nonlinearity, the film thickness of the waveguide layer must be precisely controlled to around 1 μm in order to optimize the optical transmission "C" of the waveguide layer. However, since it is difficult to control the organic material having optical nonlinearity, which is the waveguide layer, in this way, there is a problem that the device performance cannot be optimized.

本発明の目的は、大きな非線形光学効果を有する有機材
料を用いた導波銘肝素子であって、かつ導波層の膜厚を
精密に制御することができる非線形光学素子およびその
製造方法を提供することである。
An object of the present invention is to provide a nonlinear optical element that uses an organic material that has a large nonlinear optical effect, and which can precisely control the thickness of the waveguide layer, and a method for manufacturing the same. It is to be.

[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するために、本発明は、下記の構成から
なる。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.

「(1)  板状の光非線形性を有する有機材料上に、
先導波層として、該先非線形性を有する有機材料よりも
屈折率が高い透明材料層を有してなることを特徴とする
導波路形非線形光学素子。
(1) On an organic material with plate-like optical nonlinearity,
A waveguide type nonlinear optical element comprising, as a leading wave layer, a layer of a transparent material having a higher refractive index than an organic material having nonlinearity.

(2)透明材料層が、波長0.3〜12μmの範囲の少
なくとも一部の光の透過率が80%以上である申合体か
らなることを特徴とする請求項(1〉記載の導波路形非
線形光学素子。
(2) The waveguide shape according to claim (1), wherein the transparent material layer is made of a composite material having a transmittance of at least 80% for at least part of light in a wavelength range of 0.3 to 12 μm. Nonlinear optical element.

(3)  透明材料層が、波長0.3〜12μmの範囲
の少なくとも一部の光の透過率が80%以上である無機
化合物からなることを特徴とする請求項(1)記載の導
波路形非線形光学素子。
(3) The waveguide shape according to claim (1), wherein the transparent material layer is made of an inorganic compound having a transmittance of at least 80% for at least part of light in a wavelength range of 0.3 to 12 μm. Nonlinear optical element.

(4)透明材料層が、真空蒸着法によって形成されるこ
とを特徴とする請求項(3〉記載の導波路形非線形光学
素子の製造方法。」 本発明において用いられる、光非線形性を有する有機材
料としては、尿素、メタニトロアニリン、2−メチル−
4−ニトロアニリン、N−(4−二トロフェニル)−(
L)−プロリノール、2(N、N−ジメチルアミノ)−
5−ニトロアセトアニリド、ポリジアセチレン誘導体な
どが挙げられるが、これらに限定されるものではなく、
二次の非線形光学定数および/または三次の非線形光学
定数が大きい有機材料であれば全て適用できる。
(4) The method for manufacturing a waveguide-type nonlinear optical element according to claim (3), wherein the transparent material layer is formed by a vacuum evaporation method. Materials include urea, metanitroaniline, 2-methyl-
4-Nitroaniline, N-(4-nitrophenyl)-(
L)-prolinol, 2(N,N-dimethylamino)-
Examples include, but are not limited to, 5-nitroacetanilide, polydiacetylene derivatives, etc.
Any organic material can be applied as long as it has a large second-order nonlinear optical constant and/or third-order nonlinear optical constant.

また、非線形光学効果を有効に発現するためには、これ
らの光非線形性を有する有機材料が結晶化されているこ
とが望ましく、板状に加工されたものを用いる。また三
次の非線形光学効果を利用する場合には、ポリメチルメ
タクリレート、ポリスチレン、ポリビニルアルコールな
どの透明プラスチックやガラスなどにドープされたもの
を用いることもできる。
Furthermore, in order to effectively exhibit the nonlinear optical effect, it is desirable that these organic materials having optical nonlinearity be crystallized, and those processed into a plate shape are used. Further, when utilizing a third-order nonlinear optical effect, transparent plastics such as polymethyl methacrylate, polystyrene, and polyvinyl alcohol, or glass doped with the material can also be used.

本発明の非線形光学素子は、これらの光非線形性を有す
る有機材料の上層に、導波層として透明材¥311Wを
設けてなるもので、第1図に示したとおリ(第1図中、
1は光非線形性を有する有機材料、2は透明材料層から
なる導波層、3はレーザ光、4はSHG光を示す。)の
形態を有する。また、有機材料をバルク状に結晶成長さ
せることが困難な場合には、第2図に示したように(第
2図中、1は光非線形性を有する有機材料、2は透明材
料層、3はレーザ光、5は平板基板、6はプリズムを示
す。)、別途平板基板5の上に光非線形性を有する有機
材料の薄膜結晶を形成したのち、先導波層として、透明
材料層を設けて用いることも可能である。バルク結晶体
、プラスチック成型体、ガラス成型体などを板状に加工
するには、従来より良く知られている機械的切断・研磨
技術が適用できる。
The nonlinear optical element of the present invention is formed by providing a transparent material as a waveguide layer on the upper layer of these organic materials having optical nonlinearity, as shown in FIG. 1 (in FIG. 1,
1 is an organic material having optical nonlinearity, 2 is a waveguide layer made of a transparent material layer, 3 is a laser beam, and 4 is SHG light. ). In addition, when it is difficult to grow bulk crystals of an organic material, as shown in Figure 2 (in Figure 2, 1 is an organic material having optical nonlinearity, 2 is a transparent material layer, 3 is a transparent material layer, 5 indicates a laser beam, 5 indicates a flat substrate, and 6 indicates a prism.) After separately forming a thin film crystal of an organic material having optical nonlinearity on the flat substrate 5, a transparent material layer is provided as a leading wave layer. It is also possible to use In order to process bulk crystal bodies, plastic molded bodies, glass molded bodies, etc. into plate shapes, well-known mechanical cutting and polishing techniques can be applied.

本発明において透明材料層としては、光非線形性を有す
る有機材料よりも屈折率が大きい透明材料からなるもの
であれば何でも良いが、好ましい例としては、波長0.
3〜12μmの範囲の少なくとも一部の光の透過率が8
0%以上である無機化合物、重合体などからなるものが
挙げられる。
In the present invention, any transparent material layer may be used as long as it is made of a transparent material having a refractive index higher than that of an organic material having optical nonlinearity, but a preferable example is a wavelength of 0.
Transmittance of at least part of light in the range of 3 to 12 μm is 8
Examples include those containing 0% or more of inorganic compounds, polymers, and the like.

好ましい無機化合物としては、屈折率の選択自由度があ
る、透明性が高い、膜強度が高いなどの点から、HCl
0.ThO>、 5n03 LaO2,SiO、In2
03、T!02,2r02などの金属酸化物、ZnS、
 CdS、 Zn5e。
A preferred inorganic compound is HCl because it has a high degree of freedom in selecting the refractive index, has high transparency, and has high film strength.
0. ThO>, 5n03 LaO2, SiO, In2
03, T! Metal oxides such as 02, 2r02, ZnS,
CdS, Zn5e.

znreなどの金属カルコゲナイド化合物、Si、Ge
Metal chalcogenide compounds such as znre, Si, Ge
.

GaP、GaAs、 InPなどの半導体などが挙げら
れる。
Examples include semiconductors such as GaP, GaAs, and InP.

また、透明重合体としては、屈折率が高い架橋重合性単
量体の共重合体が望ましい。そのような単量体として、
トリブロモフェニル(メタ)アクリレート、ペンタブロ
モフェニル(メタ)アクリレート、トリブロモフェノキ
シ−2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ペ
ンタブロモフェノキシ2−ヒドロキシ(メタ)アクリレ
ート、モノクロロフェノキシエチル(メタ)アクリレー
ト、ジクロロフェノキシエチル(メタ)アクリレート、
トリクロロフェノキシエチル(メタ)アクリレート、モ
ノブロモフェノキシエチル(メタ)アクリレート、ジブ
ロモフェノキシエチル(メタ)アクリレート、トリブロ
モフェノキシエチル(メタ)アクリレート、ペンタブロ
モフェノキシエチル(メタ)アクリレート、α−ナフチ
ル(メタ)アクリレート、2,3−ジブロモプロピルア
クリレートなどが挙げられる。これらの重合体は、非線
形光学効果を有する有機材料との接着性に優れているの
で、良質の導波層を形成することができる。
Further, as the transparent polymer, a copolymer of a crosslinked polymerizable monomer having a high refractive index is desirable. As such a monomer,
Tribromophenyl (meth)acrylate, pentabromophenyl (meth)acrylate, tribromophenoxy-2-hydroxypropyl (meth)acrylate, pentabromophenoxy 2-hydroxy (meth)acrylate, monochlorophenoxyethyl (meth)acrylate, dichlorophenoxy ethyl (meth)acrylate,
Trichlorophenoxyethyl (meth)acrylate, monobromophenoxyethyl (meth)acrylate, dibromophenoxyethyl (meth)acrylate, tribromophenoxyethyl (meth)acrylate, pentabromophenoxyethyl (meth)acrylate, α-naphthyl (meth)acrylate , 2,3-dibromopropyl acrylate, and the like. Since these polymers have excellent adhesion to organic materials having nonlinear optical effects, they can form a high-quality waveguide layer.

本発明において、光非線形性を有する有機材料上に、光
導波層を形成する手段としては、まず、透明材料が無機
化合物である場合においては、膜厚を精密に制御できる
方法が好ましく、真空蒸着法が最も好ましい。しかし、
通常これらの材料を真空蒸着する際には、蒸着物質の融
点が高いために高温加熱が必要になり、その結果、被蒸
着試料が300 ’C以上の高温にさらされることが多
い。
In the present invention, as a means for forming an optical waveguide layer on an organic material having optical nonlinearity, first, when the transparent material is an inorganic compound, a method that allows precise control of the film thickness is preferred, and vacuum evaporation most preferred. but,
Normally, when these materials are vacuum-deposited, high-temperature heating is required due to the high melting point of the deposited material, and as a result, the sample to be deposited is often exposed to high temperatures of 300'C or higher.

一般に、光非線形性を有する有機材料の融点は、90〜
250°Cであるので、このような高温にざらされると
溶融もしくは熱劣化による変質を来たして非線形光学効
果を発現できなくなる。従って、被蒸着物質である光非
線形性を有する有機材料をその融点以下の低温に保つこ
とによって、このような変質を起こさずに導波層を設け
ることが必要である。すなわち、光非線形性を有する有
機材料の温度を特に、80’C以下に抑えることが好ま
しい。80’C以下に抑える方法としては、■蒸着物質
のみを加熱して、ざらに蒸着源からの輻射熱を抑える。
Generally, the melting point of organic materials with optical nonlinearity is 90~
Since the temperature is 250°C, if it is exposed to such high temperatures, it will melt or change in quality due to thermal deterioration, making it impossible to exhibit nonlinear optical effects. Therefore, it is necessary to provide a waveguide layer without causing such deterioration by keeping the organic material having optical nonlinearity, which is the material to be deposited, at a low temperature below its melting point. That is, it is particularly preferable to suppress the temperature of the organic material having optical nonlinearity to 80'C or less. As a method for keeping the temperature below 80'C, (1) Heat only the vapor deposition material and roughly suppress the radiant heat from the vapor deposition source.

■蒸着物質と光非線形性を有する有機材料との距離を離
す。
■ Increase the distance between the deposited substance and the organic material with optical nonlinearity.

■光非線形性を有する有機材料を冷却水を通した金属板
に張付け、強制的に冷却する。などが効果的な方法とし
て挙げられる。特に、■の方法で電子ビーム加熱蒸着に
よったとき、最も良質の@着膜が得られる。
■An organic material with optical nonlinearity is attached to a metal plate through which cooling water is passed, and the material is forcibly cooled. This is an effective method. In particular, the best quality @ deposited film can be obtained when electron beam heating evaporation is performed using the method (2).

また、透明材料として透明重合体を用いる場合、におい
では重合体を光非線形性を有する有機材料上に設ける手
段として、従来より知られている重合体膜の塗布方法を
すべて適用できる。重合体そのものを塗布することも可
能であるが、七ツマの状態で塗布したのち、熱射るいは
光などによって重合することも可能でおる。重合体膜の
屈折率は、重合体そのものの屈折率だけでなく、高屈折
率分子の添加などによって調節・制御することもでき、
導波銘肝素子の作製に必須の導波層と基板との屈折率差
の制御の自由度を高める効果を有する。そのような添加
成分としては、分子中に高屈折率成分として寄与するベ
ンゼン核、臭素、塩素、ヨウ素などを含有する化合物が
挙げられる。特に、それらの分子が光照射や熱によって
ラジカルを生成し、光重合過程または熱重合過程で重合
体の高分子鎖中にとじこめられるものは、重合膜の中に
安定に存在するので好ましい。そのような例としては、
ベンゾイン、ベンゾインエーテル、デオキシベンゾイン
、α−デオキシベンゾイン、2−7エ二ルー1−インダ
ノンなどのデオキシベンゾイン誘導体、ベンゾインメチ
ルエーテル、ペンゾインエヂルエーテル、ベンゾインイ
ソプロピルエーテルなどのベンゾイン誘導体、あるいは
塩素、臭素、ヨウ素を含有するハロゲン化アルキルフェ
ニルケトンなどがよく知られている。具体的な方法例と
しては、光重合開始剤としてベンジルジメチルケタール
をモノマと混合して塗布したのち、光重合過程で重合体
高分子鎖中に閉込めて屈折率を高める方法がよく知られ
ている( R,5ChreiVerら、P。
Furthermore, when a transparent polymer is used as the transparent material, any conventionally known coating method for a polymer film can be applied as a means for providing a polymer on an organic material having optical nonlinearity. It is possible to apply the polymer itself, but it is also possible to apply it in a wet state and then polymerize it by heat radiation or light. The refractive index of a polymer film can be adjusted and controlled not only by the refractive index of the polymer itself, but also by adding high refractive index molecules.
This has the effect of increasing the degree of freedom in controlling the refractive index difference between the waveguide layer and the substrate, which is essential for producing a waveguide element. Examples of such additive components include compounds containing benzene nuclei, bromine, chlorine, iodine, etc. that contribute as high refractive index components in the molecule. Particularly preferred are molecules whose radicals are generated by light irradiation or heat and are trapped in the polymer chain of the polymer during the photopolymerization process or thermal polymerization process, since these molecules stably exist in the polymer film. Such an example is
Benzoin, benzoin ether, deoxybenzoin, α-deoxybenzoin, deoxybenzoin derivatives such as 2-7enyl-1-indanone, benzoin derivatives such as benzoin methyl ether, penzoin edyl ether, benzoin isopropyl ether, or chlorine, bromine , halogenated alkylphenyl ketones containing iodine, etc. are well known. A well-known example of a specific method is to mix benzyl dimethyl ketal with a monomer as a photopolymerization initiator, apply it, and then trap it in the polymer chain during the photopolymerization process to increase the refractive index. (R,5ChreiVer et al., P.

ymer 、 2(3巻、1423頁、(1985))
。膜厚を1μm前後で精密に制御し、かつ均一な膜厚の
塗膜を形成するには、スピンナーによって塗布するのが
最も好ましい。また、重合体の塗液が有機溶媒で稀釈さ
れている場合でも、スピンナーによって塗布されるとき
には溶媒の蒸発速度が速くなるので、光非線形性を有す
る有機材料の表面を荒さずに塗布することが可能になる
という利点もある。
ymer, 2 (3 volumes, 1423 pages, (1985))
. In order to precisely control the film thickness to around 1 μm and form a coating film with a uniform thickness, it is most preferable to apply with a spinner. Furthermore, even if the polymer coating solution is diluted with an organic solvent, the evaporation rate of the solvent increases when it is applied using a spinner, making it possible to apply it without roughening the surface of an organic material with optical nonlinearity. It also has the advantage of being possible.

本発明によって得られる導波路形の素子は、SHG素子
や、パラメトリック発掘器などの波長変換素子、電気光
学効果を用いた光スィッチや光変調素子あるいは光双安
定素子などの非線形光学素子として用いることが可能で
ある。
The waveguide-shaped element obtained by the present invention can be used as a nonlinear optical element such as an SHG element, a wavelength conversion element such as a parametric excavator, an optical switch using an electro-optic effect, an optical modulation element, or an optical bistable element. is possible.

[実施例] 次に、本発明を実施例によってざらに具体的に説明する
が、本発明は、これらの実施例に限定されるものではな
い。
[Examples] Next, the present invention will be briefly described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

実施例1 光非線形性を有する有機材料として、メタニトロアニリ
ンの粉末5qを500m1のアセトン中で熱時溶解し、
放置して冷却した復、25℃の温度に保ちながらアセト
ンをゆっくり蒸発させた。
Example 1 As an organic material having optical nonlinearity, 5q of metanitroaniline powder was dissolved under heat in 500ml of acetone,
After cooling, the acetone was slowly evaporated while maintaining the temperature at 25°C.

こうして1ケ月間放置したところすべてのアセトンが蒸
発して、・最大4X5X10mmのメタニトロアニリン
結晶が得られた。次に、この結晶をへき開して平滑面を
出し、ざらに切断して2X3X5mmの平板を得た。
When the mixture was left to stand for one month, all the acetone evaporated, and metanitroaniline crystals with a maximum size of 4 x 5 x 10 mm were obtained. Next, this crystal was cleaved to expose a smooth surface and roughly cut to obtain a flat plate of 2 x 3 x 5 mm.

次いで、この平板の上に膜厚0.5μmの1r02薄膜
を電子ビーム加熱蒸着によって形成した。熱電堆による
実測から、蒸着の際のメタニトロアニリン結晶平板の表
面付近温度は、最高で65℃であることが確認された。
Next, a 1r02 thin film having a thickness of 0.5 μm was formed on this flat plate by electron beam heating vapor deposition. Actual measurements using a thermoelectric stack confirmed that the temperature near the surface of the metanitroaniline crystal plate during vapor deposition was 65° C. at maximum.

最後に、蒸着面を囲む4面を研磨して、導波路素子とし
た。
Finally, the four surfaces surrounding the vapor deposition surface were polished to form a waveguide element.

この導波路素子に、尖頭出力500Wのパルス状YAG
レーザ光を約200μmのビーム径に集光して導波路端
面から入射し、レーザ光の一部を結合して導波させたと
ころ、第1図のようにチェレンコフ位相整合によって発
生した2mWのSHG光を観測した。第1図中、1は光
非線形性を有する有機材料、2は透明材料層、3はレー
ザ光、4はSHG光を示す。
Pulsed YAG with a peak output of 500W is used in this waveguide element.
When laser light is focused to a beam diameter of approximately 200 μm and incident from the end face of the waveguide, and a part of the laser light is combined and guided, a 2 mW SHG generated by Cerenkov phase matching is generated as shown in Figure 1. Observed light. In FIG. 1, 1 is an organic material having optical nonlinearity, 2 is a transparent material layer, 3 is a laser beam, and 4 is SHG light.

実施例2 光非線形性を有する有機材料として、2−メチル−4−
ニトロアニリンの粉末をスライドガラスの間で溶融して
はさみこんだ後、ブリッジマン法に従って結晶化を行な
った。結晶化した後、一方のガラス板をはがして2−メ
チル−4−ニトロアニリン結晶膜の片側を露出した。結
晶の膜厚は約35μmであった。また、クロスニコル下
の観測により、単結晶部分が、約5x15mmであるこ
とが確認できた。 次いで、この結晶膜の上に膜厚0.
7μmの TiO2薄膜を電子ビーム加熱蒸着によって
形成して、第2図のような構造の導波銘肝素子を)qだ
。第2図中、1は光非線形性を有する有機材料、2は透
明材料層、3はレーザ光、5は平板基板(スライドガラ
ス)、6はプリズムを示す。
Example 2 2-methyl-4- as an organic material with optical nonlinearity
Nitroaniline powder was melted and sandwiched between glass slides, and then crystallized according to the Bridgman method. After crystallization, one glass plate was peeled off to expose one side of the 2-methyl-4-nitroaniline crystal film. The crystal film thickness was approximately 35 μm. Furthermore, observation under crossed Nicols confirmed that the single crystal portion was about 5 x 15 mm. Next, a film with a thickness of 0.0 mm is deposited on this crystal film.
A 7 μm TiO2 thin film was formed by electron beam heating evaporation to create a waveguide element with the structure shown in Figure 2). In FIG. 2, 1 is an organic material having optical nonlinearity, 2 is a transparent material layer, 3 is a laser beam, 5 is a flat substrate (slide glass), and 6 is a prism.

このようにして1qられた導波路形象子の中の単結晶部
分上で、アルゴンレーザ光を第2図に示すようにプリズ
ムを通して結合して導波させ、もう一方のプリズムで導
波光を取出して出射光の強度を測定した。この時、入射
光の強度を50mWから800mWの間で連続的に昇降
変化させて出射光強度との関係を測定したところ、第3
図に示すような光強度依存にして屈折率が変化したこと
による入出力関係が観測さ屯だ。
Argon laser light is coupled and guided through a prism as shown in Figure 2 on the single crystal part of the waveguide shaped element thus made 1q, and the guided light is extracted by the other prism. The intensity of the emitted light was measured. At this time, when the intensity of the incident light was continuously changed up and down between 50 mW and 800 mW and the relationship with the output light intensity was measured, the third
As shown in the figure, the input-output relationship due to changes in the refractive index depending on the light intensity was observed.

実施例3 光非線形性を有する有機材料として、尿素の粉末5gを
400m1のメタノール/水(1/1重量比)で溶解し
た後、25°Cの温度に保ちながら溶媒をゆっくりと蒸
発させた。こうして2週間放置したところ、すべての溶
媒が蒸発して尿素単結晶が多数得られた。これらの単結
晶を研磨して最大約3x4x5mmの尿素単結晶平板が
得られた。
Example 3 After dissolving 5 g of urea powder as an organic material with optical nonlinearity in 400 ml of methanol/water (1/1 weight ratio), the solvent was slowly evaporated while maintaining the temperature at 25°C. When this was allowed to stand for two weeks, all the solvent evaporated and a large number of urea single crystals were obtained. These single crystals were polished to obtain urea single crystal plates with a maximum size of about 3 x 4 x 5 mm.

次いで、50℃の温浴中で加温して粘度を低下調整した
ペンタブロモフェニルメタクリレートを、この平板の上
にスピンナーで塗布した。ざらに、この試料を80’C
のオーブン中で24時間加熱して、塗膜のペンタブロモ
フェニルメタクリレートを熱重合したのち、50’Cに
加熱した真空乾燥機内に8時間放置して残存ペンタブロ
モフェニルメタクリレートモノマを除去した。こうして
1qられたペンタブロモフェニルメタクリレート重合膜
を囲む4面を研磨して、導波路素子を得た。
Next, pentabromophenyl methacrylate, which had been heated in a 50° C. hot bath to lower its viscosity, was applied onto this flat plate using a spinner. Roughly heat this sample to 80'C.
After heating in an oven for 24 hours to thermally polymerize the pentabromophenyl methacrylate in the coating film, the coating was left in a vacuum dryer heated to 50'C for 8 hours to remove residual pentabromophenyl methacrylate monomer. The four surfaces surrounding the pentabromophenyl methacrylate polymer film thus prepared was polished to obtain a waveguide element.

この導波路素子に、実施例1と同様に尖頭出力500 
Wのパルス状YAGレーザ光を約200μmのビーム径
に集光して導波路端面から入射レーザ光の一部を結合し
て導波させたところ、チェレンコフ位相整合によって発
生したち150μWのSHG光を観測した。
This waveguide element has a peak output of 500 as in Example 1.
When W pulsed YAG laser light was focused to a beam diameter of approximately 200 μm and a part of the incident laser light was combined and guided from the end face of the waveguide, 150 μW of SHG light was generated by Cerenkov phase matching. Observed.

実施例4 光非線形性を有する有機材料として、5−ニトロウラシ
ルを、公知の手法(J、G、 Bergmanら、^p
plied Physics Letters、20巻
、21頁、(1972))を用いて、水溶液中で90’
Cから45°Cまで1日当り約1℃の割合で徐冷して、
多数の単結晶を得た。さらに、これらの結晶を研磨して
、最大約1O10X8X2の板状の単結晶を得た。
Example 4 5-nitrouracil was used as an organic material having optical nonlinearity using a known method (J, G., Bergman et al., p.
plied Physics Letters, Vol. 20, p. 21, (1972)) in an aqueous solution.
℃ to 45℃ by slow cooling at a rate of about 1℃ per day,
A large number of single crystals were obtained. Furthermore, these crystals were polished to obtain plate-shaped single crystals with a maximum size of about 1O10X8X2.

次いで、ペンタブロモフェニルメタクリレートモノマを
50℃の温浴中で加温した中へ、光重合開始剤としてベ
ンジルジメチルケタールをペンタブロモフェニルメタク
リレートモノマ/ベンジルジメチルケタール−9515
重最部0割合いで添加して、3時間攪拌して十分に混合
したのち同温浴中で静置脱泡して塗液を調整した。そし
て、この混合液を上記の5−二トロウラシル結晶板の上
にスピンナーで塗布したのち、真空下で超高圧水銀灯に
より紫外線を2500mJ/7の照射エネルギーで露光
して光重合膜を得た。ざらに、50°Cに加熱した真空
乾燥機内に8時間放置してペンタブロモフェニルメタク
リレートとベンジルジメチルケタールの残存モノマを除
去した。こうして得られた重合膜を囲む4面を研磨して
、導波路素子を得た。
Next, pentabromophenyl methacrylate monomer/benzyl dimethyl ketal-9515 was added as a photopolymerization initiator to the pentabromophenyl methacrylate monomer heated in a hot bath at 50°C.
The mixture was added at a ratio of 0 to the heaviest portion, stirred for 3 hours to mix thoroughly, and then left to stand in a bath at the same temperature for defoaming to prepare a coating liquid. Then, this mixed solution was applied onto the above-mentioned 5-nitrouracil crystal plate using a spinner, and then exposed to ultraviolet rays with an irradiation energy of 2500 mJ/7 under vacuum using an ultra-high pressure mercury lamp to obtain a photopolymerized film. Roughly, the remaining monomers of pentabromophenyl methacrylate and benzyl dimethyl ketal were removed by leaving it in a vacuum dryer heated to 50°C for 8 hours. The four surfaces surrounding the polymer film thus obtained were polished to obtain a waveguide element.

この導波路素子に、実施例1と同様に尖頭出力500W
のパルス状YAGレーザ光を約200μmのビーム径に
集光して導波路端面から入射レーザ光の一部を結合して
導波させたところ、チェレンコフ位相整合によって発生
したち1.2mWのS HG光を観測した。
This waveguide element has a peak output of 500 W as in Example 1.
When the pulsed YAG laser beam was focused to a beam diameter of about 200 μm and a part of the incident laser beam was combined and guided from the end face of the waveguide, a 1.2 mW SHG was generated due to Cerenkov phase matching. Observed light.

[本発明の効果] 本発明によれば、光非線形性を有する有機材料を用いた
導波路形象子において、精密に膜厚を制御することがで
きる透明材料からなる導波層を設けることによって、該
有機材料の非線形光学特性を減することなく、非線形光
学効果を有効に発現する導波路形非線形光学素子および
その製造方法を提供することができた。
[Effects of the present invention] According to the present invention, in a waveguide element using an organic material having optical nonlinearity, by providing a waveguide layer made of a transparent material whose film thickness can be precisely controlled, It was possible to provide a waveguide type nonlinear optical element that effectively exhibits a nonlinear optical effect without reducing the nonlinear optical properties of the organic material, and a method for manufacturing the same.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明実施例1の導波路形象子およびSHG
光を示す。 第2図は、本発明実施例2の導波路形象子を示す。 第3図は、本発明実施例2の導波路形象子を用いた場合
における、レーザ光の入出力関係を示す。 第4図は、光非線形性を有する有機材料を用いた従来の
導波路形象子の一例の構成を示す。 1:光非線形性を有する有機材料 2:透明材料層 3
:レーザ光 4:SHG光 5:平板基板 6:プリズ
ム 7:非線形光学材料からなる導波層  8:透明基
FIG. 1 shows the waveguide shape and SHG of Example 1 of the present invention.
Show light. FIG. 2 shows a waveguide shape according to Example 2 of the present invention. FIG. 3 shows the input/output relationship of laser light in the case of using the waveguide shape element of Example 2 of the present invention. FIG. 4 shows the configuration of an example of a conventional waveguide-shaped element using an organic material having optical nonlinearity. 1: Organic material with optical nonlinearity 2: Transparent material layer 3
: Laser light 4: SHG light 5: Flat substrate 6: Prism 7: Waveguide layer made of nonlinear optical material 8: Transparent substrate

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)板状の光非線形性を有する有機材料上に、光導波
層として、該光非線形性を有する有機材料よりも屈折率
が高い透明材料層を有してなることを特徴とする導波路
形非線形光学素子。
(1) A waveguide comprising a plate-shaped organic material having optical nonlinearity and, as an optical waveguide layer, a transparent material layer having a higher refractive index than the organic material having optical nonlinearity. shaped nonlinear optical element.
(2)透明材料層が、波長0.3〜12μmの範囲の少
なくとも一部の光の透過率が80%以上である重合体か
らなることを特徴とする請求項(1)記載の導波路形非
線形光学素子。
(2) The waveguide shape according to claim (1), wherein the transparent material layer is made of a polymer having a transmittance of at least 80% for at least part of light in the wavelength range of 0.3 to 12 μm. Nonlinear optical element.
(3)透明材料層が、波長0.3〜12μmの範囲の少
なくとも一部の光の透過率が80%以上である無機化合
物からなることを特徴とする、請求項(1)記載の導波
路形非線形光学素子。
(3) The waveguide according to claim (1), wherein the transparent material layer is made of an inorganic compound having a transmittance of 80% or more for at least part of light in the wavelength range of 0.3 to 12 μm. shaped nonlinear optical element.
(4)透明材料層が、真空蒸着法によって形成されるこ
とを特徴とする請求項(3)記載の導波路形非線形光学
素子の製造方法。
(4) The method for manufacturing a waveguide-type nonlinear optical element according to claim (3), wherein the transparent material layer is formed by a vacuum evaporation method.
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