JPH0266527A - 波長変換素子 - 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Ｊ 本発明は、レーザー光の波長変換に用いられる光高調波
発生装置等に用いる波長変換素子に関する。

［発明の背景］ 非線形光学効果が１９６１年に発見されて以来、非線形
光学効果を有する材料及び非線形光学効果を利用したデ
バイスに関する研究が進められてきた。従来、非線形光
学効果を有する材料としては、ＬｉＮｂＯ５やＫＤＰ　
（ＫＨ２ＰＯ４）などの無機系材料が知られていた。

しかしながら近年これらの無機系材料に較べ、非線形光
学定数が大幅に上回る有機系材料が注目されはじめた。

この様な物質には、例えばＭＮＡ（２−メチル−４−ニ
トロアニリン）、ｍＮＡ（メタニトロアニリン）、ＲＯ
Ｍ（３−メチル−４−ニトロピリジン−１−オキサイド
）などがある。

これら有機非線形光学材料を用いたデバイスとして、ガ
ラス製の基板の上に非線形光学材料の単結晶薄膜を形成
したものが知られている。

しかしながら、上記のデバイスはその製造において、有
機非線形光学材料の融点以上に温度を土げなけれならず
、そのため基板の熱膨Ｉｌ！係数と有機非線形光学材料
の熱膨脹係数の違いによると思われる原因で単結晶が良
好にできなかったり、また、最悪の場合は単結晶が基板
から剥がれてしまうことがあった。さらに、本発明者ら
が試みたところ、単結晶の剥がれ、亀裂等は、単結晶性
に優れた有機非線形光学材料において顕著に生じた。

また、長時間高温にさらされるため、結晶に、基板であ
るガラスから不純物が拡散し、変換効率が低下するのが
認められた。

エポキシ樹脂の毛細管を用いた第２次高調波発生素子は
知られている。（Ｊ、Ｏｐｔ、Ｓｏｃ、Ａｎ＋、　　Ｂ
Ｖｏｌ、４．Ｎｏ、６　（Ｊｕｎｅ　　１９８７）　ｐ
　９９８〜１０１２）本発明者らは、該第２次高調波発
生素子について調べたところ、該素子おいては不純物の
拡散による欠陥の発生は防止することはできたが、依然
として単結晶の剥がれ、亀裂等の欠陥は生じ、変換効率
のよい第２次高調波発生素子を得ることは困難であった
。

また、従来公知の、基板の上あるいは基板に設けた講の
中に有機非線形光学材料を形成した第２次高調波発生素
子において、該基板として、エポキシ樹脂を用いてみた
が上記欠陥は解消されなかった。

そこで、本発明者らが検討したところ、光学的非線形性
を有する物質と接する部材としである特定の弾性率（剛
性率）を有する高分子化合物を用いることによって上記
単結晶の剥がれ、亀裂等の欠点がなくなり、変換効率の
よい第２次高調波発生素子が得られることを見出だした
。

［発明の目的］ したがって、本発明の目的は、基板からの不純物拡散に
よって有機非線形光学材料に生ずる欠陥、基板と有機非
線形光学材料の熱膨脹係数の違いによって生ずるひずみ
、亀裂、剥がれ等の欠陥に対処し、作製が容易で、且つ
、変換効率が高い波長変換素子を提供することにある。

［発明の構成］ 上記目的は、光学的非線形性を有する物質と、基本波の
導波モードと第２次高調波の導波モードまたは放射モー
ドとが位相整合するよう調整された部材とから形成され
てなる波長変換素子において、前記物質が有機物質であ
り、前記部材が前記物質と接しており、かつ、弾性率（
剛性率）が０．３　ｘｌＱ’　ｋｒ／−〜４．Ｏｘ１０
’　ｋｇ／ｃｄの高分子化合物であることを特徴とする
波長変換素子によって達成された。

次に本発明の詳細な説明する。

光学的非線形性を有する物質については、例えば「有機
非線形光学材料」　（シー・エム・シー社１９８５年刊
）　、　　ｒＮｏｎｌｉｎｅａｒ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｐ
ｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｍｏ１ｅｃ
ｕｌｅｓ　ａｎｄ　ＣｒｙｓｔａｌＪＶｏｌ、１　。

２　（Ａｃａｄｅｎｉｃ　　Ｐｒｅｓｓｌｎｃ　、　１
９８７）　、日本化学会５４年〜５６年の年会予稿集等
に記載されている。

本発明に好ましく用いられる光学的非線形性を有する物
質として、例えばニトロアニリン誘導体に代表される電
子吸引性基及び電子供与性基で置換されたベンゼン、ナ
フタレン等の芳香環、ピリジン、ピリミジン等の複素環
、スチルベン、ピリジン−Ｎ−オキサイド及び尿素を挙
げることができる。

以下に本発明で用いられる光学的非線形性を有する有機
物質の好ましい例を示す。

以 下 余 白 上記において、単結晶性および非線形光学効果を考える
とＮα１０〜１６の化合物が好ましく、さらに好ましい
ものは、Ｎα１０．１１．１２．１６の化合物である。

本発明の高分子化合物としては、弾性率（剛性率）が０
．３　Ｘ　１０’　ｋｇ／−〜４．０　ｘ　１０’　ｋ
＋ｒ／　Ｃｌ１１　（測定法　ＡＳＴＭ　：　Ｄ７４７
　）の範囲のものであれば種々の高分子化合物を用いる
ことができるが、特に、弾性率（ｗ１性率）　カ０．３
　Ｘ　１０’　ｋｇ／ｃＪ〜１．４ｘ１０’ｋｒ／−の
範囲のものが良い。

また、該高分子材料は、その熱膨張係数が１．０Ｘ１０
−’〜３０ｘ１０−’／”Ｃ（ＡＳＴＭ：　Ｄ６９６に
て測定）のものが好ましい、さらに、熱膨張係数は使用
する有機非線形光学材料になるべく近いものくその差が
０．４　ｘｌＯ−’／”Ｃまでのもの）が好ましい。

次に、本発明で用いられる好ましい高分子化合物の弾性
率（剛性率）、耐熱性、屈折率、熱膨張係数を示す。

高密度ポリエチレン　１２０〜１３５ アクリロニトリル− スチレン共重合物 ８７〜９０ ポリスルホン ポリカーボネイト ポリ塩化ビニリデン ７１〜９３ ポリスチレン 塩化ビニル ポリプロピレン ７０〜１００ ５０〜７０ ９９〜１１０ 熱膨張係数の試験法 １．５４ ０．４〜１．１ ２．８〜３．５ １．６３ ２．４〜２．７ １．５９ ２．０〜２．４ １．６０〜１．６３　０．３〜０．６ １．５９〜１．６０　２．８〜４．２ １．５２〜１．５５　２．５〜４．２ １．４８〜１．５０　０．９〜１．４ ＡＳＴＭ　　Ｄ　６９６ １．０〜１．１ ６〜８ ４．９〜５．６ ６〜８ ５〜１８．５ ［実施例］ 以下、本発明を、実施例によりさらに具体的に説明する
が、本発明はこれら実施例に限定されない 実施例１ 第１図は、本発明の実施例の非線形２次高調波発生素子
を示す図である。

第１図において、１はポリプロピレン（弾性率（剛性率
）　１．２　ｘ　１０’　ｋｒ／　ｄ　）基板を、２は
非線形光学材料、バニリンの単結晶薄膜を示す。

第２図は、上記本発明の非線形２次高調波発生素子を製
造方法を説明するための図である。

第２図において、３はポリプロピレン基板、４はポリエ
チレンよりなる補助基板を表わす。

該ポリプロピレン基板３とポリエチレンよりなる補助基
板４との間には、ポリカーボネートフィルムよりなるス
ペーサー（厚さ３μｍ）５．５′によって３μｍの間隙
が形成される。

該間隙にバニリンを毛細管法（電子通信学会論文誌’８
８／１０　　ｖａｔ、　Ｊ６９−ＣＮｏ、１０　ｐ１２
８ｆｌ＋−１２９０参照）によりバニリンを充填した後
、該バニリン薄膜を単結晶薄膜とするために、縦型帯域
溶融法を応用し、温度分布を持った炉の内部を１１１１
１／時の速度で降下させ、再結晶させた。なお、炉内温
度は８１℃であった。

この様にして単結晶化を行った後、補助基板４を分離し
、非線形２次高調波発生素子を作製した。

本実施例によれば、亀裂、剥れ等による欠陥は生ぜず、
さらに、単結晶性もガラス基板に比べ良好であった。ま
た、ひずみ、基板からの不純物の混入もなく、変換効率
が高くなった。

実施例２ 第３図は、本発明の他の実施例の非線形２次高調波発生
素子を示す図である。

第３図において、６はメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭ
Ａ）Ｃ弾性率（ｗｉ性率）　３．２　ｘ１０’　ｋｉｒ
／−〕基板を、７はバラーブロモエトキシｍ：トロベン
ゼン（非線形光学材料）の単結晶薄膜を示す。

上記素子は、基板６にグイシングツ−装置により、深さ
３μｍ、幅１００μｍの溝８を形成し、該溝８にバラー
ブロモエトキシｍ：トロベンゼンの粉末を充填する０次
いで、パラーブロモエトキシｍ：トロベンゼンの融点で
ある６６°Ｃまで加熱し、溝８内に結晶を形成する。該
結晶に、実施例１のごとく縦型帯域溶融法を応用し、該
結晶を単結晶薄膜７とした。ただし、この時、炉内の温
度を６６℃とし、降下速度を０．５開／ｈとした。

本実施例のものは、実施例１と同様の効果を奏するばか
りでなく、作製が容易となり、且つ、側面にも基板が存
在しているので非線形光学材料の保護性も増す。

実施例３ 第４図は、本発明のまた他の実施例の非線形２次高調波
発生素子を示す図である。

第４図において、９は高密度ポリエチレン〔弾性率（Ｍ
性率）　０．７　ｘ１０’　ｂｒｅａｄ）　ノ中空７ｙ
イバー状の部材を、１０は非線形光学材料、パラ−ヒド
ロキシ−安息香酸メチルのファイバー状単結晶を示す。

第５図は、上記本発明の非線形２次高調波発生素子の製
造装置の説明図である。

第５図において、１１は、非線形光学材料を溶融するた
めの溶融炉であり、その底部には、中空の砂嘴状の流出
路１２が設けられ、また、非線形光学材料、パラ−ヒド
ロキシ−安息香酸メチルを溶融するためのヒーター１３
が設けられている。

−ｍ的に流出路１２の出口１４の内径は５μｍ〜５０μ
ｍが良い。

１５は、基本波の導波モードと第２次高調波の導波モー
ドまたは放射モードとが位相整合するように調整された
部材の材料、高密度ポリエチレンを溶融するための溶融
炉であり、その下部は、先細りとなっており該部材の流
出路１６となっている。また、溶融炉１５の下部の周囲
にはヒーター１７が設けられている。−数的に流出路１
６の出口１８の内径は１關〜ＩＱａｍが良い。

流出路１６の下には温度勾配がつけられたヒーター１９
が設けられている。

２０は形成された非線形２次高調波発生素子を示す。

上記製造装置で非線形２次高調波発生素子を製造する場
合、非線形光学材料と基本波の導波モードと第２次高調
波の導波モードまたは放射モードとが位相整合するよう
に調整された部材の材料の融点がほぼ同じであることが
必要である。

非線形光学材料のバラ−ヒドロキシ−安息香酸メチルを
溶融炉１１に、また、基本波の導波モードと第２次高調
波の導波モードまたは放射モードとが位相整合するよう
に調整された部材の材料のポリエチレンを溶融炉１５に
入れ、それぞれを１３１℃〜１４０℃のヒーター１３．
１７で加熱し、溶融する。

溶融炉１１及び溶融炉１５を加圧すると、中空部にバラ
−ヒドロキシ−安息香酸メチルが詰まったファイバー状
のポリエチレンが流出路１５の出口１８から得られる。

これを温度勾配を持ったヒーター１つによって徐々に温
度を下げ、パラ−ヒドロキシ安息香酸メチルを単結晶化
することにより、本発明の非線形２次高調波発生素子２
０が得られる。

本実施例のものは、実施例１と同様の効果を奏するばか
りでなく、作製が容易となる。

なお、上記実施例では非線形光学材料を単結晶とする場
合について述べたが、非線形光学材料をを配向させても
良い。

し発明の効果］ 以上述べてきたように、本発明によれば亀裂、剥れ等が
なく、単結晶性が著しく向上し、ひずみ、基板からの不
純物の混入がなく、変換効率が高い非線形２次高調波発
生素子の形成が可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明波長変換素子の一実施例を示す斜視図
、第２図は、第１図の波長変換素子の製造方法を説明す
るための図、第３図は、本発明波長変換素子の他の実施
例を示す斜視図、第４図は、本発明波長変換素子のまた
他の実施例を示す斜視し 図、第５図は、第４図の波長変換素子の製造する装置の
説明図である。 第１図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光学的非線形性を有する物質と、基本波の導波モードと
   第２次高調波の導波モードまたは放射モードとが位相整
   合するよう調整された部材とから形成されてなる波長変
   換素子において、前記物質が有機物質であり、前記部材
   が前記物質と接しており、かつ、弾性率（剛性率）が０
   ．３×１０＾４ｋｇ／ｃｍ＾２〜４．０×１０＾４ｋｇ
   ／ｃｍ＾２の高分子化合物であることを特徴とする波長
   変換素子。