JPH03225327A - 第二高調波発生素子およびその製造方法 - 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〕 本発明はレーザー光を利用する情報処理分野。

計測制御分野等において使用される第二高調波発生素子
（以下、ＳＨＧ素子と称する。）およびその製造方法に
関し、特に良好なチェレンコフ放射波面と高出力の得ら
れるファイバー型のＳＨＧ素子およびその製造方法に関
する。

〔発明の概要〕

本発明は、有機非線型光学材料からなるコア部を包囲す
るクラッド部として内径に対する外径の比が１０００以
上と極端に大きいガラス毛細管を使用することにより、
チェレンコフ放射波面が良好で集光等の用途に適するフ
ァイバー型のＳＨＧ素子を提供しようとするものである
。

さらに本発明は、上記ＳＨＧ素子のクラッド部を構成す
るガラス毛細管の作成を、いわゆる同軸同時延伸により
可能とするものである。

さらに本発明は、上記ガラス毛細管の中空部の内圧を高
めた状態で加熱して該ガラス毛細管を局部的に膨張させ
ることにより、基本波の入射効率を高めるためのテーパ
一部をコア部の一端に精度良く形成し、高出力型のＳＨ
Ｇ素子を製造しようとするものである。

〔従来の技術〕

レーザー光を利用して情報処理や計測制御等を行うオプ
トエレクトロニクスの分野においては、光源の短波長化
（高周波数化）と高出力化への要求が一段と高まってい
る。この光源としては、小型で近年価格も下がっている
半導体レーザーが広く使用されている。しかし、７００
０Å以下の短波長光を必要とする場合には従来の半導体
レーザーでは発振困難であるため、気体レーザーを使用
せざるを得ず、関連機器の大型化は避けられなかった。

そのため、第二高調波発生（ＳＨＧ）の現象を利用して
光源からの基本波の波長を１７２に変換することのでき
るＳＨＧ素子が研究されている。ＳＨＧ素子は非線型光
学材料を使用して構成され、角周波数ωの基本波によっ
て材料内部に生じた非線型分極から角周波数２ωの第二
高調波を発生するものである。このような素子を利用す
れば、肉眼では見えない赤外線レーザーを可視化して新
しいタイプの表示装置を提供したり、ビームスポット径
を小さくして光学情報記録媒体の記録密度を一挙に４倍
とすること等が可能となる。

上記ＳＨＯ素子には、大別してバルク状の非線型光学結
晶を使用するバルク型と、導波路を有する導波路型とが
ある。近年、光源として半導体レーザーが多用されてい
ることを考慮すると、装置の小型化、低コスト化を実現
し、比較的パワーの小さい半導体レーザーから効率良く
第二高調波を発生させるという観点から導波路型が有利
である。

さらに導波路型には、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ，
）等の非線型光学材料からなる基板上にリッジを形成し
たりッジ型、適当なりラッド材の中に非線型光学材料か
らなるコアを配したファイバー型等の種類がある。この
うちファイバー型は、小型化に適すること、得られる第
二高調波のビーム形状の対称性が高い等の利点を有して
いる。

また、上記非線型光学材料には、従来から知られている
リン酸二水素カリウムや上記ニオブ酸リチウム等の無機
化合物の他に、近年ではこれらの無機化合物を迩かに上
回る非線型光学効果と高速応答性を示す有機化合物が見
出されており、有機分子構造の多様性を活かして様々な
分子設計の試みがなされている。

したがって、有機非線型光学材料からなるコアを有する
ファイバー型のＳＨＧ素子は、その応用。

発展が将来的にも極めて有望視されるものである。

かかるファイバー型のＳＨＧ素子と周辺光学系の代表的
な構成を第７図に示す、このＳＨＧ素子は、ガラス毛細
管等からなるクラッド部（４ｏ）の中央部に、有機非線
型光学材料としてたとえば２メチル−４−ニトロアニリ
ン（ＭＮＡ）を充填してなるコア部（４１）を配してな
るものである。ここで、クラッド部（４０）の屈折率は
コア部（４１）の屈折率よりも低く選ばれている。この
ＳＨＧ素子の外部には半導体レーザー（４２）とコリメ
ーターレンズ（４３）および集光レンズ（４４）等が置
かれ、上記半導体レーザー（４２）から放出される基本
波ＦＷを上記各レンズを介して入射側端面（４０ａ）か
らコア部（４１）へ入射するようになされている。基本
波ＦＷがコア部（４１）の内部で全反射を繰り返しなが
ら伝播する間に、基本波ＦＷの半分の波長を有する第二
高調波ＳＨが一定のチェレンコフ角θをもってクラッド
部（４０）内に放射され、モードマツチした成分だけが
出射側端面（４０ｂ）から空気中へ放出される。この際
、出射側端面（４０ｂ）の後段に基本波を遮断するため
のフィルター等を設けておけば、リング状の放射波面（
４５）を有する第二高調波ＳＨを選択的に取り出すこと
ができる。

ところで、第７図に示されるようなＳＨＧ素子から得ら
れた第二高調波ＳＨを集光して微細なビームスポットを
形成するためには、該第二高調波ＳＨのコヒーレンスが
良好でなければならず、したがって単一モード伝搬をさ
せることが必要となる。第二高調波ＳＨの導波自体は、
クラッド部（４０）と空気との間の屈折率を利用する全
反射により該クラッド部（４０）内を伝搬させるモード
によっても可能であるが、この場合は第二高調波ＳＨが
コア部（４１）を通過する際に干渉を起こすので、伝搬
効率が低下すること、放射波面の揃った光が得られず集
光の目的には不適切であること等の実用上の問題点が多
い。

このような事情から、ファイバー型ＳＨＧ素子の寸法は
、外径を２ｒ、全長を２．チェレンコフ放射角をθとす
るときＩ！−ｔａｎθ〉ｒの関係を満たすように設定さ
れ、典型的にはチェレンコフ放射角θが９〜１０″の場
合、外径２ｒ−１〜２ｍｍ。

全長！＝３〜５ｍｍとされる。さらに、単一モード伝搬
を実現するにはコア部（４１）への基本波ＦＷの入射角
を狭く規定することが必要であり、そのためクラッド部
（４０）の内径〔すなわちコア部（４１）の直径〕はｌ
ｕｍ程度とされる。つまり、クラッド部（４０）を構成
するガラス毛細管としては、内径に対する外径の比が１
０００以上もの材料が必要となるわけである。

しかしながら、このような内径と外径の比が極端に大き
いガラス毛細管を実際に製造することは技術的に困難で
ある。そこで、従来ではこれを解決する一方法として、
内径数μｍ、外径数十μｍ程度のガラス毛細管の中空部
に有機非線型光学材料を充填して結晶化させた後、該ガ
ラス毛細管をより径の大きいガラス管の中空部に挿入し
、両者の隙間を上記有機非線型光学材料の結晶化温度よ
り低い融点を有するモールド樹脂により充填して見掛は
上の外径を大とした構成が考えられている。

〔発明が解決しようとする！ＩＩ！り しかし、上述のようなモールド樹脂を使用したＳＨＧ素
子には幾つかの欠点がある。第一に、ガラス管とモール
ド樹脂との界面を平滑に形成することが困難であるため
、チェレンコフ放射波面が乱れて集光性が劣化する。第
二に、モールド樹脂が基本波の波長帯域に吸収を有する
ために、入射光のパワーが大きい場合にはモールド樹脂
の焼失や飛散が生じ、入射側端面を汚染する戊れが大き
い、したがって、上記の構成では実用性に優れるＳＨＧ
素子を提供できないのが実情である。

以上は、単一モード伝搬を考慮した場合のガラス毛細管
の内外径比に間する検討であるが、入射効率の向上もＳ
ＨＧ素子の重要な課題である。従来のファイバー型５）
ＩＧ素子は、ガラス毛細管の内径が全長にわたって一定
であるため、開口数の大きい集光レンズを使用して基本
波を入射させる際の入射効率は極めて低く、したがって
高出力を得ることができない。

そこで本発明は、良好なチェレンコフ放射波面と高出力
の得られる第二高調波発生素子およびその製造方法を提
供することを目的とする。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明者らは上述の目的を達成するために検討を重ねた
結果、光ファイバーの製造分野において行われているロ
ッドインガラス法にヒントを得、径の異なるガラス管同
士の同軸同時延伸を行えば、内径に対する外径の比が１
０００以上と大きいガラス毛細管を精度良く製造できる
こと、およびかかるガラス毛細管の中空部に有機非線型
光学材料を充填すればチェレンコフ放射波面が良好で集
光性に優れるファイバー型のＳＨＧ素子を提供できるこ
とを見出した。

さらに本発明者らは、クラッド部の内径、すなわちコア
部の直径が入射側端面に向かって拡大するように該コア
部に適当なテーパーを設ければ基本波の入射効率を向上
させることができ、かかるガラス毛細管は内外圧力差を
利用した局部的な加熱膨張により製造できることを見出
した。

本発明は、上述の知見にもとづいて完成されたものであ
る。

すなわち、本発明の第１の発明にがかるＳＨＧ素子は、
内径に対する外径の比が１０００以上のガラス毛細管中
に有機非線型光学材料が充填されてなることを特徴とす
るものである。

さらに、本発明の第２の発明にかかるＳＨＧ素子の製造
方法は、径の異なる複数本のガラス管を同軸状に配して
なる多重管構成体を加熱延伸すると同時に熱融着により
一体化して内径に対する外径の比が１０００以上である
ガラス毛細管を形成する工程と、前記ガラス毛細管の中
空部に有機非線型光学材料を充填する工程を有すること
を特徴とするものである。

さらに、本発明の第３の発明にがかるＳＨＧ素子の製造
方法は、径の異なる複数本のガラス管を同軸状に配して
なる多重管構成体を加熱延伸すると同時に熱融着により
一体化して内径に対する外径の比が１０００以上である
ガラス毛細管を形成する工程と、前記ガラス毛細管の中
空部に所定量の液体を封入して加熱気化により内圧を上
昇させる工程と、前記ガラス毛細管を局所的に軟化点よ
り高い温度に加熱して被加熱部を膨張させる工程と、前
記ガラス毛細管の中空部から前記液体を除去して有機非
線型光学材料を充填する工程を有することを特徴とする
ものである。

本発明のＳＨＣ素子のクラッド部はガラス毛細管により
構成されるものである。一般に上記ガラス毛細管の原料
ガラスとしては、コアに使用される後述の有機非線型光
学材料よりも低い屈折率を有し、第二高調波に対して透
明であり、製造過程において中空部に溶融状態で後述の
有機非線型光学材料を充填する必要から該有機非線型光
学材料よりも高い融点を有し、かつ十分な強度と優れた
成形性を有するガラスが好適とされる。しかし、本発明
ではガラス毛細管が同軸同時延伸により製造されること
から、脈理を発生しにくいことも重要な特性である。そ
のためには屈折率１．４０〜１．９８の鉛ガラスが特に
好適である。

上記ガラス毛細管の中空部に充填されてコア部を形成す
る有機非線型光学材料としては、高いＳＨＧ活性を有す
る公知の化合物が適用可能である。

例示すれば、２−メチル−４−ニトロアニリン（ＭＮＡ
）、２．Ｎ−ジメチル−４−二トロアニリン（ＭＮＭＡ
）、１−ジメチルアミノ−２−アセトアミド−４−二ト
ロベンゼン（ＤＡＮ）、メチル−（２，４−ジニトロフ
ェニル）アミノプロピオネート（ＭＡＰ）、ｌ（α−メ
チルベンジルアミノ）−５−二トロピリジン［ＭＢＡ−
ＮＰ］２−（２−ヒドロキシメチルピロリジノ）−５ニ
トロピリジン（ＰＮＰ）、３−メチル−４−ニトロピリ
ジン−Ｎ−オキシド（ＰＯＭ）等である。

なお、ＳＨＧを実現するためには二次の非線型感受率χ
Ｉ）が大きいことがまず必要である。このような観点か
ら、上述の化合物はいずれも芳香環をはさんで電子吸引
性基と電子供与性基を配した構造を共通に有している。

しかし、たとえばｐニトロアニリンや４′−ジメチルア
ミノ−４−ニトロスチルベン等のように上述のような構
造をとっていても反転対称性を有するためにＳＨＧを発
現しない化合物もある。このような化合物については、
立体障害の大きい置換基の導入、光学活性基の導入、水
素結合の導入、永久双極子を小さくする等の手段により
本発明に適用可能となる。

上記ガラス毛細管を作成するには、径の異なる複数本の
ガラス管を同軸状に配してなる多重管構成体を加熱延伸
すると同時に熱融着により一体化させる。加熱延伸時の
温度は、屈伏点以上かつ軟化点以下に選ばれる。屈伏点
より低温側では同軸状に配された複数のガラス管同士が
融着せず、軟化点より高温側ではガラス材料が自重によ
り流動するために中空部が潰れてしまう、上述の温度範
囲におけるガラス材料の粘度は、おおよそ１０’〜ＩＱ
Ｉ　ｌボイズである。

ところで、同軸同時延伸によりガラス毛細管を製造する
技術は、たとえば特開昭６３−１８５８３８号公報にも
みることができる。しかし、上記公報は屈折率が１．５
程度の石英系ガラスを使用して光ファイバーの接続に用
いられるガラスフェルールを製造する技術を開示したも
のであり、本発明とは目的も効果も異なるものである。

すなわち、石英系ガラスの同軸同時延伸では橿めて脈理
が発生し易く、また製造されるガラス毛細管の内径に対
する外径の比も８程度と小さいものであるため、屈折率
分布の高度な均一性と大きな内外径比が要求されるＳＨ
Ｇ素子のクラツド材としての用途には到底適さないから
である。

上述のようなガラス毛細管の中空部に有機非線型光学材
料を充填するためには、有機非線型光学材料を融点以上
に加熱して溶融物とし、これをガラス毛細管の中空部へ
注入するか、もしくはガラス毛細管の先端部を上記溶融
物中へ浸漬して毛管現象により吸い上げる０本発明では
、製造されるガラス毛細管の内径が極めて小さいために
、後者の方法が容易に適用できる。有機非線型光学材料
の充填後は、ブリッジマン炉等を使用して通常の方法で
単結晶化させれば良い。このように有機非線型光学材料
の単結晶にて構成されるコア部は、前述の条件（ｊ２・
ｔａｎθ＞ｒ）が満足されていれば必ずしもクラッド部
の中心部に正確に配されている必要はない。

最後に、有機非線型光学材料の単結晶が充填されたガラ
ス毛細管を前述の条件（１−ｔａｎθ＞ｒ）を満たす長
さに切断すれば、複数の５ｆ（Ｇ素子が効率良く製造さ
れる。

本発明ではさらに、基本波の入射効率を高めるために、
クラッド部の内径、すなわちコア部の直径が入射側端面
に向かって拡大するように該コア部に適当なテーパ一部
を設けることを考える。かかるテーパ一部を形成するた
めに、本発明者らはガラス毛細管の中空部に所定量の液
体を封入して加熱により内圧を上昇させ、続いて前記ガ
ラス毛細管を局所的に軟化点より高い温度に加熱して加
熱部を膨張させる方法を提案した。このときの内圧は実
用的には５０〜２００　ａｔｅ程度に選ばれる。局所的
な加熱は、ガラス毛細管の周囲に同軸的に配されたリン
グ状のヒーター等を移動させながら行うことができる。

上記方法によれば、内圧、加熱温度、加熱時間等を最適
に制御することにより、極めて高精度に多様な形状を有
する膨張部を形成することができる。ここで、上記テー
パ一部の長さは最終的なＳＨＧ素子の全長ｌの１７１０
以下とすることが望ましい、また、入射側端面における
テーパ一部の開口径は、ガラス毛細管の内径の１．５〜
４倍程度とすることが望ましい。上記開口径が小さすぎ
ては基本波の入射効率が向上せず、また大きすぎては広
範囲な入射角の基本波を受は入れて多重モード伝搬とな
ってしまう。

かかるＳＨＧ素子を実際に製造するには、長尺状のガラ
ス毛細管にかかる膨張部を多数形成し、内圧を上昇させ
るために使用された液体を除去して乾燥させた後、前述
の方法にて有機非線型光学材料を充填して単結晶化させ
、所望のテーパー形状が得られる部位にて上記ガラス毛
細管を所定の長さに切り出せば、量産が可能となる。

ところで、ガラス毛細管の中空部の一端にテーパーを設
けた例は前述の特開昭６３−１８５８３８号公報にも開
示されている。しかし、この場合のテーパー加工はガラ
ス毛細管を所定の長さに切り出した後にエツチング等に
より行われているので、ＳＨＧ素子の製造に適用するに
は加工精度およびテーパ一部の表面性共に不十分である
ほか、生産性にも劣る。

なお、本発明のＳＨＧ素子の端面には、ゴミ等の付着、
あるいは有機非線型光学材料の傷付き変質等による性能
劣化を防止するために、必要に応じて樹脂等による保護
層が設けられていても良い、上記保護層は、特に入射側
端面に設けられた場合に効果が大きい。

〔作用〕

本発明のＳＨＧ素子は、内径に対する外径の比が１００
０以上のガラス毛細管をクラッド部とし、該クラッド部
の中空部に有機非線型光学材料が充填されコア部が形成
されてなるものである。かかるＳＨＧ素子のコア部から
放射された第二高調波は、クラッド部を構成するガラス
材料の内部のみを出射側端面に向かって伝搬することが
でき、異種材料の界面の影響を受けることがない。した
がって、得られるチェレンコフ放射波面が良好で、集光
性に優れている。外径を小さく規定すれば内径もそれに
応じて１μｍまで縮小することができ、単一モード伝搬
を実現することができる。

かかるＳＨＧ素子のクラッド部となるガラス毛細管は、
同軸同時延伸により極めて精度良く製造することができ
る。すなわち、径の異なる複数本のガラス管を同軸状に
配してなる多重管構成体を加熱延伸すると同時に熱融着
により一体化させることは、最中央部に配置された最も
径の小さいガラス管の肉厚をそれを取り巻く径の大きい
ガラス管の肉厚で補うことに他ならない。したがって、
単一のガラス管の加熱延伸では到底不可能なほどの大き
な内外径比を有するガラス毛細管の製造も、本発明によ
り可能となるわけである。

さらに、本発明においてコア部の一端に基本波の入射効
率を高めるためのテーパ一部を設ける方法によれば、ガ
ラス毛細管の内圧が均一に上昇している状態で外部から
局所的な加熱が行われるため、形成される膨張部は加熱
源に最も近接した部位で太く、加熱源から遠ざかるにつ
れてなだらかに細くなる形状となる。しかもその形成過
程は極めて制御性に優れている。この膨張部の内面は、
形成時に何ら機械的な損傷を受けていないので極めて平
滑であり、テーパ一部とされた場合にも入射する基本波
の伝搬に悪影響を与えることがない。

また、このテーパ一部の形成は長尺状のガラス毛細管を
ＳＨＧ素子の全長に合わせて切断する以前に行われるた
め、生産性にも極めて優れている。

〔実施例〕

以下、本発明の好適な実施例について図面を参照しなが
ら説明する。

実施例１ 本実施例は、ガラス毛細管の中空部に有機非線型光学材
料として２−メチル−４−ニトロアニリンを充填したＳ
ＨＧ素子の例である。

上記ＳＨＧ素子の構成は、前述の第７図に示すとおりで
あり、寸法は外径２ｒ＝１ｍｍ、内径ｄ＝１μｍ、全長
１＝３ｍｍである。

以下、かかるＳＨＧ素子の製造方法について説明する。

まず、クラッド部となるガラス毛細管の製造に使用され
る延伸装置の構成を概略的に第１図に示す、この延伸装
置は、ガラス管（１）を最初に装置内ヘガイドするため
の材料送り機構（１０）、ガラス管（１）を軟化点以上
に加熱するための軟化炉（１１）、加熱軟化され自重に
より落下するガラス管（２）を適切な温度に冷却するた
めの空冷用ファン（１７）、ガラス管（２）の外径を規
定しながら延伸を行う延伸機構（１２）、上記材料送り
機構（１０）と同軸上に配設され、外径の規定されたガ
ラス管（３）を保持することにより常にガラス管（１）
を軟化炉（１１）の中心位置に維持することを可能とす
る同軸ホルダー（１３）、（１５）　、上記２個の同軸
ホルダー（１３）　、　（１５）の中間に設けられ延伸
されたガラス管（３）の外径を計測する計測装置（１４
）、延伸されたガラス管（３）を所定の長さに切断する
ためのカッター（１６）等がガラス管の送り方向（図中
、矢印Ａ方向）に沿って配設されてなるものである。上
記材料送り機構（１０）および同軸ホルダー（１３）　
、　（１５）は、３点支持可能なヘアリング機構等から
構成されている。上記計測装置（１４）はたとえばデジ
タルリニヤゲージにより構成され、外径の測定結果にも
とづいて生成される制御信号が上記延伸機構（１２）の
モーターの回転数を制御するようになされている。

次に、上述の延伸装置を使用してガラス毛細管を作成し
た。

まず、鉛系ガラス（屈折率１．９０．軟化点３９０°Ｃ
）からなる外径１０ｍｍ、内径０．６ｍｍのガラス管（
１）を上記延伸装置の材料送り機構（１０）に装入し、
軟化炉（１１）の温度を４２０°Ｃとしてガラス管（１
）を軟化させた後、落下するガラス管（２）を延伸機構
（１２）で受けて外径を規定し、外径０．５ｍｍ、内径
３０μｍのガラス管（３）を製造した。このガラス管（
３）の外径は、元のガラス（１）の内径よりも小さくさ
れている。

次に、上記ガラス管（３）を上記ガラス管（１）の中空
部にに挿入して多重管構成体（４）とし、これを第２図
に示すような保持機構（１８）を使用して固定した。こ
の保持機構（１８）はガラス管（１）の外縁部に接して
これを把持する溝部（１９）と、ガラス管（３）の外周
部に接してこれを把持する中心孔（２０）を有しており
、上記ガラス管（１）およびガラス管（３）とを同軸的
に保持するようになされている。

上記ガラス管（３）の端部（３ａ）は溶融封止されてい
る。上記保持機構（１８）の一端には真空ポンプ等の減
圧装置（図示せず。）に接続可能な排気孔（２１）が設
けられている。上記排気孔（２１）は、上記保持機構（
１８）が多重管構成体（４）を保持した場合に形成され
る空洞部（２２）と連通している。したがって、排気孔
（２１）を通じて上記空洞部（２２）を減圧することに
より、両ガラス管（１）　、　（３）間の間隙部（２３
）に存在する空気を排気しながら該ガラス管（１）　、
　（３）同士を良好に融着させることが可能となる。

上述のように保持された多重管構成体（４）を再び前述
の延伸装置（第２図には図示せず。）にセットし、排気
孔（２１）を通じて空洞部（２２）および間隙部（２３
）を減圧しながら延伸を行った。ここで、軟化炉（１１
）の温度を４９０°Ｃとすると、ガラス管（１）の中空
部（６）が潰れることなく、しかも両ガラス管（１）　
、　（３）間に気泡等を残すことなく両者が熱融着によ
り一体化され、外径１ｍｍ、内径１μｍのガラス毛細管
（５）が製造された。このガラス毛細管（５）の内径に
対する外径の比は１０００である。また、上記ガラス毛
細管（５）においてはガラス管（１）の真円状態が維持
されており、脈理等の欠陥は形成されていなかった。

以上の熱融着の過程を長さ方向に垂直な断面に沿って見
ると、第３図（Ａ）ないし第３図（Ｃ）に示すようにな
る。第３図（Ａ）は第２図中のａａ線に沿って見た熱融
着前の多重管構成体（４）の断面、第３図（Ｂ）はｂ−
ｂ線に沿って見た熱融着途中の多重管構成体（４）の断
面、第３図（Ｃ）はｃ−ｃ線に沿って見た延伸後のガラ
ス毛細管（５）の断面をそれぞれ表す、ただし、第３図
（Ｃ）の縮尺は第３図（Ａ）および第３図（Ｂ）よりも
大きく設定されている。ガラス管（１）　、　（３）の
融着が進行するにつれて間隙部（２３）が消失し、中空
部（６）の直径も小さくなってゆく様子が明らかである
。

なお、上記の熱融着の過程において、ガラス毛細管（５
）の内径の制御性をより一層高めるために、ガラス管（
３）の端部（３ａ）を溶融封止せずに適当な加圧手段に
接続し、中空部（６）の潰れを防止するようにしても良
い。

以上のようにして製造されたガラス毛細管（５）の中空
部（６）に、常法にしたがって有機非線型光学材料を充
填し、単結晶化を行った。すなわち、溶融した２−メチ
ル−４−ニトロアニリン（ＭＮＡ）を満たした容器に上
記ガラス毛細管（５）の−端を浸漬し、毛管現象により
中空部（６）に充填した。この時点で、中空部（６）内
に充填されたＭＮＡは冷却されて多結晶状態にある。こ
のガラス毛細管（５）をブリンジマン炉内で移動させる
ことにより、ＭＮＡの単結晶化を行った。

最後に、上記ガラス毛細管（５）を３ｍｍの長さに切断
し、第７図に示したようなＳＨＧ素子を完成した。

かかるＳＨＧ素子の入射側端面から波長１１０６４ｎの
ＹＡＧレーザー光を入射させたところ、出射側端面から
は波長５３２ｎｍ（緑色）の第二高調波がきれいなリン
グ状の放射波面にて得られた。

実施例２ 本実施例は、基本波の入射側端面にテーパ一部を設けた
ＳＨＧ素子の例である。

本実施例のＳＨＧ素子の構成例を第４図に示す。

このＳＨＧ素子は、クラッド部（３０）を構成するガラ
ス毛細管の内径、すなわちコア部（３１）の直径が入射
側端面（３０ａ）に向かうて拡大するように該コア部（
３１）に適当なテーパ一部（３２）を設け、基本波の入
射効率を高めるようになされたものである。

各部の寸法は外径２ｒ＝１ｍｍ、内径ｄ１−１μｍ、全
長ｆ、＝３ｍｍ、テーパ一部（３２）の長さｊ２２＝０
．３　ｍｍ、入射側端面（３０ａ）におけるテーパー部
（３２）の開口径ｄ２＝４μｍである。

以下、このＳＨＧ素子の製造方法について第５図を参照
しながら説明する。

まず、ガラス毛細管（５）を製造するまでの工程は実施
例１に前述したとおりである。

上記ガラス毛細管（５）の中空部（６）にエタノールを
毛管現象により中途部まで吸い上げて充填し、ガラス毛
細管（５）の両端（５ａ）を溶融封止した。

次に、エタノールを収容している部分を下方に向けて上
記ガラス毛細管（５）を円筒ヒーター（３３）中にセッ
トし、２４０℃に加熱して中空部（６）の内圧を６３　
ａｔｍとした。この状態で、ガラス毛細管（５）のうち
円筒ヒーター（３３）の外部に露出している部分を、該
ガラス毛細管（５）と同軸的に配設されたリング状ヒー
ター（３４）で局所的に加熱した。上記リング状ヒータ
ー（３４）としてはセラミック・ヒーターを使用し、５
秒間で４００°Ｃまで昇温させた。

また、このリング状ヒーター（３４）を上下（図中、矢
印Ｂ方向）に移動させることにより、ガラス毛細管（５
）の所望の部分を順次局所的に加熱した。

この結果、ガラス毛細管（５）は第６図に示すように、
局所的に膨張部（７）が複数個形成された状態となった
。上記膨張部（７）の内壁部（７ａ）は、ＳＨＧ素子の
テーパ一部（３２）を構成する部分となる。

このテーパ一部（３２）は、最終的には基本波の反射面
となるので高度に平滑であることが要求されるが、本発
明の方法によれば膨張部（７）が物理的な損傷を何ら受
けることなく形成されるので、エツチング等によるテー
パー加工よりも極めて有利である。

次に、かかるガラス毛細管（５）の中空部（６）からエ
タノールを除去して乾燥させ、実施例１の場合と同様に
してＭＮＡを充填し単結晶化させた後、３ｍｍの長さに
切断してＳＨＧ素子を完成した。

ここで、本実施例においてはＳＨＧ素子の入射側端面（
３０ａ）にテーパ一部（３２）を形成する必要から、入
射側端面（３０ａ）を形成するための切断は上記膨張部
（７）の適当な部位において行われなければならない、
この切断は、たとえば第６図のｄ−ｄ線に沿って行うこ
とができるが、所望の開口径、テーパ一部の長さ等によ
って適宜変更しても差支えない。

かかるＳＨＧ素子においては基本波の入射効率が増大し
、得られる第二高調波ＳＨの放射波面（３５）も良好で
あった。

なお、本実施例ではガラス毛細管（５）の中空部（６）
の内圧を上昇させるための液体としてエタノールを使用
したが、たとえば水を使用して約３７０°Ｃに加熱し、
内圧を２００気圧程度とすることもできる。これらの諸
条件は、所望のテーパーの形状および寸法により適宜設
定すれば良い。

また、膨張部（７）を形成するための局所的な加熱方法
として、上述のようなリング状ヒーター（３４）の代わ
りに炭酸ガスレーザー（波長１０μｍ）による迅速加熱
を行えば、制御性を一層向上させることもできる。

さらに、上述の各実施例では多重管構成体（４）を構成
するガラス管の数を２本としたが、本発明が３本以上の
ガラス管を使用した場合にも適用できることは言うまで
もない。

〔発明の効果〕

以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、従
来では精度良く製造することが困難であった内外径比の
極端に大きいガラス毛細管を高い信頼性および生産性を
もって製造できる。かかるガラス毛細管をクラッド部と
するファイバー型のＳＨＧ素子は、チェレンコフ放射波
面が極めて良好であり、出射後の集光性にも優れている
。したがって、高密度記録再生のための光源の短波長化
へのニーズ等にも対応し得るものである。

さらに、本発明によればコア部の入射側端面におけるテ
ーパー加工も容易に行うことが可能となり、基本波の入
射効率に優れた高出力型のＳＨＧ素子が高い信頼性およ
び生産性をもって提供できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はガラス毛細管の製造に使用される延伸装置の一
構成例を概略的に示す模式図である。第２図は同軸同時
延伸の過程を示す概略断面図であり、第３図（Ａ）ない
し第３図（Ｃ）は第２図に示す各段階における多重管構
成体の状態を示す模式的断面図である。第４図はコア部
の入射側端面にテーパ一部を有するファイバー型ＳＨＧ
素子の一構成例を示す概略断面図である。第５図はガラ
ス毛細管に局所的に膨張部を形成する方法を概略的に示
す模式図であり、第６図は局所的に膨張部が形成された
ガラス毛細管の要部拡大断面図である。第７図は一般的
なファイバー型のＳＨＧ素子と周辺光学系の構成を概略
的に示す模式図である。 １．３ ３０、　４０ ３１、　４１ ２ ガラス管 多重管構成体 ガラス毛細管 中空部 膨張部 クラッド部 コア部 テーパ一部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内径に対する外径の比が１０００以上のガラス毛
   細管中に有機非線型光学材料が充填されてなる第二高調
   波発生素子。
2. （２）径の異なる複数本のガラス管を同軸状に配してな
   る多重管構成体を加熱延伸すると同時に熱融着により一
   体化して内径に対する外径の比が１０００以上であるガ
   ラス毛細管を形成する工程と、前記ガラス毛細管の中空
   部に有機非線型光学材料を充填する工程を有することを
   特徴とする第二高調波発生素子の製造方法。
3. （３）径の異なる複数本のガラス管を同軸状に配してな
   る多重管構成体を加熱延伸すると同時に熱融着により一
   体化して内径に対する外径の比が１０００以上であるガ
   ラス毛細管を形成する工程と、前記ガラス毛細管の中空
   部に所定量の液体を封入して加熱気化により内圧を上昇
   させる工程と、前記ガラス毛細管を局所的に軟化点より
   高い温度に加熱して被加熱部を膨張させる工程と、前記
   ガラス毛細管の中空部から前記液体を除去して有機非線
   型光学材料を充填する工程を有することを特徴とする第
   二高調波発生素子の製造方法。