JPH04128805A - 光導波路素子 - 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） 本発明は、有機材料からなる導波部を有する光導波路素
子に関し、特に詳細には、上記有機材料の昇華や変成を
防止できるようにした光導波路素子に関するものである
。

（従来の技術） 従来より、非線形光学材料を利用して、レーザー光を第
２高調波等に波長変換（短波長化）する試みが種々なさ
れている。このようにして波長変換を行なう光波長変換
素子の１つとして、いわゆるファイバー型のものが提案
されている。この光波長変換素子は、クラッド内に非線
形光学材料からなるコアが充てんされた光ファイバーで
あり、応用物理学会懇話会微小光学研究グループ機関誌
ＶＯＬ、　　３．　Ｎｏ、２．　　ｐ２８〜３２にはそ
の一例が示されている。このファイバー型の光波長変換
素子は、基本波と第２高調波との間の位相整合をとるこ
とも容易であるので、最近ではこのファイバー型光波長
変換素子についての研究が盛んになされている。

また、例えば特開昭６３−１５２３３号、同６Ｂ−１５
２３４号公報に示されるように、クラッド層となる２枚
の基板の間に非線形光学材料からなる光導波路を形成し
た光導波路型の光波長変換素子も知られている。さらに
は、ガラス基板内に非線形光学材料からなる３次元光導
波路が埋め込まれてなり、ガラス基板中に波長変換波を
出射する３次元光導波路型の光波長変換素子も知られて
いる。これらの光導波路型光波長変換素子も、上述のよ
うな特長を有している。

また、特開平１−２４４４：３３号公報において、和周
波および差周波も同様に、ファイバー型波長変換素子に
よって発生することが詳細に記されている。導波路型光
波長変換素子における和差周波発生についても特開平１
−２４４４３４号公報において詳細に記されている。さ
らに３次の非線形性を利用した第３高調波発生も十分に
可能である。

ところで、近時、これらファイバー型、光導波路型の光
波長変換素子において、非線形光学材料として単結晶の
有機非線形光学材料を用いる提案が種々なされている。

この有機非線形光学材料は、無機材料に比べて非線形光
学定数か極めて大きいので、この有機非線形光学材料を
用いれば高い波長変換効率を得ることか可能となるので
ある。この有機非線形光学材料としては、例えば特開昭
６０−２５０３３４号公報、’Ｎｏｎ１ｉｎｅｒ　０ｐ
ｔｉｃａｌＰ　ｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　　Ｏｒｇａ
ｎｉｃ　ａｎｄ　　Ｐ　ｏｌｙｍｅｒｉｃＭａｔｅｒｉ
ａｌｓ”ＡＣ５ＳＹＭＰＯ３ＩＵＭ　　５ＥＲＩＥＳ　
　２２３．　Ｄａｖｉｄ　Ｊ、　Ｗｉｌｌｊａｍｓ編（
Ａｍｅｒｉｃａｎ　　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　　５ｏｃｉ
ｅｔｙ、　　　１　９８３　年子１」）「有機非線形光
学材料」加藤政雄、中西へ部監修（シー・エム・シー社
、１９８５年刊）、“Ｎｏｎ１ｉｎｅａｒ　　０ｐｔｉ
ｃａｌ　　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ　　Ｏｒｇａｎｉ
ｃＭｏｌｅｃｕｌｅｓ　ａｎｄ　　Ｃｒｙｓｔａｌｓ　
”　Ｄ、　　Ｓ、　　ＣｈｅｍｌａおよびＪ、Ｚｙｓｓ
編（Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ　　Ｉｎｃ、　。

１９８７年刊）　、Ｒ，Ｔ、　　Ｂａ１ｌｅｙ等による
”Ｔｈｅ　　Ｑｕａｌｊｔｙａｎｄ　　Ｐｅｒｆｏｒｍ
ａｎｃｅｏｒＴｈｅＯｒｇａｎｉｃ　　Ｎｏｎ−Ｌｉｎ
ｅａｒ　０ｐｔｉｃａｌ　　Ｍａｔｅｒｉａｌ（−）　
２−　（（２−Ｍｅｔｈｙｌｂｅｎｚｙｌａｍｉｎｏ）
　−５−Ｎ１ｔｒｏｐｙｒｉｄｉｎｅ　（ＭＢＡ−ＮＰ
）　”　　（Ｏｐｔｉｃｓ　　Ｃｏｏ＋ｍｕｎｉｅａｔ
ｉｏｎｓ、　　Ｖｏｌ、　６５．　　Ｎｏ、３　、　　
Ｐ２２９　）等に示されるＭＮＡ　（２−メチル−４−
ニトロアニリン）　、ｍＮＡ　（メタニトロアニリン）
、ＰＯＭ（３−メチル−４−二トロピリジン−１−オキ
サイド）、尿素、ＮＰＰ　［Ｎ−（４−ニトロフェニル
）−（Ｓ）−プロリノール］　、ＮＰＡＮ　（２−［Ｎ
−（４−ニトロフェニル）−Ｎ−メチルアミノコアセト
ニトリルｌ　、ＤＡＮ　（２−ジメチルアミノ−５−ニ
トロアセトアニリド）　、ＭＢＡ−ＮＰ　［２−Ｎ　（
α−メチルベンジルアミノ）−５−ニトロアリンコさら
には特開昭６２−２１０４３２号公報に示される３、５
−ジメチル−１−（４−ニトロフェニル）ピラゾール［
以下、ＤＭＮＰと称するコ、３，５−ジメチル−１−（
４−ニトロフェニル）−１，２，４−トリアゾール、２
−エチル−１−（４−ニトロフェニル）イミダゾール、
１−（４−ニトロフェニル）ピロール、２−ジメチルア
ミノ１−５−ニトロアセトアニリド、５−ニトロ−２−
ピロリジノアセトアニリド、３−メチル−４−二トロピ
リジンーＮ−オキシド等が挙げられる。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上述の有機非線形光学材料によって光ファイ
バーのコア、あるいは光導波路を構成して得られたファ
イバー型あるいは光導波路型の光波長変換素子にあって
は、従来、波長変換効率および基本波の入射結合効率が
時間経過にともなって著しく悪化する、という問題が認
められていた。

すなわち、光波長変換素子の導波部を構成する有機非線
形光学材料は、その端面において周囲の空気等の雰囲気
と接するので、この部分から昇華して単結晶部分が短く
なり、あるいは変成して単結晶でなくなってしまって上
述の問題を招くのである。

以上、光波長変換素子における問題について説明したか
、導波部の昇華や変成の問題は光波長変換素子に限らず
、有機材料により導波部を構成した光導波路素子（光フ
ァイバーも含む）においては、広く起こり得るものであ
る。

上記の点に鑑み、本出願人は先に、導波部の端面を含む
素子端面に、導波部端面と周囲雰囲気とを遮断する遮断
層を設けることを提案した（例えば特願昭６２−３０９
１４５号明細書参照）。この遮断層は、上述の問題を防
止する上で極めて効果的であるが、それを設けてもなお
かつ導波部端面の劣化が認められることがある。

そこで本発明は、上記導波部の劣化の問題をさらに確実
に防止できる光導波路素子を提供することを目的とする
ものである。

（課題を解決するための手段） 本発明による光導波路素子は、有機材料により導波部を
構成したファイバー型、２次元光導波路型、あるいは３
次元光導波路型の光導波路素子において、 導波部の端面を含む素子端面に、透明な光学的平面板を
オプティカルコンタクトで被着させ、この光学的平面板
により、導波部端面と周囲雰囲気とを遮断するようにし
たことを特徴とするものである。

（作　　用） 上記のような光学的平面板か設けられていれば、有機材
料からなる導波部の端面は空気等の雰囲気と直接接しな
くなるので、前述した昇華あるいは変成が防止される。

そして、素子端面に樹脂等を塗布後、それを乾燥固化さ
せて形成する従来の遮断層と異なり、上記の光学的平面
板は、バリア性の高い例えばガラス等の材料を自由に選
択使用して形成可能である。

したがって上記構成においては、光学的平面板による遮
断効果を著しく高めることかでき、導波部の昇華や変成
はより確実に防止される。

また上記本発明の構成においては、従来の遮断層を設け
た際に起こり得る導波部端面の劣化も防止可能となる。

以下、この点について詳しく説明する。

従来の遮断層の多くは、導波部を構成する有機材料とは
異なる各種の樹脂を塗布して形成されていた。その場合
、本発明者等の研究によると、導波部と遮断層との界面
において、樹脂等の中に有機材料が拡散または相溶して
、導波路端部の有機材料が消失してしまうことがある。

それに対して、本発明の光導波路素子においては、光学
的平面板をオプティカルコンタクトにより素子端面に被
着させているから、上述のような問題を招かない。

（実　施　例） 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。

第１図および第２図は、本発明の光導波路素子の一実施
例である光波長変換素子１ｏを示すものである。この光
波長変換素子１ｏは、クラッド１２の中心の中空部分内
に、非線形光学材料からなるコア１１が充てんされた光
ファイバーである。上記非線形光学材料としては、前述
したように波長変換効率が高い有機非線形光学材料が用
いられる。本例では特に前述のＤＭＮＰによってコア１
１を形成している。そしてこのＤＭＮＰからなるコア１
１の端面を含む素子端面１０ａ、　１０ｂ上には、それ
ぞれ光学的平面板１３ａ、　１３ｂが被着されている。

ここで、−例としてコア１１を上述のＤ　Ｍ　Ｎ　Ｐ　
。

クラッド１２および平面板１３ａ、１３ｂを５ＦＩＯガ
ラスから形成する場合について、この光波長変換素子１
０の製造方法を説明する。

まずクラッド１２となる中空のガラスファイバー１２’
が用意される。このガラスファイバー１２′　は−例と
して、外径か１ｍｍ程度で、中空部の径が１μｍ程度の
ものである。そして第３図に示すように、炉内等におい
てＤＭＮＰＩＩ’を融液状態に保ち、この融液内にガラ
スファイバー１２′　の一端部を浸入させる。すると毛
細管現象により、融液状態のＤＭＮＰＩＩ’がガラスフ
ァイバー１２′　の中空部内に進入する。なお該融液の
温度は、ＤＭＮＰＩＩｏ　の分解を防止するため、その
融点（１０２℃）よりも僅かに高い温度とする。その後
ガラスファイバー１２゛　を急冷させると、中空部に進
入していたＤＭＮＰＩＩｏが多結晶化する。

なお、さらにこのガラスファイバー１２°を、ＤＭＮＰ
ＩＩ’　の融点より高い温度（例えば１０２゜５℃）に
保たれた炉内から、該融点より低い温度に保たれた炉外
に徐々に引き出すことにより、溶融状態のＤＭＮＰ１１
′を炉外への引出し部分から単結晶化させる。それによ
り、極めて長い単結晶状態で結晶方位も一定に揃ったコ
ア１１が形成され、光波長変換素子１０を十分に長くす
ることができる。

周知のようにこの種の光波長変換素子の波長変換効率は
素子の長さに比例するので、光波長変換素子は長いほど
実用的価値が高くなる。

その後ガラスファイバー１２°の両端面は、オプティカ
ルコンタクトが可能な程度の面精度に研磨される。この
面精度は、例えば最大表面粗さがλ／１０（λは入射す
る光の波長）以下となる程度とされる。

次いで、ガラスファイバー１２°　とほぼ同径の円板状
に形成された５ＦＩ（ｌガラス製の光学的平面板１３ａ
、　１３ｂを、間にゴミ、水分、空気等の異物が入らな
いようにして上記ファイバ一端面にそれぞれ密着させる
。すると光学的平面板１３ａ、　１３ｂは、ファン争デ
ル・ワールスカによりファイバ一端面に接合する。以上
のようにして、第１．２図図示のようなファイバー型光
波長変換素子１０が得られる。

上記光波長変換素子１０は第２図図示のようにして使用
される。すなわち、基本波発生手段としての半導体レー
ザー（発振波長：　　８７０ｎｍ）　ｌＢから射出され
た発散ビームであるレーザー光（基本波）１５ハコリメ
ーターレンズ１７によって平行ビームとされ、さらに対
物レンズ１８によって集光され、コア１１の端面上にお
いてそれと同径（本例では１μｍ）の小さなスポットに
収束する。それにより該レーザー光１５が光波長変換素
子１０内に入射する。

この基本波１５は、コア１１を構成するＤＭＮＰにより
、波長が１／２すなわち４３５ｎｍの第２高調波１５′
　に変換される。この第２高調波１５°はクラッド１２
中に放射し、その外表面と周囲媒質（通常は空気）との
界面の間で全反射を繰り返して素子１０内を端面側に進
行する。位相整合は、基本波１５のコア部での導波モー
ドと、第２高調波１５°のクラッド部への放射モードと
の間で取られる（いわゆるチェレンコフ放射の場合）。

光波長変換素子１０の出射端面１０ｂがらは、上記第２
高調波１５′を含むビーム１５’が出射する。この出射
ビーム１５“は図示しないフィルターに通され、第２高
調波１５′　のみが取り出されて利用される。

ここで、この光波長変換素子１ｏにおいては、素子端面
１０ａ、１０ｂに前述のような平面板１３ａおよび１３
ｂが被着されているので、有機材料であるＤＭＮＰから
なるコア１１の端面が、空気等の雰囲気に直接接するこ
とがない。したがって、このコア１１の昇華および変成
が確実に防止される。

また上記平面板１３ａＳ１３ｂは、クラッド１２と同じ
材料から形成されているので、当然、熱膨張係数がクラ
ッド１２のそれと等しい。したがって、光波長変換素子
１０が温度変化を受けた際にも、平面板１３ａ、ＩＳｂ
とクラッドＩ２との間で熱膨張あるいは熱収縮の差が生
じて、それにより平面板１３ａ１１３ｂが剥離しやすく
なるようなことがない。

なお、光学的平面板１３ａ、　１３ｂは、クラッド１２
とは異なる材料から形成されても構わないが、クラッド
１２と同材料あるいは熱膨張係数がほぼ等しい材料から
形成すれば、上述の通りの効果が得られるので特に好ま
しい。

以上、ファイバー型光波長変換素子に本発明を適用した
実施例について説明したが、本発明は、クラッド部と導
波部とからなるその他のタイプの光波長変換素子、すな
わち２次元光導波路型の光波長変換素子や、３次元光導
波路型の光波長変換素子に対して適用することも可能で
ある。

また本発明は、基本波を第２高調波に変換する光波長変
換素子に限らず、その他、基本波を和周波や差周波さら
には第３高調波等に変換する光波長変換素子に対しても
適用可能である。さらに本発明は、光波長変換素子以外
の光導波路素子に対しても適用可能である。

また本発明の光導波路素子は、導波部の昇華、変成をさ
らに確実に防止するため、例えば本出願人による特願昭
６３−２３０５９５号明細書に示されるように、不活性
媒体が充填された密閉容器内に収容して使用してもよい
。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り本発明の光導波路素子において
は、有機材料からなる導波部の端面を含む素子端面に平
面板を被着させたことにより、導波部端面の有機材料の
昇華あるいは変成が確実に防止される。その上本発明に
おいては、上記平面板はバリア性の高い材料を適宜選択
して形成可能であり、また該平面板は、オプティカルコ
ンタクトによって光導波路素子端面に固着させれるから
導波部を溶かすようなことがなく、よって導波部の劣化
がより一層確実に防止され得る。

したがって本発明によれば、光導波路素子の有効長を長
く保ち、光導波路への光入射効率、光導波路からの光出
射効率を高く保つことができる。

よって本発明を特に光波長変換素子に適用した際には、
基本波の導波部への入力結合効率、さらには波長変換波
の導波部からの出射効率を高く維持して、高い波長変換
効率を実現可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ、本発明の光導波路素子
の一実施例である光波長変換素子を示す斜視図と概略側
面図、 第３図は、上記光波長変換素子の製造方法を説明する概
略図である。 １０・・・光波長変換素子　　１０ａ、　１０ｂ・・・
素子端面１１・・・コ　　ア　　　　　１２・・・クラ
ッド１３ａ、１３ｂ・・・光学的平面板

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 有機材料からなる導波部を備えた光導波路素子において
   、 前記導波部の端面を含む素子端面に、透明な光学的平面
   板がオプティカルコンタクトで被着され、この光学的平
   面板により、導波部端面と周囲雰囲気とが遮断されてい
   ることを特徴とする光導波路素子。