JPH041616A - 光波長変換方法 - 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、光源から発生させた少なくとも１つの基本波
を、光波長変換素子によって１／２の波長の第２高調波
、あるいは和周波等に変換する光波長変換方法に関する
ものである。

（従来の技術） 従来より、非線形光学材料による第２高調波発生を利用
して、レーザー光を波長変換（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
長変換素子として具体的には、例えば［光エレクトロニ
クスの基礎Ｊ　Ａ、ＹＡＲＩＶ著、多田邦雄、神谷武志
訳（丸善株式会社）のｐ２００〜２０４に示されるよう
なバルク結晶型のものがよく知られている。

上述のようなバルク結晶型の光波長変換素子を形成する
非線形光学材料として従来より、無機材料ではＬｉＮｂ
Ｏ３やＫＴＰ、有機材料では例えば特開昭６０−２５０
３３４号公報等に示されるＭＮＡ　（２−メチル−４−
ニトロアニリン）、Ｊ、Ｏｐｔ、Ｓａｃ、Ａｍ、Ｂ、に
記載されているＮＰＰ　（Ｎ−（４−ニトロフェニル）
−Ｌ−プロリノール）　、ＮＰＡＮ　（Ｎ−（４−ニト
ロフェニル）−Ｎ−メチルアミノアセトニトリル）等が
知られている。このＭＮＡやＮＰＰ等の有機の非線形光
学材料は、ＬｉＮｂＯ３やＫＴＰ等の無機の非線形光学
材料と比べると、非線形光学定数が大きいので波長変換
効率が高い、誘電破懐しきい値が大きい等の長所を有し
ている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、これら有機の非線形光学材料の吸収端は、例
えばＭＮＡで４５０ｎｍ、ＮＰＰで４８０ｎｍ近辺に存
在するので、青色領域の第２高調波を発生させることは
困難となっている。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり
、高い波長変換効率が得られ、その一方青色領域の第２
高調波も容易に得ることができる光波長変換方法を提供
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） 本発明の光波長変換方法は、先に述べたようなバルク結
晶型の光波長変換素子として下記の分子式 で示される非線形光学材料（４−ヒドロキシ−３−メト
キシベンゾニトリル二以下ＨＭＮと称する）のバルク単
結晶を用いた上で、 直線偏光した基本波をこのバルク単結晶に対して、その
入射方向を結晶のａ軸からｂ軸側に角度θをなす方向と
して、かつその偏光方向が略す軸と平行な向きとなるよ
うに入射させ、 波長変換波の偏光方向が略Ｃ軸と平行な向きとなるよう
にして、ＴＹＰＥＩの角度位相整合を取ることを特徴と
するものである。

（作　　用） 上記ＨＭＮは、これまで、実際にバルク結晶型の光波長
変換素子を形成して利用する上で、どのようにすれば基
本波と波長変換波との間で良好に位相整合が取れるかは
、不明であった。

本発明方法においては、上述のように基本波の入射方向
を定めることにより、基本波と波長変換波との間でＴＹ
ＰＥＩの角度位相整合が取れるようになる。以下、この
点について説明する。

このＨＭＮのバルク結晶構造を、第２図に示す。

このＨＭＮの結晶は斜方晶系をなし、空間群Ｆｄｄ２点
群はｍｍ２である。したがって非線形光学定数のテンソ
ルは、 り出す場合の非線形光学定数、ｄ３３はＸ偏光の基本波
を入射させてＸ偏光の第２高調波を取り出す場合の非線
形光学定数、ｄ２４はＹとＸ偏光の基本波を入射させて
Ｙ偏光の第２高調波を取り出す場合の非線形光学定数、
ｄｌ、はＸとＸ偏光の基本波を入射させてＸ偏光の第２
高調波を取り出す場合の非線形光学定数である。各非線
形光学定数の大きさを下表に示す。

となる。ここでｄ３＋は、第２図に示すように結晶軸ａ
、ｂ、ｃに対して定まる光学軸ｘ、ｙ、ｚを考えたとき
、Ｘ方向に直線偏光した光（以下、Ｘ偏光゛という。Ｙ
、Ｚについても同様。）を基本波として入射させてＸ偏
光の第２高調波を取り出す場合の非線形光学定数であり
、同様に６３２はＹ偏光の基本波を入射させてＸ偏光の
第２高調波を取なお上の表における値は、Ｘ線結晶構造
解析による値であり、単位は［Ｐｍ／Ｖ］である。

またＨＭＮは斜方晶系で２軸性結晶となっているので、
光の偏光面が光学軸であるＸ軸（結晶軸でａ軸）方向で
あるときの屈折率ｎｘと、このＸ軸に直角なＹ軸（結晶
軸でｂ軸）方向であるときの屈折率ｎＹ、およびＸ、Ｙ
両軸に直角なＺ軸（結晶軸でａ軸）方向であるときの屈
折率ｎ２を有する。これらの屈折率ｎＸ　ｓ　ｎＹ　ｓ
　ｎＺの値は、実ｆｉＰｌおよびＸ線結晶構造解析の結
果より、ｎｙ　＞ｎｚ　＞ｎＸ となる。−例として波長５５０ｎｍの光に対しては、ｎ
ｘ−１，５０、ｎｙ＝１．７５、ｎｚ−１，６８であり
、上記関係が満たされている。

したがってこの場合、前記Ｘ軸方向とＹ軸方向の中間的
な方向に基本波を入射させて、その場合の基本波に対す
る屈折率　ＩＲとｎフの中間的な屈折率ｎｙ’ｙを、第
２高調波に対する屈折率ｎ賢と一致させれば、角度位相
整合が取れることになる。

つまり ２ω　　　　　− ｎ　ｚ　＝　ｎ　Ｘｖ　　　　−（１）とすればよい。

ここで、Ｘ−７面上における光の進行方向と光学軸Ｘと
のなす角（Ｘ軸からＹ軸側への傾きとする）をθとする
と、 である。そこで任意の波長で、任意の角度θを持たせる
ことにより、ＴＹＰＥＩの角度位相整合が可能になる。

さらにθ−０°では、ノンクリティカル位相整合が可能
である。

またさらに、基本波の進行方向をＺ軸から角度φだけ傾
けても、前記角度θとは異なる角度θ゛において位相整
合が可能である。

また、ＨＭＮのバルク結晶（厚さ１ｍｍ）の透過スペク
トルを第４図に示すが、図示されるようにこのＨＭＮは
、波長３５０ｎｍ近辺の光を多く吸収することがない。

したがって、このＨＭＮをバルク結晶として用いた光波
長変換素子によれば、青紫色領域の波長変換波を効率良
く発生させることが可能である。

（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図は、本発明の方法によって基本波を１／２の波長
の第２高調波に変換する装置を示している。最初に、バ
ルク単結晶型の光波長変換素子ＩＯを作成する方法につ
いて説明する。素子１０は通常のブリッジマン法により
作成することができる。

まず、融液状態のＨＭＮを適当な型に流し、次いで急冷
させると、このＨＭＮが多結晶化する。その後このＨＭ
Ｎを、その融点８８℃より高い温度（例えば９１℃）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ＨＭＮを炉外
への引出し部分から単結晶化させる。それにより、５０
ｍｍ以上もの長い範囲に亘って単結晶状態となり、結晶
方位も一定に揃ったＨＭＮが形成され、光波長変換素子
ｌＯ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の２乗
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。

以上述べたようにして形成したＨＭＮ単結晶を、光学軸
ＸとＹ軸（結晶軸ではａ軸とｂ軸）を含むＸ−Ｙ面でカ
ットし、Ｚ軸（結晶軸ではａ軸）方向に厚さ２ｍｍに切
り出して、バルク単結晶型の光波長変換素子１０を形成
した。

この光波長変換素子ＩＯには、第１図図示のようにして
基本波１５が入射される。本例においては、基本波を発
生する光源としてＹＡＧレーザ−１１が用いられ、そこ
から発せられた波長１１０６４ｎのレーザー光（基本波
）１５が、光波長変換素子１０に入射される。この際基
本波１５は、その入射方向をＸ軸からＹ軸側に角度θ傾
けて入射させる。

このようにしてＨＭＮからなる光波長変換素子１０に入
射された基本波１５は、波長が１／２っまり５３２ｎｍ
の第２高調波１５’　に、Ｚ偏光（Ｃ軸部光）にて変換
される。したがって光波長変換素子１０からは、この第
２高調波１５゛　　と基本波１５が混合したビームが出
射する。この出射ビームは、５３２ｎｍの第２高調波１
５°は良好に透過させる一方、１１０６４ｎの基本波１
５は吸収するバンドパスフィルター１３に通され、第２
高調波１５′のみが取り出される。この第２高調波１５
’　は、Ｚ偏光であることが確認された。

したがって本例では、前述の（１）式が満たされて、基
本波１５と第２高調波１５′　との位相整合が取られて
いる。そして非線形光学定数としては、前述したように
高い値のｄ３２が利用されていることになる。

比較例として、厚さ２ｍｍのＬｉＮｂＯ３のバルク単結
晶を形成し、第１図の装置と同じ装置でＹＡＧレーザー
光を基本波として入射させ、第２高調波を発生させた。

この比較例と上記実施例における第２高調波１５°　（
バンドパスフィルター１３を通過したもの）の光強度を
測定したが、上記実施例における第２高調波の光強度は
、比較例のものに比べて１桁以上高かった。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り本発明の光波長変換方法におい
ては、ＨＭＮ結晶に入射させる基本波の入射方向と偏光
方向を適切に設定したことにより、基本波と第２高調波
との角度位相整合が取れるので、この方法によれば、Ｈ
ＭＮが有する高い非線形光学定数を実際にバルク結晶型
の非線形光学材料において利用可能であるので、極めて
高い波長変換効率を実現できる。またＨＭＮは３３０ｎ
ｍよりも短波長側に吸収端を有するものであるから′、
このＨＭＮのバルク単結晶を用いる本発明方法によれば
、青紫色領域の第２高調波を効率良く取り出すことも可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法を実施する装置の一例を示す概
略図、 第２図は、本発明に用いられるＨＭＮのバルク結晶構造
図、 第３図は、第１図の装置における基本波の入射方向を説
明する説明図、 第４図は、上記ＨＭＮの透過スペクトルを示すグラフで
ある。 １０・・・光波長変換素子　　　１１・・・ＹＡＧレー
ザ−１２・・・コリメートレンズ　　１５・・・基本波
＋５’・・・第２高調波 一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 下記の分子式 ▲数式、化学式、表等があります▼ で示される非線形光学材料のバルク単結晶に、直線偏光
   した少なくとも１つの基本波を入射させて、該基本波を
   波長変換させる光波長変換方法において、 基本波を前記非線形光学材料に対して、その入射方向を
   結晶のａ軸からｂ軸側に角度θをなす方向として、かつ
   その偏光方向が略ｂ軸と平行な向きとなるように入射さ
   せ、 波長変換波の偏光方向が略ｃ軸と平行な向きとなるよう
   にして、ＴＹＰＥ I の角度位相整合を取ることを特徴
   とする光波長変換方法。