JPH0442216A - 有機単結晶光導波路の製造方法 - 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、光導波路の製造方法に関し、特に詳細には、
有機材料の単結晶からなる３次元光導波路の製造方法に
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
素子として具体的には、例えば「光エレクトロニクスの
基礎ＪＡ、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。ところがこの光波長
変換素子は、位相整合条件を満たすために結晶の複屈折
を利用するので、非線形性が大きくても複屈折性が無い
材料あるいは小さい材料は利用できない、という問題が
あった。

上記のような問題を解決できる光波長変換素子として、
例えば特開昭６４−３５４２４号公報に示されているよ
うに、クラ；ソド層となる基板内に非線形光学材料から
なる３次元光導波路を埋め込んだ、３次元光導波路型の
ものが提案されている。

この３次元光導波路型の光波長変換素子は、基本波と波
長変換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３次元光導波路型の光波長変換素子につ
いての研究が盛んになされている。

ところで、近時、このような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が極
めて大きいので、この有機非線形光学材料を用いれば高
い波長変換効率を実現できる。

この有機非線形光学材料としては、例えば特開昭６０−
２５０３３４号公報及び“Ｎｏｎ１ｉｎｅｒ　０ｐｔｉ
ｃａｌ　　Ｐ　ｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　　Ｏｒｇａ
ｎｉｅ　ａｎｄ　　Ｐ　ｏｌｙｍｅｒｉｃ　　Ｍａｔｅ
ｒｉａｌｓ”ＡＣ３ＳＹＭＰＯ３ＩＵＭＳＥＲＩＥＳ　
　２２３．　Ｄａｖｉｄ　　Ｊ、　ＷｉｌｌｉａＩＩｌ
Ｓ編（Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　５ｏｃｉ
ｅｔｙ、　１９８３年刊）、「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　　０ｐｔｉｃａｌ　　
ＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｒＯｒｇａｎｉｃ　　Ｍｏ１ｅ
ｃｕｌｅｓ　ａｎｄ　　Ｃｒｙｓｔａｌｓ　”　Ｄ、　
　Ｓ、　　ＣｈｅＩＩＩＩ　ａおよびＪ、Ｚｙｓｓ編（
Ａｃａｄｅｍｉｃ　ＰｒｅｓｓＩｎｃ、、１９８７年刊
）　、Ｒ，Ｔ、　　Ｂａ１ｌｅｙ等によるＴｈｅ　　Ｑ
ｕａｌｉｔｙａｎｄ　　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆ　
Ｔｌｅｅ　　　Ｏｒｇａｎｉｃ　　　Ｎｏｎ−Ｌｊｎｅ
ａｒ　　０ｐｔｉｃａｌ　　　Ｍａｔｃｒｉａｌ　　　
（−）　　２　−　　（α　−Ｍｅｔｈｙｌｂｅｎｚｙ
ｌａｎ＋１ｎｏ）　　−５Ｎｉｔｒｏｐｙｒｉｄｉｎｅ
（ＭＢＡ−ＮＰ）”　　（ＯｐｔｉｃｓＣｏｍｍｕｎｉ
ｃａｔｉｏｎｓ、　　Ｖｏｌ、　８５．　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）−プロリノールコ、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）　、ＭＢＡＮＰ　［２−Ｎ　（
α−メチルベンジルアミノ）−５ニトロピリジン］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、
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−ニトロピリジン−Ｎ−オキシド、特開
平２−２８号公報に示されるＴＲＩ、本出願人による特
願平２−５８６５４号明細書に示されるＥＮＩＭ等が挙
げられる。

例えばＭＮＡは、無機非線形光学材料であるＬｉＮｂＯ
３に比べると２０００倍程度高い波長変換効率を有する
ので、この有機非線形光学材料を用いて光波長変換素子
を形成すれば、−船釣な小型かつ低コストの半導体レー
ザーからの赤外レーザー光を基本波として第２高調波等
を発生させることにより、青領域の短波長レーザー光を
得ることも可能となる。

上述の有機非線形光学材料を利用する３次元光導波路型
の光波長変換素子を製造する方法としては、例えば前記
特開昭６４−３５４２４号公報に示されるように、２枚
の基板の少なくとも一方の片表面に複数の溝を形成し、
これらの基板を上記片表面を内側にして重ね合わせ、次
いで側基板の間に有機非線形光学材料を充てんさせ、次
いでこの有機非線形光学材料をブリッジマン炉を用いて
単結晶化させる、という方法が良く知られている。

（発明が解決しようとする課題） 上記の方法は非常に簡便で実用的であるが、その半面、
有機非線形光学材料を融液状態にして用いるので、該材
料の熱分解を招くことがあるという問題を有している。

また上記の方法においては、光導波路の厚さを厳密に制
御し、また一定に保つことが難しい、という問題も認め
られている。光導波路の厚さを所定値に制御できないと
、基本波と波長変換波との位相整合が取れなかったり、
あるいはこの位相整合を果たすための光導波路厚さ以外
の条件の自由度が低くなる、等の不都合が生じる。

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
、有機非線形光学材料の熱分解を招かず、そして光導波
路の厚さを均一に所望値に制御することができる、有機
単結晶光導波路の製造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及び作用）本発明による有
機単結晶光導波路の製造方法は、いわゆるＪＣＢ（イオ
ンクラスタビーム）公告法を応用したものであり、 基板の表面に溝を形成し、 この基板表面に有機材料のイオンクラスタビームを照射
して、上記溝内にこの有機材料の単結晶を蒸着し、成長
させることを特徴とする。

ＩＣＥ蒸着法は、高度の真空中で蒸着物質を噴出させ、
断熱膨張作用によってこの物質のクラスタ（塊状原子集
団）を形成し、これを電子シャワーでイオン化し、電圧
加速して基板に蒸着させる方法である。

本発明方法において上述の蒸着物質は有機材料であるか
、こうして有機材料を基板に蒸着させる場合は、該材料
を融解させる必要が無いので、その熱分解を招くことが
ない。

また蒸着物質のクラスタは、基板に衝突して移動拡散す
るので、均質で滑らかな蒸着膜が得られる。したがって
、この蒸着膜からなる３次元光導波路は、厚さが均一な
ものとなりつる。そして上記蒸着膜の厚さは、蒸着条件
をコントロールすることにより人オーダーで制御可能で
あり、よって光導波路の厚さを厳密に所望値に設定する
ことも容易である。

なおＩＣＢ蒸着法により有機材料を基板に蒸着すること
自体は、従来から知られていることであるか、基板に溝
を形成しておいてその溝に有機材料単結晶を成長させる
ことは、従来行なわれていなかった。つまり、従来のＩ
ＣＥ蒸着法による有機材料薄膜の形成においては、基板
の所望部分に有機材料単結晶を成長させることは不可能
であり、実際に得られる有機材料薄膜は、いくつかの不
規則な粒界を有する多結晶体となっていた。

（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、本発明の方法により有機単結晶光導波路を製
造する手順を示している。なお本実施例においては、−
例として、前述したような光波長変換素子となる３次元
光導波路を製造する。

まず第１図（１）に示されるように、ガラスやプラスチ
ック等からなる基板１１を用意し、この基板１１の表面
Ｌｌａに、フォトリソおよびエツチングにより直線状の
溝１１ｂを形成する。この溝１１ｂは、例えば幅１μｍ
で深さ１μｍ程度とする。

次にこの基板１１の表面１１ａに、同図（２）に示すよ
うに、有機非線形光学材料の薄膜１０を形成する。

本例ではこの有機非線形光学材料として、前述の特開昭
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、ＤＭ
ＮＰと称する）を用いる。上記ＤＭＮＰの薄膜１０は、
第２図に示すＩＣＢ蒸着装置により形成される。以下、
この薄膜１０の形成について、第２図を参照して説明す
る。

精製されたＤＭＮＰ１２は、密閉容器２０内のるつぼ２
１に収められる。なおこの密閉容器２０内は、例えば］
、　Ｘ　１０’　Ｔｏｒｒと高度の真空度に保たれる。

このＤＭＮＰ１２は加熱フィラメント２２により加熱さ
れて蒸気１２′　となり、るつは２１の微小なノズル２
１ａから真空中に噴出する。

このＤＭＮＰ蒸気１２’　は断熱膨張作用により、クラ
スタＩ２”を生成する。このクラスタＩ２”は、イオン
化フィラメント２３およびグリッド電極２４により発生
された電子シャワー２５を通過して、イオン化される。

イオン化したクラスタ１２”は、加速電極２６によって
電圧加速され、基板１１の表面１１ａに衝突する。それ
によりこの基板表面１１ａ上に、第１図（２）に示すよ
うなりＭＮＰ薄膜１０が形成される。

以上のようにしてＤＭＮＰ薄膜１０を形成すると、ＤＭ
ＮＰは基板１１の溝１１ｂ内において、単結晶状態で成
長し、３次元光導波路１０Ａとなる。なおりＭＮＰのク
ラスタ１２”は、基板表面１１ａに衝突して移動拡散す
るので、均質で滑らかな蒸着薄膜ＩＯが得られる。した
がって光導波路ＩＯＡは、厚さが均一なものとなりつる
。そして上記薄膜１０の厚さは、蒸着条件をコントロー
ルすることにより人オーダーで制御可能であり、よって
光導波路１０Ａの厚さを厳密に所望値に設定することも
容品である。

次に第１図（３）に示すように、ＤＭＮＰ薄膜１０上に
保護膜１３を形成する。この保護膜１３は、例えばアク
リル樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂
、ゼラチン、カゼイン、コラーゲン、セルロース、ポリ
ビニールアルコール、ポリ酢酸ビニール、ポリエチレン
テレフタレート、ポリウレタン、不飽和ポリエステル、
フェノール、ポリアミド、アルキド樹脂等の融液や溶液
を素子表面部分に塗布し、それを乾燥させて形成するこ
とができる。

なお上記融液や溶液の塗布は、例えばスピンコード法に
よって行なうことができる。またこの保護膜１３は、上
述のような塗布法による他、第２図の装置を用いてＩＣ
Ｅ蒸着法により形成することもできる。

上記保護膜１Ｂを設けることにより、有機材料であるＤ
ＭＮＰが周囲雰囲気から遮断され、その昇華や変成が防
止されるようになる。なおこのような保護膜１３は、光
導波路１０Ａの端面側にも設けるのが望ましい。

以上のようにして、基板１１の溝１１ｂ内に、有機非線
形光学材料のＤＭＮＰからなる３次元光導波路１０Ａが
形成された光波長変換素子３０が得られる。

この光波長変換素子３０は、第３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（波長：８７０ｎｍ）１Ｂから射出された発散ビー
ムであるレーザ光（基本波）１５は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、光導波路１０Ａの端面１０ａ上にお
いて、それと同程度の径の小さなスポットに収束せしめ
られる。それにより該レーザ光１５が光導波路１０Ａ内
に入射する。

光導波路１０Ａに入射した基本波１５は、該光導波路１
０Ａと周囲媒質（基板１１あるいは保護膜１３）との界
面の間で全反射を繰り返して導波する。このようにして
導波する基本波１５は、光導波路ＩＯＡを構成するＤＭ
ＮＰにより、波長が１／２　（−４３５ｎｍ）の第２高
調波１５′　に変換される。この第２高調波１５°は基
板１１中に放射し、素子３０内を端面側に進行する。位
相整合は、例えば基本波■５の光導波路１０Ａでの導波
モードと、第２高調波１５゜の基板ＩＩ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３０の出射端面３０ｂからは、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。

なお本発明の方法によれば、以上説明したチェレンコフ
放射タイプの光波長変換素子のみならず、光導波路にお
ける基本波の導波モードと、波長変換波の導波モードと
の間で位相整合を取る、いわゆる導波−導波タイプの光
波長変換素子を形成することもできる。

また本発明の方法は、以上説明したＤＭＮＰに限らず、
その他の有機材料によって３次元光導波路を形成する場
合にも、同様に適用され得るものである。

さらに、本発明による有機単結晶光導波路の製造方法は
、以上説明した３次元光導波路型の光波長変換素子を製
造するためのみならず、その他の３次元光導波路素子を
製埠するためにも適用され得るものである。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り本発明による有機単結晶光導波
路の製造方法においては、溝を形成した基板表面に有機
材料のイオンクラスタビームを照射して、上記溝内にこ
の有機材料の単結晶を蒸着し、成長させるようにしたの
で、有機材料の熱分解を招くことがない。よって本方法
によれば、高品質の３次元光導波路を形成することがで
き、またその製造における歩留りも向上して、光導波路
のコストダウンを実現できる。

そして本発明方法においては、上述のようにＩＣＢ蒸着
法により光導波路を形成するようにしたから、蒸着条件
をコントロールすることにより、光導波路の厚さを正確
に所望値に制御することが可能となる。

また本方法においては、基板が高温に加熱されることが
ないから、この基板として低融点のプラスチック等を用
いることも可能となり、基板材料の選択の自由度か大い
に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例による有機単結晶光導波路
の製造方法の手順を示す説明図、第２図は、本発明にお
いて用いられるＩＣＢ蒸着装置の一例を示す概略側面図
、 第３図は、本発明の方法により製造された３次元光導波
路型光波長変換素子の使用状態を示す概略側面図である
。 １０・・・ＤＭＮＰ薄膜　　１０Ａ・・・光導波路１１
・・・基板　　　　　　１１ａ・・・基板表面１１ｂ・
・・基板の溝　　　１２・・・ＤＭＮＰ１２°・・・Ｄ
ＭＮＰ蒸気　１２″・・・ＤＭＮＰクラスタ１５・・・
基本波　　　　　１５°・・・第２高調波２０・・・密
閉容器　　　　２１・・・るつぼ２２・・・加熱フィラ
メント ２３・・・イオン化フィラメント

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板の表面に溝を形成し、 この基板表面に有機材料のイオンクラスタビームを照射
   して、前記溝内にこの有機材料の単結晶を蒸着し、成長
   させることを特徴とする有機単結晶光導波路の製造方法
   。