JPH06308549A - 分子性結晶体及びそれを用いた波長変換デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 下記の式（Ｉ）で表される分子から成る有機
分子性結晶体。 【化１】 【効果】 青色光領域での光の透過性が高く、且つ、分
子配列に反転対称性がないので、二次の非線形光学効果
を有する。また、導波路型光波長変換素子において、モ
ード・モード位相整合が可能となり、大きな第二高調波
を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信や光情報処理の
分野における、レーザー光の波長変換やパラメトリック
増幅等に有用な非線形光学材料に関する。更に詳しく
は、本発明は非線形光学材料として有用な分子性結晶体
に関する。また、本発明は、分子性結晶体を非線形光学
材料として用いた、レーザー光の波長変換方法及び波長
変換素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光エレクトロニクスの分野におい
て非線形光学材料が注目されている。非線形光学材料と
は、物質と光との相互作用により、物質が光に対して非
線形な応答を生じる材料である。特に、二次の非線形光
学効果である第二高調波発生（ＳＨＧ）や１次の電気光
学（ＥＯ）効果（ポッケルス効果）を利用すると、入射
するレーザー光の波長を１／２に変換したり電気光学変
調や光スイッチング等に応用できる。そこで、これらの
効果を有する非線形光学デバイスに関する研究が活発に
行われている。

【０００３】従来知られているＳＨＧ効果を有する非線
形光学材料は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）やリ
ン酸チタン酸カリウム（ＫＴＰ）等の無機材料であり、
ＳＨＧを利用した波長変換デバイスに関する研究も無機
物質の非線形光学材料が中心であった。しかしながら最
近では、大きな光非線形性と高速の光応答性の点から、
π電子共役系を有する有機材料から成る非線形光学材料
が注目されてきており、材料探索のための研究が数多く
なされている。

【０００４】従来知られている有機非線形光学材料とし
ては、尿素、２−メチル−４−ニトロアニリン（ＭＮ
Ａ）、ｍ−ニトロアニリン、Ｎ，Ｎ−ジメチル−２−ア
セチルアミノ−４−ニトロアニリン（ＤＡＮ）、３−メ
チル−４−ニトロピリジン−Ｎ−オキシド（ＰＯＭ）、
Ｎ−（４−ニトロフェニル）−（Ｌ）−プロリノール
（ＮＰＰ）等がある。有機非線形光学材料に関する詳細
な説明は、例えば以下のような文献に記載されている； （１）"Nonliner Optical Properties of Organic and
Polymeric Materials",ACS SYMPOSIUM SERIES 233(198
3), David J. Williams （２）"Nonliner Optical Properties of Organic Mole
cules and Crystals",vol. 1, 2, Academic Press (198
7), D. S. Chemla and J. Zyss （３）「有機非線形光学材料」、加藤政雄、中西八郎監
修、シー・エム・シー社（１９８５年刊） （４）「新有機非線形光学材料Ｉ・II」、小林孝嘉、梅
垣真祐、中西八郎、中村新男編集、シー・エム・シー社
（１９９１年刊）。

【０００５】π電子共役系を有する有機化合物の光非線
形性は、強い電磁波であるレーザー光と有機分子の非局
在化π電子との相互作用、つまり非線形分極の発現に起
因するものである。従って、この非線形分極を大きくす
るために、又は分子の超分子分極率βを大きくするため
に、π電子共役系に電子供与性置換基（ドナー）や電子
吸引性置換基（アクセプター）を導入する手法をとるの
が一般的な分子設計法である。

【０００６】しかし、この様な分子設計法により合成さ
れる有機化合物は、一般に双極子モーメントも大きくな
る。従って、分子の凝集過程、すなわち結晶化におい
て、双極子−双極子相互作用により隣接する分子の双極
子モーメントを互いに打ち消し合い中心対称な構造の結
晶を形成し易い。この場合、ＳＨＧは観測されない。分
子構造から結晶構造を予測する事は、現在の処、ほとん
ど不可能である。したがって、反転対称姓のない結晶を
得るために、光学活性な置換基（キラリティー）や水素
結合し得る置換基をπ電子系に導入する手法や、基底状
態にある分子の双極子モーメントを小さくし双極子間相
互作用を弱めるなどの経験的手法がとられている。

【０００７】また、ドナー・アクセプター間で大きな電
荷移動が生じるような化合物は、吸収極大波長が長波長
シフトし、吸収波長領域が可視光までのびる可能性が高
い。波長７８０ｎｍ〜８４０ｎｍの半導体レーザーを光
源とした波長変換素子は、その第二高調波である３９０
ｎｍ〜４２０ｎｍの波長領域の光を再吸収すると、波長
変換素子材料の劣化を招くという問題がある。従って、
波長変換素子材料の光吸収は、第二高調波の波長領域を
避け、より短波長側であることが好ましく、更に光吸収
端波長（λ_{ＣＵＴ ＯＦＦ}）が３９０ｎｍ以下であるこ
とが望ましい。

【０００８】現在実用化されているＬｉＮＢＯ_３やＫＴ
Ｐ等の無機材料は、高価であり、波長変換性能は一般に
有機材料ほど優れていないという欠点を有する。一方、
既知の有機非線形光学材料は、安価で比較的簡単に合成
はできるという利点を有する。しかしながら、一般に有
機非線形光学材料のうち、波長変換効率の大きなものは
吸収が可視光領域までのび、結晶が黄色やオレンジ色を
示し、半導体レーザーの波長変換光を吸収し、素子には
適さない。また、これまでは大きな単結晶を得る事や、
導波路型の波長変換素子のファイバー型やスラブ・チャ
ンネル型波長変換素子などを作製する事が、困難である
という欠点も有する。有機分子性結晶体を用いた導波路
型の波長変換素子を作製する場合、導波路中の結晶体に
おける分子の配列が重要となる。波長変換素子の波長変
換効率を高くするためには、結晶の最大の非線形光学性
能を有効に利用できる方向に分子が配向する必要があ
る。したがって、高効率な波長変換素子を作製するに
は、単結晶中における分子配列を考慮して素子設計する
必要がある。

【０００９】実用化に耐え得る有機非線形光学材料とし
て必要な特性としては、以下のようなものが挙げられ
る： １）光非線形性が大きい ２）使用する波長領域、特に３９０ｎｍより長波長側の
領域での光透過性が高い ３）単結晶性に優れ、高品質な単結晶が得られる ４）機械的強度が高く加工性に優れる、または導波路な
どの作製が容易である ５）熱的・化学的に安定である ６）バルク型波長変換素子や導波路型波長変換素子を形
成する場合、非線形光学材料の最大の非線形性を有効利
用し得る方向に結晶成長ができる 従来知られた有機非線形光学材料で、以上の諸特性を満
足する有望な材料は未だ見い出されていない状況にあ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記問題点に鑑み、本
発明の第１の目的は、結晶における光吸収が３９０ｎｍ
以下の短波長域に存在し、結晶性・加工性が良く、波長
変換素子に適した反転対称性のない分子配列を有する有
機分子性結晶体を提供することである。第２の目的は非
線形光学効果のうち、光波長変換に関する方法を提供す
ることにある。第３及び第４の目的は、光変換効率が高
く、可視光領域で第二高調波を容易に得ることができる
有機結晶体をコアにしたファイバー型導波路及びスラブ
又はチャンネル型導波路波長変換素子を提供することで
ある。更に、第５の目的は、これら波長変換された光が
高速の強度変調可能な構造を有する光波長変換素子を提
供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意研究
を重ねた結果、下記の式（Ｉ）で表される分子から成る
有機分子性結晶体により、本発明の目的を達成できる事
を見いだした。

【００１２】

【化２】 上記の式（Ｉ）の有機化合物はＮ−イソプロピル−Ｎ’
−（４−アセチルフェニル）ウレアであり、一般的には
下記の方法にて合成可能である。すなわち、トリエチル
アミンなどの塩基類の触媒の存在下で、イソプロピルイ
ソシアネートと４−アミノアセトフェノンとを、テトラ
ヒドロフランなどの溶媒中で還流させながら反応させる
ことによって得ることができる。本発明においては、上
記の式（Ｉ）で表される分子から成る有機分子性結晶体
のうち、単斜晶系であり空間群Ｐ２_１に属するものが特
に好ましい。

【００１３】上述のようにした得られた式（Ｉ）で表さ
れる化合物の単結晶を得るためには、溶媒蒸発法、温度
降下法、又は蒸気拡散法などの溶液成長法、気相成長法
又はチョクラルスキー法やブリッジマン−ストックバー
ガー法のような融液成長法などの当該技術分野における
あらゆる公知の結晶化方法を用いることができる。溶媒
としては、水、メタノールやエタノールのようなアルコ
ール類、アセトン、メチルエチルケトン若しくはメチル
イソブチルケトンのようなケトン類、アセトニトリル、
テトラヒドロフラン、クロロホルム、ジクロロメタン、
ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド又はジメ
チルアセトアミド等がある。特には、水、アセトン、ア
セトニトリル等が用いられる。なお、詳しい単結晶の育
成方法については、例えば高須新一郎著の「結晶育成基
礎技術」（東京大学出版会、１９８０年）や結晶工学ハ
ンドブック編集委員会編「結晶工学ハンドブック」（共
立出版、１９７１年）の記載を参考にされたい。

【００１４】本発明の有機分子性結晶体においては、上
記化合物に代えて、上記化合物の一部又は全部の水素が
重水素化されたものを用いてもよく、又は上記化合物と
共に上記化合物の一部又は全部の水素が重水素化された
ものを用いてもよい。

【００１５】本発明において用いられる式（Ｉ）で表さ
れる化合物の結晶の特に有利な点は、溶媒温度、濃度等
の結晶育成条件を変化させることによって、薄板状の単
結晶が極めて容易に得られることである。このようにし
て得られた薄板状の単結晶の配向は、薄板の面内に大き
なｄテンソル（ｄ_２２）が存在するものとなる。結晶の
育成条件を制御することによって、結晶の厚みを数μｍ
〜数百μｍ程度にすることができる。このような薄板状
の結晶が得られることは、特に光波長変換素子としてス
ラブ型又はチャンネル型光導波路を作製する場合に極め
て有利となる。梅垣真祐著の「有機非線形光学材料」
（ぶんしん出版、１９９０年）に記載されているよう
に、特にモード・モード位相整合により第二高調波を得
ようとする場合には、光導波路構造においてコアとなる
結晶体の厚みを極めて高い精度で制御しなければならな
い。本発明の結晶体はエッチング処理によって、極めて
高い精度で目的の厚みに加工することができる。エッチ
ング処理の方法としては、例えばアセトン／アセトニト
リル混合溶媒を用いた液相エッチング法や、溶媒エッチ
ング法、化学エッチング法、反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）法等がある。このように結晶体の厚みを高い
精度で制御できることは、モード・モード位相整合を実
現することのみならず、横方向位相整合をも実現し得る
可能性をもつ（近藤高志、伊藤良一著の「応用物理」、
第６１巻、第９号、第９１０頁（１９９２年）を参照さ
れたい）。これは導波路中の光の電場が基本波と第二高
調波とで大きな重なり積分をもつようにするものであ
り、結果として大きな第二高調波の光強度を得ることが
出来得る。

【００１６】本発明においては、上記の有機分子性結晶
体から成る非線形光学材料をも提供する。また、クラッ
ド及びコアから成るファイバー導波路型光波長変換素子
において、上記の有機分子性結晶体の単結晶をコアとし
て用い、クラッドの内側に結晶成長させて使用すること
ができる。クラッド材としては、コア材よりも屈折率の
小さい物質を使用することができ、例えば、ガラスのよ
うな無機物質及び光硬化型光学接着剤のような有機材料
の何れをも使用することができる。

【００１７】本発明の光波長変換素子においては、導波
路の導波層として上記の有機分子性結晶体の単結晶を成
長させて薄片結晶をコア材とした導波路素子や、光ファ
イバー中のコア部分に有機分子性結晶体を単結晶として
成長させた導波路素子を作製し、導波路のモード分散を
利用したモード・モード位相整合やチェレンコフ放射に
よる方法を用いてレーザー光の波長を変換する。即ち、
上記の有機分子性結晶体の単結晶を用い、そのａ軸又は
ｃ軸が導波方向となるように加工する。一方、光源装置
は、単結晶のｂ軸の方向に直線偏光した基本波を入射さ
せる。

【００１８】また、本発明の結晶体を用いた光波長変換
素子は、光非線形性の大きな成分が板状結晶の面内にあ
るので、スラブ型又はチャンネル型導波路を形成したと
きに半導体レーザーの光結合の点で特に有利となる。こ
の理由は、半導体レーザーからの光がＴＥモードであ
り、また導波路中でも大きな光非線形性を得るためにＴ
Ｅモードが有利であるので、半導体レーザーと本発明の
光波長変換素子との間でモードを変換する必要がないか
らである。即ち直接結合し得る。

【００１９】これら光波長変換素子の主たる用途として
光記録用光源が考えられる。特に、光による記録の際に
は光の変調が必要となり、変調周波数が大きくなればな
る程、幅広い応用が可能となる。非線形光学材料を用い
た光波長変換素子を短波長光源として用いることの利点
は、素子に適当な電極を設け、変換光の光強度を変調で
きることである。一般に、二次の光非線形性を有する物
質は、第二高調波を発生するばかりでなく、電場により
その物質の屈折率を変化させることができる。これによ
り、上述のモード・モード位相整合条件を変化させ、第
二高調波強度を大きく変化させ得る。即ち、変調可能な
光波長変換素子を提供し得るのである。この目的は、フ
ァイバー導波路型光波長変換素子又はスラブ若しくはチ
ャンネル導波路型光波長変換素子において、コアを挟む
一対の電極を設けたことを特徴とする、本発明の導波路
型光波長変換素子によって達成される。かかる導波路型
光波長変換素子によって、位相整合条件の調節及び変調
が可能となるのである。

【００２０】本発明においては、波長変換は第二高調波
に限定されることなく、第三高調波並びに和周波及び差
周波発生を行うことも可能である。

【００２１】波長変換する基本波として用いるレーザー
光源には、例えばＩｎＧａＡｓＰレーザーやＡｌＧａＡ
ｓレーザーのような半導体レーザー、Ｎｄ：ＹＡＧレー
ザーのような固体レーザー、又は種々の色素レーザーが
ある。

【００２２】以下に、本発明の実施例を示すが、本発明
の範囲はこれらの実施例に限定されないことはいうまで
もない。

【００２３】

【実施例１】式（Ｉ）で表される化合物であるＮ−イソ
プロピル−Ｎ’−（４−アセチルフェニル）ウレアを調
製した。２７グラムの４−アミノアセトフェノンを撹拌
機と還流管を備えた２００ｍｌのフラスコに入れ、これ
に１００ｍｌのテトラヒドロフランと触媒量のトリエチ
ルアミンとを加えた。この混合物を撹拌して、４−アミ
ノアセトフェノンを完全溶解させて溶液となした。この
溶液に２３ｍｌのイソプロピルイソシアネートを滴下
し、油浴中にて数時間還流した。ＴＬＣで反応が終了し
たことを確認した後に還流を停止し溶液を濃縮した。折
出した結晶を濾過し、ヘキサン次いで水で洗浄した後
に、アセトンから再結晶した。その結果、白色の結晶が
４５グラム得られた。収率は９５％以上であった。この
化合物の同定は、融点及びＮＭＲ測定によって行った。

【００２４】・融点：１４９℃ ・Ｈ−ＮＭＲ：（ＤＭＳＯ、ＴＭＳ標準）δ：１．１２
（６Ｈ，ｄ）、２．４９（３Ｈ，ｓ）、３．７５（１
Ｈ，ｍ）、６．１７（１Ｈ，ｄ）、７．５１（２Ｈ，
ｄ）、７．８６（２Ｈ，ｄ）、８．７３（１Ｈ，ｓ） このようにして得られた化合物を更に再結晶して純度９
９．９％以上（ＨＰＬＣによる分析値）の粉末とした。
この粉末をアセトンに溶解し、得られた溶液をスライド
ガラス上に展開した。スライドガラスを室温にて一夜放
置し溶媒蒸発法により薄片状単結晶を折出させた。折出
した単結晶は、大きさが約２ｍｍ×５ｍｍで、厚みが約
５〜１０μｍであった。四軸Ｘ線回折装置を用いてこの
単結晶の結晶構造解析を行った。使用したＸ線はＣｕＫ
α線であった。得られた結晶学的データを以下に示す。

【００２５】・晶系 単斜晶系 ・空間群 Ｐ２_１ ・点群 ２ ・格子定数 ａ＝１８．６４５Å ｂ＝６．５３９Å ｃ＝４．９００Å β＝９６．５４° Ｚ＝２

【００２６】また、結晶構造を図１〜図３に示す。上記
結晶学的データの空間群より、本結晶は反転対称性を持
たないことが分かる。

【００２７】上記結晶学的データを用いＸ線回折法によ
り、得られた薄板状単結晶の広い面の面指数を決定した
ところ、ミラー指数（１００）であることが分かった。
従って、この（１００）面に式（Ｉ）で表される化合物
の分子が平行に配列していることが分かった。

【００２８】式（Ｉ）で表される化合物の結晶は、単斜
晶系の点群２に属するので、二次の非線形光学定数ｄの
テンソル成分は以下の式で表される。

【００２９】

【数１】 ここで、ｄ_２１は、結晶の誘電主軸Ｘ、Ｙ、Ｚを考えた
場合、結晶のＸ方向に直線偏光した光（以下、Ｘ偏光と
いう。Ｙ、Ｚ方向についても同様。）を基本波として入
射させて、Ｙ偏光の第二高調波を取り出す場合の非線形
光学定数である。同様に、ｄ_２２は、Ｙ偏光の基本波を
入射させてＹ偏光の第二高調波を取り出す場合の非線形
光学定数である。実施例１で得られた薄板状単結晶に関
しては、（１００）面内にＹ軸が存在しており、Ｙ軸方
向の屈折率が測定可能なのでｄ_{２ ２}を実測した（以下の
実施例５に示す）。

【００３０】

【実施例２】実施例１において得られた粉末を用いて、
溶媒としてアセトンの代わりにアセトニトリルを用いた
こと以外は実施例１と同様の操作をして、実施例１と同
様の薄片状単結晶が得られた。

【００３１】また、上記の粉末をアセトン、アセトニト
リル又は水に加熱溶解し、徐々に冷却することによって
も、それぞれ同様の薄片状単結晶が得られた。

【００３２】これら４種類の単結晶の結晶構造をＸ線回
折法を用いて調べたところ、全て実施例１の単結晶と同
様の結晶系であることが分かった。

【００３３】

【実施例３】実施例１と同様の方法にて調製した式
（Ｉ）で表される化合物をアセトンに溶解し、この溶液
から溶媒蒸発法によって約数ｍｍ厚の板状結晶を得た。
この結晶のＵＶスペクトルを測定して光吸収短波長（λ
_{ＣＵＴ ＯＦＦ}）を求めた。結果を図４に示す。この結
果から、λ_{ＣＵＴ ＯＦＦ}＝３８０ｎｍであることが分
かり、実用的な波長領域における波長変換においてＳＨ
Ｇの吸収がないことが分かった。

【００３４】

【実施例４】式（Ｉ）で表される化合物の結晶の屈折率
を液浸法により測定した。液浸法については、久保田
広、浮田祐吉、合田軍太夫編集の光学技術ハンドブック
増補版（朝倉書店、１９７５年）を参照されたい。キセ
ノンアークランプをモノクロメーターで分光した光を光
源として用い、可視波長領域４点でＹ軸方向の屈折率を
測定した。その測定結果から屈折液の波長に対する補正
及びセルマイヤーの屈折率波長分散関係式を用い、波長
５３２ｎｍと１０６４ｎｍの屈折率を算出した。その結
果、波長５３２ｎｍにおけるＹ軸方向の屈折率は１．７
８１であり、波長１０６４ｎｍにおける、Ｙ軸方向の屈
折率は１．６９９であった。

【００３５】セルマイヤーの屈折率波長分散関係式を図
５に示す。図中、丸印は実測点を表し、実線はセルマイ
ヤーの屈折率波長分散関係を用いたフィッティング曲線
を表す。また、屈折率の波長分散を、式（Ｉ）で表され
る化合物の単結晶の偏光反射スペクトル及びそのＫｒａ
ｍｅｒｓ−Ｋｒｏｎｉｇ解析によっても確認したが、こ
れらの結果は図５に示す分散関係の妥当性を補償し得る
ものであった。

【００３６】

【実施例５】式（Ｉ）で表される化合物の結晶の非線形
光学定数ｄ_２２を回転メーカーフリンジ法によって測定
した。回転メーカーフリンジ法については、Ｊ．Ｊｅｒ
ｐｈａｇｎｏｎ及びＳ．Ｋ．ＫｕｒｔｚのＪ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．第４１巻第１６６７〜１６８１頁（１９
７０年）を参照されたい。光源には、波長１０６４ｎｍ
のＮｄ：ＹＡＧレーザーを用い、発生した第二高調波を
５３２ｎｍバンドパスフィルターに通しその光強度を光
電子倍増管で検知した。得られたフリンジに関して、実
施例４で求めた屈折率を用いてカーブフィッティングを
行った。その結果を図６に示す。図６において、丸印は
第二高調波光強度の実測値を表し、実線はフィッティン
グの結果を表す。水晶（ｄ_１１＝０．３３５ｐｍ／Ｖ）
を標準試料として測定した第二高調波光強度との比較に
より、本発明の結晶の非線形光学定数ｄ_２２＝５３ｐｍ
／Ｖを得た。

【００３７】

【実施例６】式（Ｉ）で表される化合物をアセトニトリ
ルに溶解して飽和溶液を得た。この飽和溶液を恒温槽で
２０℃に保った。内径１μｍのガラス製中空ファイバー
の一端をこの飽和溶液中に浸漬すると、毛細管現象によ
って飽和溶液がガラスファイバー内に吸い上げられた。
この状態で保持すると、アセトニトリルが蒸発し、単結
晶が成長した。得られた結晶は約１５ｍｍ以上の長さに
わたって結晶方位が一定に揃ったものであることを偏光
顕微鏡によって確認した。このガラスファイバーの両端
をファイバーカッターで切断し、端面を研磨することに
よってクラッド及びコアから成るファイバー導波路型光
波長変換素子を作製した。波長１０６４ｎｍのＮｄ：Ｙ
ＡＧレーザー光をこの光波長変換素子に導波したとこ
ろ、第二高調波である緑色光が出射されるのを確認し
た。同様に、波長８６０ｎｍの色素レーザー光をこの光
波長変換素子に導波したところ、第二高調波である青色
光が出射されるのを確認した。また、この間、レーザー
光の照射による結晶の損傷は観察されなかった。

【００３８】

【実施例７】図７に示すスラブ導波路型光波長変換素子
を作製した。コア材料として式（Ｉ）で表される化合物
の結晶体１を用い、クラッド２の材料として高屈折ガラ
スＳＦ１５を用いた。図８に示すλ（基本波）＝８３０
ｎｍにおけるＴＥモードに関するモード分散曲線、及び
Ｎ（ω）＜ｎ_ｃｌａｄ（２ω）の条件から（梅垣真祐著
の「有機非線形光学材料」（ぶんしん出版、１９９０
年）参照）、如何なるコア厚（結晶厚）でもチェレンコ
フ型位相整合により第二高調波を得ることができる。こ
こで、Ｎ（ω）は基本波における実効屈折率を表し、ｎ
_ｃｌａｄ（２ω）は第二高調波の波長におけるクラッド
の屈折率を表す。図８において、ｎ_{ｃｏｒ ｅ}（８３０ｎ
ｍ）＝１．７２２、ｎ_ｃｏｒｅ（４１５ｎｍ）＝１．８
９９、ｎ_{ｃ ｌａｄ}（８３０ｎｍ）＝１．６８２、及びｎ
_ｃｌａｄ（４１５ｎｍ）＝１．７３７である。光の閉じ
込め効果を大きくするためには、コアの厚みを小さくす
ることが有利である。そこで、上記の結晶（約４０μｍ
厚）を、アセトン／アセトニトリル混合溶媒で液相エッ
チングして約３μｍ厚にし、スラブ導波路型光波長変換
素子を作製した。上下クラッドの間に接着用ポリマー３
としてアクリル系ＵＶ硬化樹脂を充填しコア材料を固定
した。図７中の結晶上にある矢印は、ｄテンソルの大き
な（ｄ_２２）方向（Ｙ軸）を示している。Ｙ軸方向に偏
光した（ＴＥモード）波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧ
レーザー光をこの光波長変換素子に導波したところ、第
二高調波である緑色光が出射されるのを確認した。同様
に、波長８６０ｎｍの色素レーザー光（ＴＥモード）を
基本波としてこの光波長変換素子に導波したところ、第
二高調波である青色光が出射されるのを確認した。ま
た、この間、レーザー光の照射による結晶の損傷は観察
されなかった。

【００３９】

【実施例８】図７に示すスラブ導波路型光波長変換素子
と同様の光波長変換素子を作製した。コア材料として式
（Ｉ）で表される化合物の結晶を用い、アクリル系ＵＶ
硬化樹脂をクラッド材料として用いた。結晶は、アセト
ン／アセトニトリル混合溶媒で液相エッチングして約
２．５μｍ厚にした。このようにして得られた光波長変
換素子のλ（基本波）＝８３０ｎｍにおけるＴＥモード
分散曲線を図９に示す。図９において、ｎ_ｃｏｒｅ（８
３０ｎｍ）＝１．７２２、ｎ_ｃｏｒｅ（４１５ｎｍ）＝
１．８９９、ｎ_ｃｌａｄ（８３０ｎｍ）＝１．５７０、
及びｎ_ｃｌａｄ（４１５ｎｍ）＝１．６００である。波
長８３０〜９００ｎｍの色素レーザー光（ＴＥモード）
をこの光波長変換素子に導波したところ、第二高調波で
ある青色光が出射されるのを確認した。一般に光波長変
換素子において、入射光の波長を変化させることは、コ
アの厚みを変化させることに対応している。そこで、色
素レーザーの波長をスキャンしたところ、位相整合条件
が変化し、第二高調波光の強度が波長と共に変化してい
く様子が観察された。また、この間、レーザー光の照射
による結晶の損傷は観察されなかった。

【００４０】

【実施例９】モールド成形した実施例８に記載のアクリ
ル系ＵＶ硬化樹脂をクラッド材とし、この上に、コアと
して式（Ｉ）で表される化合物の結晶を通常の方法によ
り貼り付けた。貼り付けには、クラッドと同じ材質のア
クリル系ＵＶ硬化樹脂を使用した。次いでエッチング処
理によりコアの厚みを０．５μｍ程度にした。更に、こ
の上に上記低屈折率ポリマーを約３μｍ厚になるように
スピンコートした。これを通常のリソグラフィー技術、
即ちフォトレジスト塗布、露光、現像及びエッチングに
よりコアの幅を１μｍとした。このあと更に、上記低屈
折率ポリマーを０．５μｍ厚程度になるようにスピンコ
ートし、次いで、その上に金の薄膜を蒸着した。リソグ
ラフィー技術を用い、金の薄膜をコアを挟んだ一対のコ
プレナー状電極とした。更に、この上に上記低屈折率ポ
リマーを約６μｍ厚になるようにスピンコートした。こ
のようにして得られた変調可能な光波長変換素子の断面
図を図１０に示す。

【００４１】かかる光波長変換素子に波長８３０ｎｍの
レーザーダイオード光を入射し、次いで、１０Ｖ、１ｋ
Ｈｚの交流電場を印加したところ、第二高調波である青
色光が変調された事を確認した。

【００４２】

【発明の効果】以上の通り、本発明の分子性結晶体は青
色光領域での光の透過性が高く、且つ、分子配列に反転
対称性がないので、二次の非線形光学効果を有する。ま
た、本発明のファイバー導波路型光波長変換素子は作製
が極めて容易であり、生産プロセス性において非常に有
利である。また、光波長変換素子の長さを十分に長くす
ることができるので、高い波長変換効率を実現すること
ができる。更に、本発明の分子性結晶体は結晶育成条件
により薄板状結晶を比較的容易に得ることができ、且
つ、結晶の配向は薄板の面内に大きなｄテンソルが存在
するものとなるので、スラブ及びチャンネル導波路型光
波長変換素子の作製が極めて容易である。また、エッチ
ングにより結晶厚を任意に且つ精度よく制御し得るの
で、導波路型光波長変換素子において、モード・モード
位相整合が可能となり、大きな第二高調波を得ることが
できる。また、コアを挟む一対の電極を設けることによ
り、位相整合条件を調整することができ、更に、光の変
調が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】式（Ｉ）で表される化合物の結晶構造のａ軸方
向投影図である。

【図２】式（Ｉ）で表される化合物の結晶構造のｂ軸方
向投影図である。

【図３】式（Ｉ）で表される化合物の結晶構造のｃ軸方
向投影図である。

【図４】式（Ｉ）で表される化合物の結晶の吸収スペク
トルを表した図である。

【図５】式（Ｉ）で表される化合物の結晶のＹ軸方向の
屈折率の波長分散曲線を表した図である。

【図６】メーカーフリンジ法から得られたフリンジパタ
ーン及びフィッティングカーブを表した図である。

【図７】スラブ導波路型光波長変換素子の構成を表した
図である。

【図８】スラブ導波路型光波長変換素子のＴＥモードに
関するモード分散曲線を表した図である。

【図９】スラブ導波路型光波長変換素子のＴＥモードに
関するモード分散曲線を表した図である。

【図１０】本発明の導波路型光波長変換素子の断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 結晶体 ２ クラッド ３ 接着用ポリマー ４ コプレナー状電極 ５ コア ６ クラッド

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の式（Ｉ）で表される分子から成る
   有機分子性結晶体。 【化１】
2. 【請求項２】 請求項１に記載の有機分子性結晶体の単
   結晶から成る光波長変換素子。
3. 【請求項３】 クラッド及びコアから成るファイバー導
   波路型光波長変換素子において、請求項１に記載の有機
   分子性結晶体の単結晶がコアとして充填された前記光波
   長変換素子。
4. 【請求項４】 薄板状の請求項１に記載の有機分子性結
   晶体の単結晶から成るコアとクラッド材とから成る、ス
   ラブ又はチャンネル導波路型光波長変換素子。
5. 【請求項５】 コアを挟む一対の電極から更に成る、請
   求項３に記載のファイバー導波路型光波長変換素子。
6. 【請求項６】 コアを挟む一対の電極から更に成る、請
   求項４に記載のスラブ又はチャンネル導波路型光波長変
   換素子。