JPH1062829A - Nonlinear optical element and method of manufacturing the same - Google Patents

Nonlinear optical element and method of manufacturing the same

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JPH1062829A
JPH1062829A JP8220204A JP22020496A JPH1062829A JP H1062829 A JPH1062829 A JP H1062829A JP 8220204 A JP8220204 A JP 8220204A JP 22020496 A JP22020496 A JP 22020496A JP H1062829 A JPH1062829 A JP H1062829A
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crystal
seed crystal
optical
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core
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Itaru Yokohama
至 横浜
Atsushi Yokoo
篤 横尾
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光導波路構造を有し、かつ所望の結晶方位を
有する非線形光学素子及びその製造方法を提供するこ
と。 【解決手段】 両端が開放された空孔部41を有するク
ラッド42を加熱装置43により、コアにする結晶材料
の融点以上に加熱し、その片端に種結晶44を接触さ
せ、種結晶44の融液45の一部を毛細管現象により空
孔部41内に入り込ませて空孔部内融液46とし、結晶
状態を維持している種結晶44から空孔部内融液46に
向かって結晶の固化が進むように、クラッド42及び結
晶状態を維持している種結晶44と加熱装置43との相
対位置を移動させていくことにより、種結晶44と同一
の結晶方位の空孔部内結晶47を作製する。
[PROBLEMS] To provide a nonlinear optical element having an optical waveguide structure and a desired crystal orientation, and a method for manufacturing the same. SOLUTION: A cladding 42 having a hole portion 41 whose both ends are opened is heated by a heating device 43 to a temperature higher than a melting point of a crystal material to be used as a core. A part of the liquid 45 is caused to enter the pore portion 41 by capillary action to form a melt 46 in the pore portion, and solidification of the crystal from the seed crystal 44, which maintains a crystalline state, toward the melt 46 in the pore portion. By moving the relative positions of the cladding 42 and the seed crystal 44 maintaining the crystalline state and the heating device 43 so as to proceed, the in-hole crystal 47 having the same crystal orientation as the seed crystal 44 is produced. .

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路構造を有
し、かつ所望の結晶方位を有する光学素子、特に二次の
非線形光学効果を発現する非線形光学素子及びその製造
方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical element having an optical waveguide structure and a desired crystal orientation, and more particularly to a nonlinear optical element exhibiting a second-order nonlinear optical effect and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】まず、二次の非線形光学効果について簡
単に説明する。
2. Description of the Related Art First, a second-order nonlinear optical effect will be briefly described.

【0003】二次の非線形光学効果は、3つの光の間に
相互作用を生じさせるもので、波長変換及びスイッチ素
子等の種々の光学素子への応用が検討されている。
The second-order nonlinear optical effect causes an interaction between three lights, and wavelength conversion and application to various optical elements such as a switch element are being studied.

【0004】周知のように非線形光学効果とは、物質中
の分極Pが、 P=εo・(x(1)E+x(2)2+x(3)3,……) ……(1) のように光の電界Eに比例する項以外に、E2,E3に比
例する高次項をもつためにおこる効果である。
As is well known, the nonlinear optical effect means that the polarization P in a substance is P = ε o · (x (1) E + x (2) E 2 + x (3) E 3 ,...) (1) This is an effect caused by having higher-order terms proportional to E 2 and E 3 in addition to the term proportional to the electric field E of light as shown in FIG.

【0005】ここで、(1)式における第2項に起因する
効果が二次の非線形光学効果であり、x(2)は二次非線
形感受率である。一般に、二次非線形感受率x(2)は3
階テンソルであり、x(2) ijkと記述される。ここで、
i,j,kはそれぞれ寄与する電界の成分を表す。
Here, the effect caused by the second term in the equation (1) is a second-order nonlinear optical effect, and x (2) is a second-order nonlinear susceptibility. In general, the second-order nonlinear susceptibility x (2) is 3
It is a rank tensor and is described as x (2) ijk . here,
i, j, and k represent the components of the contributing electric field, respectively.

【0006】二次の非線形光学効果では、二次非線形光
学定数dijkを用いることが一般的であるが、二次非線
形光学定数dijkも二次非線形感受率と同様に3階テン
ソルであり、一般に、dijk=(1/2)・x(2) ijk
関係にある。3階テンソルdi jkのうち、どの成分が大
きいかは媒質の対称性により定まり、媒質に対する光の
進行方向と偏光方向により、利用できる実効的な二次非
線形光学定数が定まることになる。
In the second-order nonlinear optical effect, it is common to use a second-order nonlinear optical constant d ijk , but the second-order nonlinear optical constant dijk is also a third-order tensor like the second-order nonlinear susceptibility. In general, there is a relationship of d ijk = (1 /) × x (2) ijk . Of the three tensor d i jk, Which component is larger Sadamari the symmetry of the medium, the traveling direction and the polarization direction of light with respect to the medium, so that the effective secondary nonlinear optical constant available is determined.

【0007】二次の非線形光学効果を効率良く生じさせ
るためには、より大きな実効的な二次非線形光学係数を
利用することと、一般に関与する3つの光の間に位相整
合条件を満足させる必要がある。ここで、位相整合条件
とは、関与する3つの光の波長を、波長の長い順にそれ
ぞれλ1,λ2,λ3とした時、エネルギー保存則1/λ1
+1/λ2=1/λ3を満たす3つの光に対して、二次の
非線形光学効果を有する物質の3つの光の波長に対する
波長変換に関与する偏光の実効屈折率に N(λ3)/λ3−N(λ1)/λ1−N(λ2)/λ2=0 ……(2) の関係を満たすことをいう。ここで、N(λ1),N
(λ2),N(λ3)は、3つの光の波長に対する非線形
物質の波長変換に関与する偏光の実効屈折率である。
In order to efficiently generate the second-order nonlinear optical effect, it is necessary to use a larger effective second-order nonlinear optical coefficient and to satisfy a phase matching condition between three lights generally involved. There is. Here, the phase matching condition means that, when the wavelengths of the three light beams involved are λ 1 , λ 2 , and λ 3 in the order of longer wavelength, the energy conservation law 1 / λ 1
For three lights satisfying + 1 / λ 2 = 1 / λ 3 , the effective refractive index of polarized light involved in wavelength conversion of the substance having the second-order nonlinear optical effect into three light wavelengths is N (λ 3 ). / Λ 3 -N (λ 1 ) / λ 1 -N (λ 2 ) / λ 2 = 0 (2) Where N (λ 1 ), N
2 ) and N (λ 3 ) are the effective refractive indices of polarized light involved in wavelength conversion of the nonlinear material with respect to three light wavelengths.

【0008】位相整合条件を満たすために一般的に行わ
れているのは、二次の非線形光学効果を有する結晶の複
屈折を用いる方法で、偏光方向による屈折率の違いを利
用して位相整合条件を満たそうとするものである。複屈
折を利用する位相整合の概略を、波長変換の一例である
第二高調波発生(SHG)により説明する。SHGは、
λ1=λ2で、λ3=λ1/2となる波長変換である。
In order to satisfy the phase matching condition, a method generally used is a method using birefringence of a crystal having a second-order nonlinear optical effect. They try to meet the conditions. The outline of phase matching using birefringence will be described with reference to second harmonic generation (SHG), which is an example of wavelength conversion. SHG is
The wavelength conversion is λ 1 = λ 2 and λ 3 = λ 1/2 .

【0009】二軸光学結晶を考え、結晶のx軸,y軸,
z軸方向の偏光の屈折率をそれぞれnx,ny,nzとし
た時、nx>nz>nyであるとする。この場合の屈折率
の波長依存性は、大きな吸収がなければ波長に対して単
調減少となり、各屈折率間の大小関係は保持される。こ
こで、この光学結晶の二次非線形光学係数のうち、d31
1が比較的大きく、このd311をSHG発生に利用するも
のとすると、二次非線形光学定数の添字の1,2,3
は、それぞれx軸成分,y軸成分,z軸成分に対応して
いるので、λ1(=λ2)の光はx軸成分を含む偏光を持
ち、λ3(=λ1/2)の光はz軸成分を含む偏光をもた
なければならない。
Considering a biaxial optical crystal, the x-axis, y-axis,
z-axis direction of the polarizing each n x a refractive index of, n y when, was n z, and a n x> n z> n y . In this case, the wavelength dependency of the refractive index monotonically decreases with respect to the wavelength unless there is a large absorption, and the magnitude relation between the refractive indexes is maintained. Here, among the second-order nonlinear optical coefficients of this optical crystal, d 31
1 is relatively large, and this d 311 is used for SHG generation.
Is, x-axis component, respectively, y-axis component, because it corresponds to the z-axis component, the light λ 1 (= λ 2) has a polarized light including x-axis component, lambda 3 of (= λ 1/2) The light must have a polarization that includes the z-axis component.

【0010】この時の位相整合条件は、 N(λ1)−N(λ3)=0 ……(3) となるが、nx(λ1)−nz(λ3)=0となるのは特殊
な場合に限られるので、一般には、光の進行方向に対し
て結晶のz軸を傾ける。この例の場合には、λ1の光は
x軸偏光にいれ、N(λ1)=nx(λ1)とし、λ3の光
はyz面内に偏光をもつように入射し、y軸とz軸の合
成屈折率を感じるようにする。
[0010] The phase-matching conditions at this time, N (λ 1) -N ( λ 3) = 0 , but the ... (3), and n x (λ 1) -n z (λ 3) = 0 This is limited to a special case, so that the z-axis of the crystal is generally inclined with respect to the traveling direction of light. In this example, the light of lambda 1 is placed in the x-axis polarization, and N (λ 1) = n x (λ 1), the light of lambda 3 enters to have a polarization in the yz plane, y The combined refractive index of the axis and the z axis is felt.

【0011】この時、実効屈折率は N(λ3)=(sin2θ/nz 2+cos2θ/ny 2-1/2 ……(4) で与えられる。そして、結晶軸を傾ける角度θを調整す
ることにより、式(3)を満たすようにすることができ、
位相整合条件を満たすことができ、比較的高効率な波長
変換を行うことができる。この方法は角度位相整合と呼
ばれ、二次非線形光学結晶の波長変換に一般的に使用さ
れている。
[0011] At this time, the effective refractive index is given by N (λ 3) = (sin 2 θ / n z 2 + cos 2 θ / n y 2) -1/2 ...... (4). Then, by adjusting the angle θ at which the crystal axis is inclined, it is possible to satisfy Expression (3),
The phase matching condition can be satisfied, and relatively efficient wavelength conversion can be performed. This method is called angular phase matching and is generally used for wavelength conversion of a second-order nonlinear optical crystal.

【0012】以上のように二次の非線形光学効果を有効
に活用するためには、所望の結晶方位に成長した結晶が
ぜひ必要となる。また、二次の非線形光学効果の効率
は、二次非線形光学定数の二乗、光密度及び相互作用長
に比例するため、高効率な光学素子を実現するために
は、大きな二次非線形光学定数を有する結晶を用い、か
つ光導波路構造により伝搬する光を閉じこめて伝搬する
ことが必要となる。このため、無機結晶に比べて、一般
に大きな二次非線形光学定数を有する有機結晶におい
て、所望の結晶方位を有し、かつ光導波路構造を有する
結晶素子が求められていた。
As described above, in order to effectively utilize the second-order nonlinear optical effect, a crystal grown in a desired crystal orientation is definitely required. In addition, since the efficiency of the second-order nonlinear optical effect is proportional to the square of the second-order nonlinear optical constant, the light density, and the interaction length, a large second-order nonlinear optical constant is required to realize a highly efficient optical element. It is necessary to use a crystal having the light and to confine and propagate light propagating by the optical waveguide structure. For this reason, a crystal element having a desired crystal orientation and having an optical waveguide structure has been required for an organic crystal generally having a higher second-order nonlinear optical constant than an inorganic crystal.

【0013】以下、従来の光導波路構造を有する単結晶
作製法を説明する。
Hereinafter, a conventional method for producing a single crystal having an optical waveguide structure will be described.

【0014】図1はブリッヂマン−ストックバーガー法
によるガラスキャピラリ内に有機結晶を成長させる方法
を示すものである。
FIG. 1 shows a method of growing organic crystals in a glass capillary by the Bridgeman-Stockberger method.

【0015】まず、図1(a)に示すように、ガラスキャ
ピラリ1の一端を結晶融液2中に浸し、該融液2を毛細
管現象によりガラスキャピラリ1の空孔部に吸い上げ、
空孔部内融液3を形成する。続いて、図1(b)に示すよ
うに、ガラスキャピラリ1を冷却し、空孔部内多結晶4
を形成する。続いて、図1(c)に示すように、ガラスキ
ャピラリ1をヒータ5により加熱し、溶融部6を形成す
る。その後、ガラスキャピラリ1をヒータ5より引き出
すことにより、ガラスキャピラリ1の一端より固化させ
ていく。この際、引き出し速度等の条件が適当であれ
ば、固化した結晶7は単結晶となる。
First, as shown in FIG. 1 (a), one end of a glass capillary 1 is immersed in a crystal melt 2, and the melt 2 is sucked up into the pores of the glass capillary 1 by capillary action.
A melt 3 in the hole is formed. Subsequently, as shown in FIG. 1 (b), the glass capillary 1 was cooled, and the
To form Subsequently, as shown in FIG. 1 (c), the glass capillary 1 is heated by the heater 5 to form a fusion zone 6. Thereafter, the glass capillary 1 is pulled out from the heater 5 to be solidified from one end of the glass capillary 1. At this time, if the conditions such as the drawing speed are appropriate, the solidified crystal 7 becomes a single crystal.

【0016】しかしながら、ガラスキャピラリの長手方
向の結晶方位は、自然成長方位と呼ばれる各々の結晶に
固有の方位であり、その光の導波方向を任意の方向に制
御することはできなかった。
However, the crystal orientation in the longitudinal direction of the glass capillary is an orientation unique to each crystal, which is called a natural growth orientation, and it has not been possible to control the light guiding direction to an arbitrary direction.

【0017】例えば、3,5−ジメチル−1−(4−ニ
トロフェニル)ピラゾール(以後、DMNPと略す。)
の場合、ガラスキャピラリの長手方向に結晶のx軸が向
くように成長し、2−アダマンチルアミノ5−ニトロピ
リジン(以後、AANPと略す。)の場合、ガラスキャ
ピラリの長手方向に結晶のc軸が向くように成長する。
なお、結晶軸の表記法は、DMNPについては、A.Hara
da等がApplied Physics Letters、第59巻、199
1、pp.1535−1537に、また、AANPについ
ては、S.Tomaru等がApplied Physics Letters、第58
巻、1991、pp.2583−2585に記載したもの
を用いている。
For example, 3,5-dimethyl-1- (4-nitrophenyl) pyrazole (hereinafter abbreviated as DMNP)
In the case of (2), the crystal grows such that the x-axis of the crystal is oriented in the longitudinal direction of the glass capillary. Grow to face.
The notation of the crystal axis is as follows:
da et al. Applied Physics Letters, Vol. 59, 199
1, pp. 1535-137, and for AANP, S. Tomaru et al., Applied Physics Letters, No. 58.
Vol., 1991, pp. 2585-2585.

【0018】このため、特定波長等の極めて特殊な場合
を除いて、高効率な二次非線形光学素子を実現すること
はできなかった。
For this reason, a highly efficient second-order nonlinear optical element cannot be realized except for a very special case such as a specific wavelength.

【0019】次に、従来の所望の結晶方位を実現する単
結晶成長方法を説明する。
Next, a conventional single crystal growth method for realizing a desired crystal orientation will be described.

【0020】図2は間接加熱レーザ溶融ぺデスタル(I
LHPG)法を模式的に示すものである。
FIG. 2 shows an indirect heating laser melting pedestal (I
(LHPG) method is schematically shown.

【0021】図2において、石英ガラス等で作製された
直管11の一部をCO2レーザ等の赤外光12により加
熱し、直管高温部からの輻射熱13により母材14の上
部を加熱・溶融する。この溶融部15を種結晶16に付
着させ、該種結晶16を速度V2で移動させるとともに
母材14を速度V1で移動させて線引きすることによ
り、単結晶17が作製される。ここで、単結晶17の結
晶方位は種結晶16の方位と同一となる。
In FIG. 2, a part of a straight pipe 11 made of quartz glass or the like is heated by infrared light 12 such as a CO 2 laser, and the upper part of a base material 14 is heated by radiant heat 13 from a high temperature part of the straight pipe.・ It melts. The melted portion 15 is adhered to the seed crystal 16, the seed crystal 16 is moved at the speed V <b> 2, and the base material 14 is moved at the speed V <b> 1 to draw a single crystal 17. Here, the crystal orientation of the single crystal 17 is the same as the orientation of the seed crystal 16.

【0022】この方法では、所望の結晶方位に成長させ
ることができるが、結晶径を10μm以下にすることは
難しく、有効な光導波路構造を形成することはできなか
った。このため、大きな二次非線形光学定数を有する有
機結晶である2−アダマンチルアミノ5−ニトロピリジ
ン(AANP)を用いた場合でも、第二高調波発生効率
は0.001/W程度であり、高効率な二次非線形光学
素子を実現することはできなかった。
According to this method, the crystal can be grown in a desired crystal orientation, but it is difficult to reduce the crystal diameter to 10 μm or less, and an effective optical waveguide structure cannot be formed. Therefore, even when 2-adamantylamino 5-nitropyridine (AANP), which is an organic crystal having a large second-order nonlinear optical constant, is used, the second harmonic generation efficiency is about 0.001 / W, and high efficiency is obtained. A second-order nonlinear optical element could not be realized.

【0023】前述した2つの従来技術を組み合わせた作
製方法として、図3に示すような作製方法が類推でき
る。即ち、前述のブリッヂマン−ストックバーガー法に
よりガラスキャピラリ中に多結晶が入ったものを作製
し、これを前述のILHPG法の母材として使用する方
法である。
As a manufacturing method combining the above two conventional techniques, a manufacturing method as shown in FIG. 3 can be analogized. That is, a glass capillary containing a polycrystal is produced by the above-mentioned Bridgeman-Stockberger method, and this is used as a base material for the above-mentioned ILHPG method.

【0024】図3はこの場合の作製方法を模式的に示す
ものである。
FIG. 3 schematically shows a manufacturing method in this case.

【0025】まず、図3(a)に示すように、石英ガラス
等で作製された直管21の一部をCO2レーザ等の赤外
光22により加熱する。直管高温部からの輻射熱により
ガラスキャピラリ23内部の多結晶24の上部を溶融
し、キャピラリ内溶融部25を形成する。このキャピラ
リ内溶融部25を種結晶26の下端の種結晶溶融部27
に付着させる。続いて、図3(b)に示すように、種結晶
26及びガラスキャピラリ23を、それぞれの支持棒2
8及び29により上方に移動させ、種結晶26側から固
化させ、単結晶30を形成し、キャピラリ23内へ固化
を進める。
First, as shown in FIG. 3A, a part of a straight pipe 21 made of quartz glass or the like is heated by infrared light 22 such as a CO 2 laser. The upper portion of the polycrystal 24 inside the glass capillary 23 is melted by the radiant heat from the high temperature portion of the straight tube to form a melted portion 25 in the capillary. The melted portion 25 in the capillary is connected to the seed crystal melted portion 27 at the lower end of the seed crystal 26.
Adhere to Subsequently, as shown in FIG. 3 (b), the seed crystal 26 and the glass
It is moved upward by 8 and 29 and solidified from the side of the seed crystal 26 to form a single crystal 30, and the solidification is advanced into the capillary 23.

【0026】この方法については発明者が実際に実施し
てみたが、キャピラリ内溶融部25と種結晶溶融部27
との接触の際、気泡が混入し、図3(b)に示すように、
キャピラリ内の気泡31のため、種結晶の結晶方位がキ
ャピラリ内の結晶には、ほとんど伝わらないことがわか
り、従来の結晶成長方法の組み合わせでは、光導波路構
造を有し、かつ所望の結晶方位を有する単結晶を成長が
できないことがわかった。
The inventor of the present invention has actually carried out this method.
When contacted with air bubbles, as shown in FIG.
It can be seen that the crystal orientation of the seed crystal is hardly transmitted to the crystal in the capillary due to the bubbles 31 in the capillary, and the combination of the conventional crystal growth methods has the optical waveguide structure and the desired crystal orientation. It has been found that a single crystal having the same cannot be grown.

【0027】[0027]

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、波
長変換素子等における二次の非線形光学効果を効率良く
活用するためには、二次非線形光学結晶に光導波路構造
を持たせるとともに所望の結晶方位で成長させる必要が
あるが、従来は、光導波路構造を作製できる方法では結
晶方位が特定の方位に限られ、また、結晶方位を制御で
きる方法では光導波路構造を作製できないという問題が
あった。
As described above, in order to efficiently utilize the second-order nonlinear optical effect in a wavelength conversion element or the like, the second-order nonlinear optical crystal must have an optical waveguide structure and a desired structure. Although it is necessary to grow the crystal in the crystal orientation, conventionally, there is a problem that the crystal orientation is limited to a specific orientation in a method capable of producing an optical waveguide structure, and that the optical waveguide structure cannot be produced in a method capable of controlling the crystal orientation. Was.

【0028】本発明の目的は、光導波路構造を有し、か
つ所望の結晶方位を有する非線形光学素子及びその製造
方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a nonlinear optical element having an optical waveguide structure and a desired crystal orientation, and a method of manufacturing the same.

【0029】[0029]

【課題を解決するための手段】本発明では、前記目的を
達成するため、二次の非線形光学効果を有する光学結晶
をコアとし、該コアの周囲をクラッドで囲んだ光導波路
構造を備えた非線形光学素子において、前記光学結晶の
自然成長方位以外の所望の結晶方位が、前記光導波路構
造における光の導波方向に一致している非線形光学素子
と、DMNPからなる二次の非線形光学効果を有する光
学結晶をコアとし、該コアの周囲をクラッドで囲んだ光
導波路構造を備えた非線形光学素子において、前記光学
結晶のx軸以外の所望の結晶方位が、前記光導波路構造
における光の導波方向に一致している非線形光学素子
と、AANPからなる二次の非線形光学効果を有する光
学結晶をコアとし、該コアの周囲をクラッドで囲んだ光
導波路構造を備えた非線形光学素子において、前記光学
結晶のc軸以外の所望の結晶方位が、前記光導波路構造
における光の導波方向に一致している非線形光学素子と
を提案する。
According to the present invention, in order to achieve the above object, there is provided a nonlinear crystal having an optical waveguide structure having an optical crystal having a second-order nonlinear optical effect as a core and surrounding the core with a cladding. The optical element has a nonlinear optical element in which a desired crystal orientation other than the natural growth orientation of the optical crystal coincides with a light guiding direction in the optical waveguide structure, and a second-order nonlinear optical effect composed of DMNP. In a nonlinear optical element having an optical crystal as a core and having an optical waveguide structure in which the periphery of the core is surrounded by a clad, a desired crystal orientation other than the x-axis of the optical crystal has a light guiding direction in the optical waveguide structure. And a light guide structure in which an optical crystal made of AANP having a second-order nonlinear optical effect is used as a core, and the core is surrounded by a clad. In the linear optical element, the desired crystal orientations other than the c-axis of the optical crystal, proposes a non-linear optical element coincides with the light propagation direction in the optical waveguide structure.

【0030】また、本発明では、前記目的を達成するた
め、二次の非線形光学効果を有する光学結晶より融点が
高い材料からなる中空体を前記光学結晶の融点以上に加
熱する第1の工程と、前記中空体に前記光学結晶からな
る種結晶を、該中空体の中空部が形成されている方向に
種結晶の所望の結晶方位を一致させながら接触させると
ともに、該種結晶の中空体に接触させた部分及びその近
傍を融解する第2の工程と、前記中空体の中空部内を毛
細管現象により前記融解した種結晶の一部で満たす第3
の工程と、前記融解した種結晶をその固液界面から順次
冷却し結晶化することにより、前記中空体の中空部内に
所望の結晶方位を備えた光学結晶を形成する第4の工程
とからなる非線形光学素子の製造方法を提案する。
Further, in the present invention, in order to achieve the above object, a first step of heating a hollow body made of a material having a melting point higher than that of an optical crystal having a secondary nonlinear optical effect to a temperature equal to or higher than the melting point of the optical crystal; The seed crystal made of the optical crystal is brought into contact with the hollow body while making the desired crystal orientation of the seed crystal coincide with the direction in which the hollow part of the hollow body is formed, and is brought into contact with the hollow body of the seed crystal. A second step of melting the melted portion and its vicinity, and a third process of filling the hollow portion of the hollow body with a part of the melted seed crystal by capillary action.
And a fourth step of sequentially cooling and crystallizing the molten seed crystal from its solid-liquid interface to form an optical crystal having a desired crystal orientation in the hollow portion of the hollow body. A method for manufacturing a nonlinear optical element is proposed.

【0031】本発明によれば、種結晶の一部が溶融し、
これが毛細管現象によりクラッドを構成する中空体の中
空部に入り込むが、中空体が結晶材料の融点以上に保持
されているため、結晶材料は中空部内において溶融状態
で存在する。このように、中空部への結晶材料の導入に
種結晶の一部を使用するため、種結晶から中空部内への
結晶材料の接続は切れ目なく連続的になされ、中空部内
への気泡の侵入を抑制することができ、溶融せず結晶状
態を維持している種結晶の残存部分の方向へ移動させる
ことにより、連続的に種結晶と同一の結晶方位を、中空
体の中空部内の結晶に実現することができ、中空部内の
結晶をコアとする結晶方位制御光導波路構造を得ること
ができる。
According to the present invention, a part of the seed crystal is melted,
This penetrates into the hollow portion of the hollow body constituting the clad due to the capillary phenomenon. However, since the hollow body is maintained at a temperature equal to or higher than the melting point of the crystal material, the crystal material exists in a molten state in the hollow portion. As described above, since a part of the seed crystal is used to introduce the crystal material into the hollow portion, the connection of the crystal material from the seed crystal to the hollow portion is continuously performed without a break, so that air bubbles can enter the hollow portion. By moving toward the remaining part of the seed crystal that can be suppressed and maintain the crystalline state without melting, the same crystal orientation as the seed crystal is continuously realized in the crystal in the hollow part of the hollow body And a crystal orientation control optical waveguide structure having the crystal in the hollow portion as a core can be obtained.

【0032】また、前記方法において、種結晶が接触す
る一端に向かって広がるテーパ状の中空部を有する中空
体を使用すれば、種結晶から中空部内への結晶成長がよ
りスムーズに行われることになり、種結晶及び中空体の
移動速度をより速く行うことができ、結晶性をより向上
させることができる。
Further, in the above method, if a hollow body having a tapered hollow portion extending toward one end with which the seed crystal comes into contact is used, crystal growth from the seed crystal into the hollow portion can be performed more smoothly. Therefore, the moving speed of the seed crystal and the hollow body can be increased, and the crystallinity can be further improved.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】ここで、図4及び図5を参照して
本発明の概念を簡単に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The concept of the present invention will be briefly described with reference to FIGS.

【0034】まず、図4を用いて、種結晶及び中空体
(クラッド)の位置と加熱装置の位置とを相対的に変化
させる作製方法の概略を説明する。
First, an outline of a manufacturing method in which the position of the seed crystal and the hollow body (cladding) and the position of the heating device are relatively changed will be described with reference to FIG.

【0035】図4(a)に示すように、両端が開放された
中空(空孔)部41を有するクラッド42を、加熱装置
43により、コアにする結晶材料の融点以上に加熱して
おく。そして、クラッド42の片端に種結晶44を接近
させる。
As shown in FIG. 4A, a cladding 42 having a hollow (hole) portion 41 having both open ends is heated by a heating device 43 to a temperature higher than the melting point of the crystal material to be used as a core. Then, the seed crystal 44 is made to approach one end of the clad 42.

【0036】次に、図4(b)に示すように、クラッド4
2の片端に種結晶44を接触させる。その際、種結晶4
4の一部のみが溶融するように、最初から加熱条件を調
整しておく。種結晶44の融液45の一部は毛細管現象
により空孔部41内に入り、空孔部内融液46となる。
この際、結晶状態を維持している種結晶44、種結晶の
融液45及び空孔部内融液46が連続的に接続するよう
にする。
Next, as shown in FIG.
The seed crystal 44 is brought into contact with one end of 2. At that time, seed crystal 4
The heating conditions are adjusted from the beginning so that only part of 4 is melted. A part of the melt 45 of the seed crystal 44 enters the hole 41 by capillary action, and becomes a melt 46 in the hole.
At this time, the seed crystal 44, the melt 45 of the seed crystal, and the melt 46 in the pore portion, which maintain the crystalline state, are continuously connected.

【0037】次に、図4(c)に示すように、結晶状態を
維持している種結晶44から空孔部内融液46に向かっ
て結晶の固化が進むように、クラッド42及び結晶状態
を維持している種結晶44と加熱装置43との相対位置
を移動させていく。
Next, as shown in FIG. 4C, the cladding 42 and the crystal state are changed so that the solidification of the crystal proceeds from the seed crystal 44 maintaining the crystal state toward the melt 46 in the void portion. The relative position between the maintained seed crystal 44 and the heating device 43 is moved.

【0038】その結果、図4(c)に示すように、まず、
種結晶44の溶融部が固化し、続いて図4(d)に示すよ
うに、連続的に空孔部内融液46の固化が進み、空孔部
内結晶47が形成されていく。この際、種結晶融液から
空孔部へ連続的に固化が進むため、空孔部内結晶47と
種結晶44とは同一の結晶方位を有することになる。
As a result, as shown in FIG.
The melted portion of the seed crystal 44 is solidified, and subsequently, as shown in FIG. 4D, the solidification of the melt 46 in the pore portion continuously proceeds, and the crystal 47 in the pore portion is formed. At this time, since the solidification proceeds from the seed crystal melt to the pores continuously, the crystal 47 in the pores and the seed crystal 44 have the same crystal orientation.

【0039】そして、図4(e)に示すように、空孔部内
融液の固化がなされ、空孔部内結晶47が形成される。
この結果、空孔部内結晶47をコアとし、クラッド42
をクラッドとする、結晶方位が制御された光導波路構造
結晶を作製できる。
Then, as shown in FIG. 4E, the melt in the pore portion is solidified, and the crystal 47 in the pore portion is formed.
As a result, the crystal 47 in the hole is used as a core,
An optical waveguide structure crystal in which the crystal orientation is controlled and which has a cladding can be manufactured.

【0040】次に、図5を用いて、加熱装置の加熱状態
を変化させる作製方法の概略を説明する。
Next, an outline of a manufacturing method for changing the heating state of the heating device will be described with reference to FIG.

【0041】図5(a)に示すように、両端が開放された
空孔部51を有するクラッド52を、加熱装置53によ
り、コアにする結晶材料の融点以上に加熱しておく。そ
して、クラッド52の片端に種結晶54を接近させる。
As shown in FIG. 5A, a cladding 52 having a hole 51 whose both ends are opened is heated by a heating device 53 to a temperature higher than the melting point of the crystal material to be used as a core. Then, the seed crystal 54 is made to approach one end of the clad 52.

【0042】次に、図5(b)に示すように、クラッド5
2の片端に種結晶54を接触させる。その際、種結晶5
4の一部のみが溶融するように、最初から加熱条件を調
整しておく。種結晶54の融液55の一部は毛細管現象
により空孔部51内に入り、空孔部内融液56となる。
この際、結晶状態を維持している種結晶54、種結晶の
融液55及び空孔部内融液56が連続的に接続するよう
にする。
Next, as shown in FIG.
The seed crystal 54 is brought into contact with one end of the second crystal. At that time, seed crystal 5
The heating conditions are adjusted from the beginning so that only part of 4 is melted. A part of the melt 55 of the seed crystal 54 enters the pore portion 51 by a capillary phenomenon, and becomes a melt 56 in the pore portion.
At this time, the seed crystal 54, the melt 55 of the seed crystal, and the melt 56 in the pore portion, which maintain the crystalline state, are continuously connected.

【0043】ここまでは、前述した種結晶及びクラッド
の位置と加熱装置の位置とを相対的に変化させる作製方
法と同一である。
Up to this point, the manufacturing method is the same as the above-described manufacturing method in which the positions of the seed crystal and the clad and the position of the heating device are relatively changed.

【0044】次に、図5(c)に示すように、加熱装置5
3の加熱条件を変え、加熱温度を徐々に下げる。する
と、種結晶54及びクラッド52の温度分布が変化し、
結晶材料の融点以下となる位置が、結晶状態を維持して
いる種結晶54から空孔部内融液56に向かって移動
し、固化が連続的に進み、空孔部内結晶57が形成され
ていく。
Next, as shown in FIG.
Change the heating conditions of 3 and gradually lower the heating temperature. Then, the temperature distribution of the seed crystal 54 and the clad 52 changes,
The position where the melting point of the crystalline material is lower than the melting point moves from the seed crystal 54 maintaining the crystalline state toward the melt 56 in the pore portion, solidification proceeds continuously, and the crystal 57 in the pore portion is formed. .

【0045】そして、図5(d)に示すように、空孔部内
融液全域の温度が結晶の融点以下になった状態で、空孔
部内結晶57が形成される。この結果、空孔部内結晶5
7をコアとし、クラッド52をクラッドとする、結晶方
位が制御された光導波路構造結晶を作製できる。
Then, as shown in FIG. 5D, the crystal 57 in the pore is formed in a state where the temperature of the entire melt in the pore is lower than the melting point of the crystal. As a result, the crystal 5
An optical waveguide structure crystal in which the crystal orientation is controlled, which has the core 7 and the clad 52, can be manufactured.

【0046】本発明は、クラッドを形成する材料の溶融
もしくは軟化する温度が、コアとして用いる結晶材料の
融点より高ければ適用することができる。このため、特
に融点の低い有機結晶に対して有用といえる。
The present invention can be applied if the melting or softening temperature of the material forming the cladding is higher than the melting point of the crystalline material used as the core. For this reason, it can be said that it is particularly useful for an organic crystal having a low melting point.

【0047】コアとして適用可能な有機結晶の例とし
て、以下のようなものがある。即ち、材料としては、3
−ニトロアニリン(m−NA)、2−メチル−4−ニト
ロアニリン(MNA)、3−メチル−(2,4−ジニト
ロフェニル)−アミノプロパノエート(MAP)、3−
メチル−4−ニトロピリジン−1−オキサイド(PO
M)、3−アミノフェニル(m−AP)、2−アダマン
チルアミノ5−ニトロピリジン(AANP)、N−(4
−ニトロフェニル)−L−プロリノール(NPP)、N
−(ニトロフェニル)−N−メチルアミノアセトニトリ
ル(NPAN)、4−ニトロジメチルアニリン(NDM
A)、4−N,N−ジメチルアミノ−2−アセタミド−
4−ニトロアニリン(DAN)、2−(N−プロリノー
ル)−5−ニトロピリジン(PNP)、2−シクロアセ
チルアミノ−5−ニトロピリジン(COANP)、3,
9−ジニトロ−5a,6,11a,12−テトラヒドロ
−[1,4]べンズオキサジノ[3,2−b][1,
4]べンズオキサジン(DNBB)、4’−ニトロベン
ジリデン−3−アセトアミノ−4−メトキシアニリン
(MNBA)、ジシアノビニルアニソール(DIV
A)、(−)4−(4’−ジメチルアミノフェニル)−
3−(2’−ヒドロキシプロピルアミノ)シクロブテン
−3,4−ジオン(DAD)、2−メトキシ−5−ニト
ロフェノール(MNP)、スチルバゾリウム−P−トル
エンスルホン酸(SPTS)、3,5−ジメチル−1−
(4−ニトロフェニル)ピラゾ−ル(DMNP)、N−
メトキシメチル−4−ニトロアニリン(MMNA)等が
ある。
Examples of the organic crystal applicable as the core include the following. That is, as a material,
-Nitroaniline (m-NA), 2-methyl-4-nitroaniline (MNA), 3-methyl- (2,4-dinitrophenyl) -aminopropanoate (MAP), 3-
Methyl-4-nitropyridine-1-oxide (PO
M), 3-aminophenyl (m-AP), 2-adamantylamino 5-nitropyridine (AANP), N- (4
-Nitrophenyl) -L-prolinol (NPP), N
-(Nitrophenyl) -N-methylaminoacetonitrile (NPAN), 4-nitrodimethylaniline (NDM
A), 4-N, N-dimethylamino-2-acetamide-
4-nitroaniline (DAN), 2- (N-prolinol) -5-nitropyridine (PNP), 2-cycloacetylamino-5-nitropyridine (COANP), 3,
9-dinitro-5a, 6,11a, 12-tetrahydro- [1,4] benzoxazino [3,2-b] [1,
4] Benzoxazine (DNBB), 4'-nitrobenzylidene-3-acetamino-4-methoxyaniline (MNBA), dicyanovinylanisole (DIV
A), (-) 4- (4'-dimethylaminophenyl)-
3- (2'-hydroxypropylamino) cyclobutene-3,4-dione (DAD), 2-methoxy-5-nitrophenol (MNP), stilbazolium-P-toluenesulfonic acid (SPTS), 3,5-dimethyl- 1-
(4-nitrophenyl) pyrazole (DMNP), N-
Methoxymethyl-4-nitroaniline (MMNA) and the like.

【0048】一方、クラッドとしては、前述したよう
に、クラッドを形成する材料の溶融もしくは軟化する温
度が、コアとして用いる結晶材料の融点より高いことに
加えて、光導波路構造を形成するため、波長変換に関連
する光の波長において少なくとも一つの光の波長におい
て、クラッドの屈折率がコアの屈折率より低いことが条
件となる。この条件を満たせば、ガラス材料、ポリマー
材料、結晶材料及びその他の材料をクラッド材料として
使用できる。
On the other hand, as described above, the melting temperature or the softening temperature of the material forming the clad is higher than the melting point of the crystalline material used as the core. The condition is that the refractive index of the cladding is lower than the refractive index of the core at at least one wavelength of the light associated with the conversion. If this condition is satisfied, a glass material, a polymer material, a crystal material, and other materials can be used as the cladding material.

【0049】以下、本発明の具体的な実施の形態につい
て説明する。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described.

【0050】(第1の形態)図6は本発明の第1の実施
の形態を模式的に示すものである。ここでは、クラッド
として、外径1mm、内径0.03mmのガラスキャピ
ラリ61を用い、結晶材料として、3,5−ジメチル−
1−(4−ニトロフェニル)ピラゾール(DMNP)を
用い、ガラスキャピラリ61の長手方向がDMNP結晶
のz軸と垂直でかつx軸と24度になるような結晶方位
を有する種結晶62を用いる。
(First Embodiment) FIG. 6 schematically shows a first embodiment of the present invention. Here, a glass capillary 61 having an outer diameter of 1 mm and an inner diameter of 0.03 mm is used as a clad, and 3,5-dimethyl-
1- (4-Nitrophenyl) pyrazole (DMNP) is used, and a seed crystal 62 having a crystal orientation such that the longitudinal direction of the glass capillary 61 is perpendicular to the z-axis of the DMNP crystal and is 24 degrees with the x-axis is used.

【0051】種結晶62は、支持棒63及び種結晶押さ
え治具64によりガラス板65に保持される。ガラスキ
ャピラリ61は、キャピラリ押さえ治具66により、ガ
ラスキャピラリの空孔部を塞がないように、ガラス板6
5に保持される。
The seed crystal 62 is held on a glass plate 65 by a support rod 63 and a seed crystal holding jig 64. The glass capillary 61 is held by the glass plate 6 by a capillary holding jig 66 so as not to block the holes of the glass capillary.
5 is held.

【0052】また、第1のヒータ67は結晶の融点以上
になるように加熱状態が設定され、第2のヒータ68は
結晶の融点以下になるように設定される。本例では、D
MNPの融点が102度であるため、第1のヒータ67
は120度に設定し、第2のヒータ68は70度に設定
している。
The heating state of the first heater 67 is set to be higher than the melting point of the crystal, and the second heater 68 is set to be lower than the melting point of the crystal. In this example, D
Since the melting point of MNP is 102 degrees, the first heater 67
Is set to 120 degrees, and the second heater 68 is set to 70 degrees.

【0053】第1の工程では、ガラスキャピラリ61は
ほぼ第1のヒータ67内に入っており、DMNPの融点
以上の温度に加熱される。この際、種結晶62は第2の
ヒータ68内にあり、結晶状態を維持している。
In the first step, the glass capillary 61 is substantially contained in the first heater 67, and is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of DMNP. At this time, the seed crystal 62 is in the second heater 68 and maintains the crystal state.

【0054】第2の工程では、種結晶62はガラスキャ
ピラリ61に接触し、種結晶62の一部が溶融し、種結
晶融液69の一部が毛細管現象によりガラスキャピラリ
61の空孔部に入り、空孔部内融液70となる。図6は
この時の状態を表している。
In the second step, the seed crystal 62 comes into contact with the glass capillary 61, a part of the seed crystal 62 is melted, and a part of the seed crystal melt 69 is formed in the hole of the glass capillary 61 by capillary action. Then, the melt 70 in the pore portion is formed. FIG. 6 shows the state at this time.

【0055】第3の工程では、ワイヤー71により、保
持されているガラスキャピラリ61及び種結晶62ご
と、ガラス板65が第2のヒータ68方向に移動され
る。移動速度は、本例では1mm/sである。この結
果、種結晶融液69及び空孔部内融液70は、種結晶か
ら空孔部へと連続的に固化され、空孔部結晶は種結晶6
2と同じ結晶方位を有することになる。
In the third step, the glass plate 65 is moved by the wire 71 in the direction of the second heater 68 together with the glass capillary 61 and the seed crystal 62 held. The moving speed is 1 mm / s in this example. As a result, the seed crystal melt 69 and the melt 70 in the void portion are continuously solidified from the seed crystal to the void portion, and the void portion crystal becomes the seed crystal 6.
2 will have the same crystallographic orientation.

【0056】本例の結果、内径0.03mmの空孔部D
MNP結晶をコアとし、外径1mmのガラスをクラッド
とする光導波路構造を有し、かつガラスキャピラリの長
手方向がDMNP結晶のz軸と垂直でかつx軸と24度
になるような結晶方位を有する結晶光導波路が長さ6m
mに亘って作製できた。
As a result of this example, the hole D having an inner diameter of 0.03 mm was obtained.
It has an optical waveguide structure in which an MNP crystal is used as a core and a glass having an outer diameter of 1 mm is clad, and the crystal orientation is such that the longitudinal direction of the glass capillary is perpendicular to the z-axis of the DMNP crystal and is 24 degrees with the x-axis. Crystal optical waveguide has a length of 6m
m.

【0057】本結晶方位は、波長1.32μmに対し、
第二高調波発生の位相整合条件を満たす方位であり、作
製した結晶光導波路を用いて、波長1.32μmの第二
高調波発生実験を行ったところ、波長変換効率0.1/
Wが得られた。バルク結晶では波長変換効率0.001
/Wであるため、本例により約2桁の効率改善がなされ
た。
The crystal orientation is 1.32 μm wavelength.
The azimuth satisfying the phase matching condition of the second harmonic generation, and a second harmonic generation experiment with a wavelength of 1.32 μm was performed using the manufactured crystal optical waveguide.
W was obtained. Wavelength conversion efficiency 0.001 for bulk crystal
/ W, the efficiency was improved by about two orders of magnitude in this example.

【0058】また、クラッドとして、縦0.03mm、
横2mmの扁平な空孔部を有するガラス板を用いて、本
例と同様な方法でDMNP結晶の作製を行ったところ、
縦0.03mm、横2mmのコア形状の一種のスラブ導
波路が作製できた。この場合の波長変換効率は0.01
/Wで、ガラスキャピラリを用いた場合より低かった
が、これはコア面積がスラブ形状で大きいためである。
結果として、薄膜状の方位制御結晶光導波路が作製され
たわけで、この後の2次加工を施すことにより、3次元
光導波路を作製できる可能性を有するものである。従っ
て、本発明は、クラッドの形状に規定されるものではな
く、両端が開放された空孔部を備えていれば、クラッド
として適用できる。
The cladding is 0.03 mm long,
When a DMNP crystal was produced in the same manner as in this example using a glass plate having a flat hole having a width of 2 mm,
A kind of slab waveguide having a core shape of 0.03 mm in length and 2 mm in width was produced. The wavelength conversion efficiency in this case is 0.01
/ W was lower than in the case where the glass capillary was used, because the core area was large in the slab shape.
As a result, the orientation control crystal optical waveguide in the form of a thin film is manufactured, and there is a possibility that a three-dimensional optical waveguide can be manufactured by performing the subsequent secondary processing. Therefore, the present invention is not limited to the shape of the clad, and can be applied as a clad as long as the clad has a hole portion open at both ends.

【0059】(第2の形態)図7は本発明の第2の実施
の形態を模式的に示すものである。ここでは、クラッド
として、外径1mm、内径0.01mmで、空孔部片端
にテーパ形状81を有するガラスキャピラリ82を用
い、結晶材料として、3,5−ジメチル−1−(4−ニ
トロフェニル)ピラゾール(DMNP)を用い、ガラス
キャピラリ82の長手方向がDMNP結晶のz軸と垂直
でかつx軸と24度になるような結晶方位を有する種結
晶83を用いる。
(Second Embodiment) FIG. 7 schematically shows a second embodiment of the present invention. Here, a glass capillary 82 having an outer diameter of 1 mm, an inner diameter of 0.01 mm, and a tapered shape 81 at one end of a hole is used as a clad, and 3,5-dimethyl-1- (4-nitrophenyl) is used as a crystal material. Using a pyrazole (DMNP), a seed crystal 83 having a crystal orientation such that the longitudinal direction of the glass capillary 82 is perpendicular to the z-axis of the DMNP crystal and is 24 degrees with the x-axis.

【0060】種結晶83は、支持棒84及び種結晶押さ
え治具85によりガラス板86に保持される。ガラスキ
ャピラリ82は、キャピラリ押さえ治具87により、ガ
ラスキャピラリの空孔部を塞がないように、ガラス板8
6に保持される。
The seed crystal 83 is held on a glass plate 86 by a support rod 84 and a seed crystal holding jig 85. The glass capillary 82 is held by the glass plate 8 by a capillary holding jig 87 so as not to block the holes of the glass capillary.
6 is held.

【0061】また、第1のヒータ88は結晶の融点以上
になるように加熱状態が設定され、第2のヒータ89は
結晶の融点以下になるように設定される。本例では、D
MNPの融点が102度であるため、第1のヒータ88
は120度に設定し、第2のヒータ89は70度に設定
している。
The heating state of the first heater 88 is set to be higher than the melting point of the crystal, and the second heater 89 is set to be lower than the melting point of the crystal. In this example, D
Since the melting point of MNP is 102 degrees, the first heater 88
Is set to 120 degrees, and the second heater 89 is set to 70 degrees.

【0062】第1の工程では、ガラスキャピラリ82は
ほぼ第1のヒータ88内に入っており、DMNPの融点
以上の温度に加熱される。この際、種結晶83は第2の
ヒータ89内にあり、結晶状態を維持している。
In the first step, the glass capillary 82 is substantially contained in the first heater 88, and is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of DMNP. At this time, the seed crystal 83 is in the second heater 89 and maintains the crystalline state.

【0063】第2の工程では、種結晶83はガラスキャ
ピラリ82に接触し、種結晶83の一部が溶融し、種結
晶融液90の一部が毛細管現象によりテーパ部81を通
ってガラスキャピラリ82の空孔部に入り、空孔部内融
液91となる。図7はこの時の状態を表している。
In the second step, the seed crystal 83 comes into contact with the glass capillary 82, a part of the seed crystal 83 is melted, and a part of the seed crystal melt 90 passes through the tapered portion 81 due to the capillary action, and the glass capillary. The melt enters into the hole portion 82 and becomes the melt 91 in the hole portion. FIG. 7 shows the state at this time.

【0064】第3の工程では、ワイヤー92により、保
持されているガラスキャピラリ82及び種結晶83ご
と、ガラス板86が第2のヒータ89方向に移動され
る。移動速度は、本例では4mm/sである。この結
果、種結晶融液90及び空孔部内融液91は、種結晶か
ら空孔部へと連続的に固化され、空孔部結晶は種結晶8
3と同じ結晶方位を有することになる。
In the third step, the glass plate 86 is moved in the direction of the second heater 89 together with the glass capillary 82 and the seed crystal 83 held by the wire 92. The moving speed is 4 mm / s in this example. As a result, the seed crystal melt 90 and the melt 91 in the void portion are continuously solidified from the seed crystal to the void portion, and the void portion crystal becomes the seed crystal 8.
3 will have the same crystal orientation.

【0065】本例の結果、内径0.01mmの空孔部D
MNP結晶をコアとし、外径1mmのガラスをクラッド
とする光導波路構造を有し、かつガラスキャピラリの長
手方向がDMNP結晶のz軸と垂直でかつx軸と24度
になるような結晶方位を有する結晶光導波路が長さ8m
mに亘って作製できた。
As a result of this example, a hole D having an inner diameter of 0.01 mm was obtained.
It has an optical waveguide structure in which an MNP crystal is used as a core and a glass having an outer diameter of 1 mm is clad, and the crystal orientation is such that the longitudinal direction of the glass capillary is perpendicular to the z-axis of the DMNP crystal and is 24 degrees with the x-axis. 8m long crystal optical waveguide
m.

【0066】この際、ガラスキャピラリ82の空孔部片
端にテーパ構造81を有することにより、種結晶83か
ら空孔部への結晶固化の連続性がよりスムーズになり、
移動速度をテーパ形状がない場合に比して、一般に速く
することができる。
At this time, by having the tapered structure 81 at one end of the hole of the glass capillary 82, the continuity of crystal solidification from the seed crystal 83 to the hole becomes smoother,
Generally, the moving speed can be increased as compared with the case where there is no tapered shape.

【0067】本結晶方位は、波長1.32μmに対し、
第二高調波発生の位相整合条件を満たす方位であり、作
製した結晶光導波路を用いて、波長1.32μmの第二
高調波発生実験を行ったところ、波長変換効率1.0/
Wが得られた。バルク結晶では波長変換効率0.001
/Wであるため、本例により約3桁の効率改善がなされ
た。
This crystal orientation is 1.32 μm wavelength.
An orientation that satisfies the phase matching condition for second harmonic generation, and a second harmonic generation experiment with a wavelength of 1.32 μm was performed using the fabricated crystal optical waveguide.
W was obtained. Wavelength conversion efficiency 0.001 for bulk crystal
/ W, the efficiency was improved by about three orders of magnitude in this example.

【0068】(第3の形態)図8は本発明の第3の実施
の形態を模式的に示すものである。ここでは、クラッド
として、外径1mm、内径0.01mmで、空孔部片端
にテーパ形状101を有するガラスキャピラリ102を
用い、結晶材料として、2−アダマンチルアミノ5−ニ
トロピリジン(AANP)を用い、ガラスキャピラリ1
02の長手方向がAANP結晶のc軸と垂直でかつb軸
と30度になるような結晶方位を有する種結晶103を
用いる。
(Third Embodiment) FIG. 8 schematically shows a third embodiment of the present invention. Here, a glass capillary 102 having an outer diameter of 1 mm and an inner diameter of 0.01 mm and having a tapered shape 101 at one end of a hole portion is used as a cladding, and 2-adamantylamino 5-nitropyridine (AANP) is used as a crystal material. Glass capillary 1
The seed crystal 103 having a crystal orientation such that the longitudinal direction of the crystal 02 is perpendicular to the c-axis of the AANP crystal and 30 degrees with the b-axis is used.

【0069】種結晶103は、支持棒104及び種結晶
押さえ治具105によりガラス板106に保持される。
ガラスキャピラリ102は、キャピラリ押さえ治具10
7により、ガラスキャピラリの空孔部を塞がないよう
に、ガラス板106に保持される。
The seed crystal 103 is held on a glass plate 106 by a support rod 104 and a seed crystal holding jig 105.
The glass capillary 102 is connected to the capillary holding jig 10.
7, the glass capillary is held on the glass plate 106 so as not to block the holes.

【0070】また、第1のヒータ108は結晶の融点以
上になるように加熱状態が設定され、第2のヒータ10
9は結晶の融点以下になるように設定される。また、第
1のヒータ108と第2のヒータ109との間に、第3
のヒータ110を設置しており、第1のヒータ108の
設定温度と第2のヒータ109の設定温度との中間の温
度に設定される。本例では、AANPの融点が168度
であるため、第1のヒータ108は190度に設定し、
第2のヒータ109は100度に設定し、第3のヒータ
110は154度に設定している。
The heating state of the first heater 108 is set so as to be equal to or higher than the melting point of the crystal.
9 is set to be lower than the melting point of the crystal. Further, a third heater is provided between the first heater 108 and the second heater 109.
The heater 110 is set at an intermediate temperature between the set temperature of the first heater 108 and the set temperature of the second heater 109. In this example, since the melting point of AANP is 168 degrees, the first heater 108 is set to 190 degrees,
The second heater 109 is set at 100 degrees, and the third heater 110 is set at 154 degrees.

【0071】第1の工程では、ガラスキャピラリ102
はほぼ第1のヒータ108内に入っており、AANPの
融点以上の温度に加熱される。この際、種結晶103は
第2のヒータ109内にあり、結晶状態を維持してい
る。
In the first step, the glass capillary 102
Is substantially in the first heater 108 and is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of AANP. At this time, the seed crystal 103 is in the second heater 109 and maintains a crystalline state.

【0072】第2の工程では、種結晶103はガラスキ
ャピラリ102に接触し、種結晶103の一部が溶融
し、種結晶融液111の一部が毛細管現象によりテーパ
部101を通ってガラスキャピラリ102の空孔部に入
り、空孔部内融液112となる。図8はこの時の状態を
表している。
In the second step, the seed crystal 103 comes into contact with the glass capillary 102, a part of the seed crystal 103 is melted, and a part of the seed crystal melt 111 passes through the tapered portion 101 due to the capillary action, and the glass capillary. The melt enters into the hole portion 102 and becomes the melt 112 in the hole portion. FIG. 8 shows the state at this time.

【0073】第3の工程では、ワイヤー113により、
保持されているガラスキャピラリ102及び種結晶10
3ごと、ガラス板106が第2のヒータ109方向に移
動される。移動速度は、本例では4mm/sである。こ
の結果、種結晶融液111及び空孔部内融液112は、
種結晶から空孔部へと連続的に固化され、空孔部結晶は
種結晶103と同じ結晶方位を有することになる。
In the third step, the wire 113
Glass capillary 102 and seed crystal 10 held
For every three, the glass plate 106 is moved toward the second heater 109. The moving speed is 4 mm / s in this example. As a result, the seed crystal melt 111 and the melt 112 in the pore portion are
The seed crystal is continuously solidified into the vacancy, and the vacancy crystal has the same crystal orientation as the seed crystal 103.

【0074】本例の結果、内径0.01mmの空孔部A
ANP結晶をコアとし、外径1mmのガラスをクラッド
とする光導波路構造を有し、かつガラスキャピラリの長
手方向がAANP結晶のc軸と垂直でかつb軸と30度
になるような結晶方位を有する結晶光導波路が長さ8m
mに亘って作製できた。
As a result of this example, a hole A having an inner diameter of 0.01 mm
It has an optical waveguide structure in which an ANP crystal is used as a core and a glass having an outer diameter of 1 mm is clad, and the crystal orientation is such that the longitudinal direction of the glass capillary is perpendicular to the c-axis of the AANP crystal and 30 degrees with the b-axis. 8m long crystal optical waveguide
m.

【0075】この際、ガラスキャピラリ102の空孔部
片端にテーパ構造101を有することにより、種結晶1
03から空孔部への結晶固化の連続性がよりスムーズに
なり、移動速度をテーパ形状がない場合に比して、一般
に速くすることができる。また、第3のヒータ110の
設置により、固化する近傍の温度勾配の制御をより精密
に行うことができ、結晶成長の歩留まりを向上できる。
At this time, the tapered structure 101 is provided at one end of the hole portion of the glass capillary 102 so that the seed crystal 1 can be formed.
The continuity of crystal solidification from 03 to the hole becomes smoother, and the moving speed can be generally increased as compared with the case where there is no tapered shape. Further, by providing the third heater 110, the temperature gradient in the vicinity of solidification can be controlled more precisely, and the yield of crystal growth can be improved.

【0076】本結晶方位は、波長1.32μmに対し、
第二高調波発生の位相整合条件を満たす方位であり、作
製した結晶光導波路を用いて、波長1.32μmの第二
高調波発生実験を行ったところ、波長変換効率1.8/
Wが得られた。バルク結晶では波長変換効率0.001
/Wであるため、本例により約3桁の効率改善がなされ
た。
This crystal orientation is 1.32 μm wavelength.
An orientation that satisfies the phase matching condition for second harmonic generation, and a second harmonic generation experiment with a wavelength of 1.32 μm was performed using the fabricated crystal optical waveguide. The wavelength conversion efficiency was 1.8 /.
W was obtained. Wavelength conversion efficiency 0.001 for bulk crystal
/ W, the efficiency was improved by about three orders of magnitude in this example.

【0077】(第4の形態)図9は本発明の第4の実施
の形態を模式的に示すものである。ここでは、クラッド
として、外径1mm、内径0.01mmで、空孔部片端
にテーパ形状121を有するガラスキャピラリ122を
用い、結晶材料として、2−アダマンチルアミノ5−ニ
トロピリジン(AANP)を用い、ガラスキャピラリ1
22の長手方向がAANP結晶のc軸と垂直でかつb軸
と30度になるような結晶方位を有する種結晶123を
用いる。
(Fourth Embodiment) FIG. 9 schematically shows a fourth embodiment of the present invention. Here, a glass capillary 122 having an outer diameter of 1 mm and an inner diameter of 0.01 mm and having a tapered shape 121 at one end of a hole portion is used as a cladding, and 2-adamantylamino 5-nitropyridine (AANP) is used as a crystal material. Glass capillary 1
A seed crystal 123 having a crystal orientation such that the longitudinal direction of the crystal 22 is perpendicular to the c-axis of the AANP crystal and 30 degrees with the b-axis is used.

【0078】図9(a)に示すように、種結晶123は、
ガラス直管124内に支持棒125により上方から保持
される。ガラスキャピラリ122は、ガラス直管124
内に支持棒126により、ガラスキャピラリの空孔部を
塞がないように、下方から保持される。
As shown in FIG. 9A, the seed crystal 123
It is held from above by a support rod 125 in a straight glass tube 124. The glass capillary 122 includes a glass straight tube 124.
The glass capillary is held from below by a support rod 126 so as not to block the hole of the glass capillary.

【0079】また、ヒータ127は結晶の融点以上にな
るように加熱状態が設定される。また、ガラス直管12
4のヒータ127上方の近傍部分は、赤外光である炭酸
ガスレーザ光128により加熱される。
The heating state of the heater 127 is set so as to be higher than the melting point of the crystal. In addition, the glass straight pipe 12
The portion above the fourth heater 127 is heated by carbon dioxide laser light 128 which is infrared light.

【0080】図9(a)に示すように、種結晶123を上
方からガラスキャピラリ122に接近させると、ガラス
キャピラリ122に接触する前に、炭酸ガスレーザ光1
28により加熱されたガラス直管124からの輻射によ
り加熱され、種結晶123の先端部が溶融し、溶融部1
29を形成する。この状態で、図9(b)に示すように、
溶融部129をガラスキャピラリ122の空孔部片端の
テーパ部121に接触させると、種結晶融液129の一
部が毛細管現象によりテーパ部121を通ってガラスキ
ャピラリ122の空孔部に入り、空孔部内融液130と
なる。
As shown in FIG. 9 (a), when the seed crystal 123 is brought close to the glass capillary 122 from above, the carbon dioxide laser light 1
The tip of the seed crystal 123 is melted by the radiation from the straight glass tube 124 heated by
29 are formed. In this state, as shown in FIG.
When the melting portion 129 is brought into contact with the tapered portion 121 at one end of the hole of the glass capillary 122, a part of the seed crystal melt 129 enters the hole of the glass capillary 122 through the tapered portion 121 due to a capillary phenomenon, and becomes empty. It becomes the melt 130 in the hole.

【0081】この後、ガラスキャピラリ122及び種結
晶123は同一の速度で上方に移動される。移動速度
は、本例では4mm/sである。この結果、種結晶融液
129及び空孔部内融液130は、種結晶から空孔部へ
と連続的に固化され、空孔部結晶は種結晶123と同じ
結晶方位を有することになる。
Thereafter, the glass capillary 122 and the seed crystal 123 are moved upward at the same speed. The moving speed is 4 mm / s in this example. As a result, the seed crystal melt 129 and the melt 130 in the void portion are continuously solidified from the seed crystal to the void portion, and the void portion crystal has the same crystal orientation as the seed crystal 123.

【0082】本例の結果、内径0.01mmの空孔部A
ANP結晶をコアとし、外径1mmのガラスをクラッド
とする光導波路構造を有し、かつガラスキャピラリの長
手方向がAANP結晶のc軸と垂直でかつb軸と30度
になるような結晶方位を有する結晶光導波路が長さ8m
mに亘って作製できた。
As a result of this example, a hole A having an inner diameter of 0.01 mm
It has an optical waveguide structure in which an ANP crystal is used as a core and a glass having an outer diameter of 1 mm is clad, and the crystal orientation is such that the longitudinal direction of the glass capillary is perpendicular to the c-axis of the AANP crystal and 30 degrees with the b-axis. 8m long crystal optical waveguide
m.

【0083】この際、ヒータに加えて赤外光を利用した
加熱を行うことにより、微小な領域での温度制御が可能
になり、結晶成長の歩留まりを向上できる。
At this time, by performing heating using infrared light in addition to the heater, it becomes possible to control the temperature in a minute area, and to improve the yield of crystal growth.

【0084】本結晶方位は、波長1.32μmに対し、
第二高調波発生の位相整合条件を満たす方位であり、作
製した結晶光導波路を用いて、波長1.32μmの第二
高調波発生実験を行ったところ、波長変換効率1.8/
Wが得られた。バルク結晶では波長変換効率0.002
/Wであるため、本例により約3桁の効率改善がなされ
た。
This crystal orientation is 1.32 μm wavelength.
An orientation that satisfies the phase matching condition for second harmonic generation, and a second harmonic generation experiment with a wavelength of 1.32 μm was performed using the fabricated crystal optical waveguide. The wavelength conversion efficiency was 1.8 /.
W was obtained. Wavelength conversion efficiency of 0.002 for bulk crystal
/ W, the efficiency was improved by about three orders of magnitude in this example.

【0085】[0085]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光導波路構造を有し、かつ所望の結晶方位を有する、極
めて効率の良い二次非線形光学素子を提供することがで
きる。
As described above, according to the present invention,
An extremely efficient second-order nonlinear optical element having an optical waveguide structure and a desired crystal orientation can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来の製造方法の一例を示す工程図FIG. 1 is a process diagram showing an example of a conventional manufacturing method.

【図2】従来の製造方法の他の例を示す工程図FIG. 2 is a process chart showing another example of a conventional manufacturing method.

【図3】従来の製造方法のさらに他の例を示す工程図FIG. 3 is a process chart showing still another example of the conventional manufacturing method.

【図4】本発明の第1の製造方法の概略を示す工程図FIG. 4 is a process chart showing an outline of a first manufacturing method of the present invention.

【図5】本発明の第2の製造方法の概略を示す工程図FIG. 5 is a process chart showing an outline of a second manufacturing method of the present invention.

【図6】本発明の第1の実施の形態を示す模式図FIG. 6 is a schematic diagram showing the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第2の実施の形態を示す模式図FIG. 7 is a schematic view showing a second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第3の実施の形態を示す模式図FIG. 8 is a schematic diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第4の実施の形態を示す模式図FIG. 9 is a schematic view showing a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

41,51:空孔部、42,52:クラッド、43,5
3:加熱装置、44,54,62,83,103,12
3:種結晶、45,55,69,90,111,12
9:種結晶の融液、46,56,70,91,112,
130:空孔部内融液、47,57:空孔部内結晶、6
1,82,102,122:ガラスキャピラリ、63,
84,104,125,126:支持棒、64,85,
105:種結晶押さえ治具、65,86,106:ガラ
ス板、66,87,107:キャピラリ押さえ治具、6
7,88,108:第1のヒータ、68,89,10
9:第2のヒータ、71,92,113:ワイヤー、8
1,101,121:テーパ部、110:第3のヒー
タ、124:ガラス直管、127:ヒータ、128:炭
酸ガスレーザ。
41, 51: hole portion, 42, 52: clad, 43, 5
3: heating device, 44, 54, 62, 83, 103, 12
3: seed crystal, 45, 55, 69, 90, 111, 12
9: seed crystal melt, 46, 56, 70, 91, 112,
130: melt in the pore, 47, 57: crystal in the pore, 6
1, 82, 102, 122: glass capillary, 63,
84, 104, 125, 126: support rods, 64, 85,
105: seed crystal holding jig, 65, 86, 106: glass plate, 66, 87, 107: capillary holding jig, 6
7, 88, 108: first heater, 68, 89, 10
9: second heater, 71, 92, 113: wire, 8
1, 101, 121: tapered portion, 110: third heater, 124: straight glass tube, 127: heater, 128: carbon dioxide gas laser.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 二次の非線形光学効果を有する光学結晶
をコアとし、該コアの周囲をクラッドで囲んだ光導波路
構造を備えた非線形光学素子において、 前記光学結晶の自然成長方位以外の所望の結晶方位が、
前記光導波路構造における光の導波方向に一致している
ことを特徴とする非線形光学素子。
1. A nonlinear optical element having an optical waveguide structure in which an optical crystal having a second-order nonlinear optical effect is used as a core and the core is surrounded by a clad, wherein a desired orientation other than the natural growth orientation of the optical crystal is provided. The crystal orientation is
A nonlinear optical element, which coincides with a light guiding direction in the optical waveguide structure.
【請求項2】 DMNPからなる二次の非線形光学効果
を有する光学結晶をコアとし、該コアの周囲をクラッド
で囲んだ光導波路構造を備えた非線形光学素子におい
て、 前記光学結晶のx軸以外の所望の結晶方位が、前記光導
波路構造における光の導波方向に一致していることを特
徴とする非線形光学素子。
2. A nonlinear optical element having an optical waveguide structure comprising a core made of DMNP having a second-order nonlinear optical effect as a core and surrounding the core with a cladding, wherein the optical crystal has a structure other than the x-axis. A non-linear optical element, wherein a desired crystal orientation coincides with a light-guiding direction in the optical waveguide structure.
【請求項3】 AANPからなる二次の非線形光学効果
を有する光学結晶をコアとし、該コアの周囲をクラッド
で囲んだ光導波路構造を備えた非線形光学素子におい
て、 前記光学結晶のc軸以外の所望の結晶方位が、前記光導
波路構造における光の導波方向に一致していることを特
徴とする非線形光学素子。
3. A non-linear optical element having an optical waveguide structure including an AANP having a second-order nonlinear optical effect as a core and surrounding the core with a cladding, wherein the c-axis of the optical crystal is other than a c-axis. A non-linear optical element, wherein a desired crystal orientation coincides with a light-guiding direction in the optical waveguide structure.
【請求項4】 二次の非線形光学効果を有する光学結晶
より融点が高い材料からなる中空体を前記光学結晶の融
点以上に加熱する第1の工程と、 前記中空体に前記光学結晶からなる種結晶を、該中空体
の中空部が形成されている方向に種結晶の所望の結晶方
位を一致させながら接触させるとともに、該種結晶の中
空体に接触させた部分及びその近傍を融解する第2の工
程と、 前記中空体の中空部内を毛細管現象により前記融解した
種結晶の一部で満たす第3の工程と、 前記融解した種結晶をその固液界面から順次冷却し結晶
化することにより、前記中空体の中空部内に所望の結晶
方位を備えた光学結晶を形成する第4の工程とからなる
ことを特徴とする非線形光学素子の製造方法。
4. A first step of heating a hollow body made of a material having a higher melting point than an optical crystal having a second-order nonlinear optical effect to a temperature equal to or higher than the melting point of the optical crystal; The crystal is brought into contact with the direction in which the hollow portion of the hollow body is formed while the desired crystal orientation of the seed crystal is made to coincide with the crystal. And a third step of filling the hollow portion of the hollow body with a part of the melted seed crystal by capillary action, and cooling and crystallizing the melted seed crystal sequentially from its solid-liquid interface, A fourth step of forming an optical crystal having a desired crystal orientation in the hollow portion of the hollow body.
【請求項5】 種結晶が接触する一端に向かって広がる
テーパ状の中空部を有する中空体を使用したことを特徴
とする請求項4記載の非線形光学素子の製造方法。
5. The method for manufacturing a nonlinear optical element according to claim 4, wherein a hollow body having a tapered hollow portion extending toward one end with which the seed crystal contacts is used.
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