JPH03279928A - 波長変換素子 - 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、光高調波発生装置等に用いる波長変換素子に
関し、更に詳しくは、レーザー光の波長変換に用いられ
る光高調波発生装置等に用いる光フアイバー型波長変換
素子に関する。

［発明の背景］ レーザー光等の強い光を物質に照射した時に顕著Ｅ現れ
る非線形光学効果は、波長変換、強度変調、スイッチン
グ等に応用できるものであり、近年、該非線形光学効果
を有する材料の探索研究が数多く為されている。

また、情報記録媒体の大容量化、高密度化の要求に応え
る形で光記録媒体の研究が盛んに行われているが、これ
ら光記録媒体の記録密度は光源の波長に依存するので（
記録密度限界は光源波長が短くなると、その２乗に反比
例して増大する。）、より短波な光源を得るために波長
変換素子への期待は大きいものがある。

波長変換、特に２次の非線形光学効果に基づいた第２高
調波発生（Ｓｅｃｏｎｄ　Ｈａｒｍｏｎｉｃ　Ｇｅｎｅ
ｒａｔｉｏｎ。

以下ＳＨＧと略す。）では、従来知られていたニオブ酸
リチウム（Ｌ　ｉ　Ｎｂ０ｚ　）　、燐酸二水素カリウ
ム（ＫＤＰ）等の無機材料に比し、有機化合物が桁違い
に高い性能を有する可能性が指摘されている。（例えば
、「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） 有機化合物の非線形性の起源は分子内π電子であり、２
次の非線形分子分極率βは、該化合物が電子供与性基お
よび電子吸引性基の両方を有するとき、特に大きくなる
。

しかしながら、ｐ−ニトロアニリンで代表されるように
、分子レベルの非線形分極が大きくても、結晶の状態て
は全＜：ＳＨＧを示さなかったり、示してもＳＨＧの小
さいものが数多く見られる。これは、極性の強い有機物
結晶の分子配列が反転対称になり易いことに起因する。

ＳＨＧ効果をもつ化合物として、例えば２−メチル−４
−ニトロアニリン（ＭＮＡ）　、２−アセトアミド−４
−ニトロ−Ｎ、Ｎ−ジメチルアニリン（ＤＡＮ）　、２
−アセトアミド−４−ニトロ−１−ピロリジノベンゼン
（ＰＡＮ）　、２−　（α〜メチルベンジル）アミノ−
５−ニトロピリジン（ＭＢＡ−ＮＰ）等が知られている
。

これらの材料を用いて効率の良い波長変換素子を構成す
るためには、基本波により誘起された非線形分極波とそ
れから生じる光第２高調波との位相整合がとれていなけ
ればならない。平板光導波路、チャンネル型先導波路、
光ファイバー等の先導波路型波長変換素子は、モード分
散やチェレンコフ放射方式を利用して比較的容易に位相
整合が可能である上に、導波路部分に光波を閉じ込めて
高い光波パワー密度を得ることができるので、波長変換
効率の高い素子が得られる可能性が大きく、注目されて
いる。

例えば、従来ファイバー型光導波路デバイスとするため
には屈折率の低い材料でできた中空ファイバー中に、屈
折率の高い非線形光学材料を溶融して注入した後、ブリ
ッヂマンーストックバーガＳ等でコアに単結晶化する方
法がとられている。

〔参考図書り、Ｓ、Ｃｈｅｗｌａ　、　Ｊ、Ｚｙｓｓ：
　Ｎｏｎ１ｉｎｅａｒＯｐｔ１ｃａｌ　　Ｐｒｏｐｅｒ
ｔｉｅｓ　　ｏｆ　　Ｏｒｇａｎｉｃ　　Ｍｏ１ｅｃｕ
ｌｅｓａｎｄ　　Ｃｒｙｓｔａｌｓ　　Ｖａｔ、　　１
　　；　　ＡＣＡＤＥＭＩＣＰＲＥＳＳ　　ＩＮｃ。

（１９８７）］ コアに、ＭＮＡ、ＤＡＮＳｍ−ＤＮＢ等を用いたファイ
バー型非線形光学素子が報告されているが、これら有機
非線形光学材料は、単結晶を成長させることが難しいば
かりでなく、形成した単結晶に空隙、亀裂、結晶軸のロ
ーテーション等の欠陥が生しやすいという欠点を有して
いた。

また、中空ファイバー中に非線形光学材料の単結晶を成
長させた場合に従来の非線形光学材料では分子分極軸が
ファイバー軸に平行になってしまい、材料のもつ非線形
光学効果を最大限に発揮させた変換効率の高い波長変換
素子を作成することが困難であった。

［発明の目的］ 従って、本発明の目的は、単結晶中における分子配列が
反転対称とならず、大きな非線形光学効果を有する有機
非線形光学材料を用いて、かつ、その材料の単結晶を分
子分極軸が最適の配向をとるように中空ファイバーのコ
アに形成した変換効率の高いファイバー型の波長変換素
子を提供することにある。

［発明の構成］ 本発明の上記目的は、非線形光学材料として２メトキシ
−５−ニトロフェノールを用い、キャピラリ形状のクラ
ッド材の中に該非線形光学材料の単結晶からなるコアが
形成され、該単結晶の主吸収軸方向がファイバー中心軸
方向に垂直であることを特徴とするファイバー型の波長
変換素子によって達成された。

以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の概念を示す説明図である。

第１図において１は本発明のファイバー型波長変換素子
（ＳＨＧ素子）を示し、２はクラッドを、３はコアを示
す。４で示される矢印は非線形光学材料の単結晶の主吸
収軸を、５で示される矢印はファイバー軸方向を、６で
示される矢印は基本波の電界方向を示す。

本発明では、波長変換素子の非線形光学材料として２−
メトキシ−５−ニトロフェノール（以下、ＭＮＰという
。）を用いる。

ＭＮＰは、単結晶において分子配列が反転対称となるこ
となく、第２図に示すように分子分極軸が一方向に揃っ
た結晶構造をとり、大きな非線形光学効果を示すことを
見いだした。第２図において、Ａは結晶軸のａ軸を示し
、Ｂは結晶軸のｂ軸を示し、Ｃは結晶軸のａ軸を示す。

本発明では、キャピラリ形状のクラッド材の中にＭＮＰ
の単結晶から成るコアが形成されている。

ＭＮＰの単結晶は空隙、亀裂、結晶軸のローテーション
等の欠陥が少なく透明で、光の導波損失に優れている。

また、ＭＮＰ単結晶の吸収端波長は比較的短＜、４３０
ｎｍ程度までの短波長光への波長変換に使用できる。

キャピラリ形状のクラッド材の中に形成された結晶コア
は、偏光顕微鏡で観察して均一な消光位が観察されるこ
とにより、単結晶になっていることが確かめられる。

本発明では、コアを形成するＭＮＰ単結晶の主吸収軸方
向がファイバー軸方向にほぼ垂直になっている。ここで
主吸収軸方向とは単結晶に直線偏光を入射したときに吸
収端波長（透過率が最大透過率の９５％になる波長）が
最も長波長になる軸方向を言う。実際にはＭＮＰ単結晶
においては、白色直線偏光を入射したときに黄色の着色
が最も濃くなる直線偏光入射方向が主吸収軸方向である
。

ファイバー型波長変換素子中のＭＮＰ単結晶コアの主吸
収軸方向はファイバーを側面から偏光顕微鏡で観察する
ことにより確認することができる。

ＭＮＰ単結晶の主吸収軸方向がファイバー軸方向に対し
て９０″になっているときが最大の波長変換効率が得ら
れて好ましいが、９０＠から多少ずれても４５″以上で
あれば最大変換効率の１／２以上の変換効率が得られる
ので有効に使用することができる。

本発明において、クラッド材としては、ガラス、プラス
チック等、いかなる材質のものを用いてもよいが、鉛成
分の含有量が１０％以下であるガラス材料を用いること
が好ましい。当該ガラス材料をクラッド材に用いること
により、コアを形成するＭＮＰ単結晶の主吸収軸方向を
容易にファイバー軸方向に垂直にすることができる。キ
ャピラリ形状のクラッド材のなかにＭＮＰ単結晶のコア
を形成するための方法としては、ブリッヂマン法、ブリ
ッヂマン−ストックバーガー法等、従来知られている方
法を用いることができる。クラッド材として鉛成分の含
有量が１０％以上であるガラス材料を用いるとＭＮＰ単
結晶の主吸収軸方向がファイバー軸方向に平行になり易
い。

本発明において、クラッド材の基本波に対する屈折率は
、１．７Ｄ以上、１．８７以下であることが好ましい。

クラッド材の屈折率は、基本波がコアの導波モードにな
り、チェレンコフ放射型位相整合により光第二高調波が
クラッドに対して放射モードになるように設定される必
要がある。最大の波長変換効率が得られる入射基本波偏
光方向（ｂ軸方向）におけるＭＮＰ単結晶コアの基本波
（波長８５００ｍ以上）に対する屈折率は、最大で１．
８７であることが測定されたので、基本波がコアの導波
モードとなるためには、クラッド材の基本波に対する屈
折率は１．８７以下であることが必要である。一方、ク
ラッド材の基本波に対する屈折率が低すぎるとコアの基
本波の導波モードが多モードとなり、高い波長変換効率
を得ることができない。コア径１μｍ以上で、基本波の
導波モードを単一モードまたは低数次の多モードとする
ために、クラッド材の基本波に対する屈折率は１．７０
以上であることが好ましい。

本発明において、ファイバーのコアの直径は、８８ｍ以
下であることが好ましく、更に基本波のコア中への閉じ
込め効果を高め、また単一モードの波長変換素子を形成
するためには、４μｍ以下にすることが好ましい。コア
の直径が６μｍより大きくなると、コア中の基本光波密
度が低くなり、高い波長変換効率を得ることができない
。

本発明のファイバー型波長変換素子の両ファイバ一端面
には、防湿性・酸素非透過性でかつ、使用波長領域で透
明なコア材保護膜が形成されることが好ましい。さらに
、反射防止膜などが形成されていてもよい。

本発明のファイバー型波長変換素子の長さは、１〜３０
關、ファイバーの外径は０．１〜３ｍ１１あればよい。

本発明のファイバー型波長変換素子のコアを形成するＭ
ＮＰは、光学的に純度の高いものを用いることが好まし
い。ＭＮＰは可視波長域の光を吸収する不純物を含みや
すいので、純度９９．９９％以上に精製したものを用い
ることが好ましい。純度９９．９９％以下では、高強度
のレーザー光により光損傷を受けやすい。

［実施例］ 以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが
、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

実施例 Ｍ　Ｎ　’Ｐをエタノール／ヘキサン混合溶媒を用いて
３回再結晶を繰り返した後、さらに窒素ガスを詰めた封
管状態で帯融解精製法により精製した。

純度は９９．９９％以上であった。このＭＮＰを用いて
、表１に示した各種のキャピラリ形状のクラッド材中に
ブリッヂマン法によりＭＮＰ単結晶コアを形成した。得
られたファイバー型波長変換素子を偏光顕微鏡で観察し
、単結晶の主吸収軸方向を調べた。また、Ｎｄ：ＹＡＧ
レーザー光を入射して得られるＳＨＧ光強度を調べた。

その結果を表１に示す。

以下余白 ［発明の効果］ 本発明のファイバー型波長変換素子は、コアを形成する
非線形光学材料の単結晶の分子分極軸が一方向に揃いか
つ、単結晶の主吸収軸が、非線形光学効果を発現するの
に理想的な方向に配列しているので、高い変換効率を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の波長変換素子の概念を説明する図、
第２図は、ＭＮＰの単結晶中における分子配列を示す図
である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）コア材に非線形光学材料を用いたファイバー型の
   波長変換素子において、該非線形光学材料が２−メトキ
   シ−５−ニトロフェノールであり、キャピラリ形状のク
   ラッド材の中に形成されたコア材が該非線形光学材料の
   単結晶であり、該単結晶の主吸収軸がファイバー中心軸
   方向に垂直であることを特徴とする波長変換素子。
2. （２）クラッド材が鉛成分の含有量が１０％以下である
   ガラス材料からなることを特徴とする請求項（１）記載
   の波長変換素子。
3. （３）クラッド材の基本波に対する屈折率が１．７０以
   上、１．８７以下であることを特徴とする請求項（１）
   〜（２）記載の記載の波長変換素子。
4. （４）コアの直径が６μｍ以下であることを特徴とする
   請求項（１）〜（３）記載の記載の波長変換素子。