JPH01105220A - 光波長変換素子 - 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、基本波をその１／２の波長の第２高調波に変
換する光波長変換素子、また基本波をその１／３の波長
の第３高調波に変換する光波長変換素子、さらに入力さ
れる２つの基本波をそれら２つの基本波の和および差の
角周波数の光に変換する光波長変換素子に関し、特に詳
細には有機非線形光学材料を用い、共鳴効果によって高
い波長変換効率が得られるようにした光波長変換素子に
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、
いわゆるファイバー型のものが提案されている。この光
波長変換素子は、クラッド内に非線形光学材料からなる
コアが充てんされた光ファイバーであり、応用物理学会
懇話会微小光学研究グループ機関誌ＶＯＬ、　　３．　
Ｎｏ、２．　　ｐ２８〜３２にはその一例が示されてい
る。このファイバー型の光波長変換素子は、基本波と第
２高調波との間の位相整合をとることも容易であるので
、最近ではこのファイバー型光波長変換素子についての
研究が盛んになされている。また、例えば本出願人によ
る特願昭６１−１５９２９２号、同６１−１５９２９３
号に示されるように、クラッド部となる２枚の基板の間
に非線形光学材料からなる２次元光導波路を形成した２
次元光導波路型の光波長変換素子も知られている。さら
には、ガラス基板内に非線形光学材料からなる３次元光
導波路が埋め込まれてなり、ガラス基板中に第２高調波
を出射する３次元光導波路型の光波長変換素子も知られ
ている。これらの光導波路型光波長変換素子も、上述の
ような特長を有している。

また、特願昭６３−７２７５２号明細書において、和周
波および差周波も同様に、ファイバー型波長変換素子に
よって発生することが詳細に記されている。導波路タイ
プにおける和差周波発生についても特願昭６３−７２７
５３号明細書において詳細に記されている。さらに３次
の非線形性を用いた第３高調波発生も十分に可能である
。

ところで近時、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）等に示されるように、共鳴（ｒｅｓ。

ｎａｎｔ）効果によって第２高調波を発生する有機非線
形光学材料が注目されている。この共鳴効果による第２
高調波発生について、以下簡単に説明する。周知のよう
に非線形定数ｄは、基本波および第２高調波の周波数を
それぞれωｏｚ２ω０とし、非線形光学材料に吸収の有
る光の周波数をωとすると、 ［ＡＳＢは定数］ となる。したがって光吸収率が最大となる光波長λｍａ
ｘが、基本波波長と第２高調波波長の少なくとも一方に
近い場合には、共鳴効果が生じて非線形定数ｄが著しく
増大するのである。

このように共鳴効果によって第２高調波を発生させる有
機非線形光学材料によれば、共鳴効果を伴なわないで第
２高調波を発生させる場合に比べて、２桁以上高い波長
変換効率を得ることも可能である。

同様にして、和差周波発生および第３高調波発生におい
ても、同様の効果が期待できる。例えば、和周波発生の
場合においては非線形定数ｄは、２つの基本波およびそ
の和周波の周波数をそれぞれω１、ω２、ω３とし、非
線形光学材料に吸収の有る光の周波数をωとすると、 ［Ａ、Ｂは定数、ω３−ω工＋ω２］ となる。したがって光吸収が最大となる光波長λｍａｘ
が２つの基本波の波長と和周波波長の少なくとも１つの
波長と近い場合は、共鳴効果が生じて非線形定数ｄが著
しく増大する。このように、和周波、差周波、第３高調
波も同様に、共鳴効果を伴わないで波長変換する場合に
比べて、２桁以上高い波長変換効率を得ることも可能で
ある。

（発明が解決しようとする課題） しかし現在のところ、上述のような現象は薄膜状の有機
非線形光学材料を用いて確認されているだけであり、実
際にこの共鳴効果を利用して高効率で波長変換を行ない
うる光波長変換素子は提供されていない。以下、その理
由を基本波の第２次高調波への変換を例にとって説明す
る。

共鳴効果を生じさせるためには前述した通り、基本波あ
るいは第２高調波の波長に近い光を良く吸収する有機非
線形光学材料を用いる。しかし、第２高調波の波長に近
い光を良く吸収する例えば粉末およびバルク結晶の非線
形光学材料を用いる場合は、高効率で波長変換された第
２高調波がこの有機非線形光学材料自身に吸収されるの
で、実際に光波長変換素子から取り出して利用できる第
２高調波の光量は極めて小さいものとなってしまうので
ある。全く同じ理由で、和差周波発生、第３高調波発生
の場合も、高効率波長変換を行ないつる素子は提供され
ていない。

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
、共鳴効果を利用して、実際に大光量の第２高調波、和
差周波、第３高調波等の波長変換波を取り出すことがで
きる光波長変換素子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素子は、先に述べたようなファイバ
ー型あるいは先導波路型の光波長変換素子を、１つの基
本波のコア部（光導波路型にあっては光導波路部）での
導波モードと、第２高調波、第３高調波等の高調波のク
ラッド部への放射モードとの間、あるいは相異なる波長
の２つの基本波の導波モードによって作られるコア内の
非線形分極波と、和差周波のクラッド部への放射モード
との間で位相整合が取られるいわゆるチェレンコフ放射
型素子として形成した上で、コア部に前述の共鳴効果を
生じる有機非線形光学材料、つまり光吸収率が最大とな
る光波長が基本波と波長変換波のうちの少なくとも１つ
の波長に近い領域にある有機非線形光学材料を用いたこ
とを特徴とするものである。

また本発明の別の光波長変換素子は、コア部を上述のよ
うな有機非線形光学材料から形成した上で、クラッド部
の外表面から導波部に至るまでの厚さを２５０μｍ以上
と十分に厚くしたことを特徴とするものである。

また本発明のさらに別の光波長変換素子は、コア部を上
述のような有機非線形光学材料から形成した上で、波長
変換波の位相整合角度をθ、素子の長さをＬとしたとき
、上記クラッド部の厚さを（Ｌ−ｔａｎθ）／２の値以
上としたことを特徴とするものである。

また本発明のさらに別の光波長変換素子は、コア部を上
述のような有機非線形光学材料から形成した上で、波長
変換波の位相整合角度をθ、素子の長さをＬとしたとき
、上記クラッド部の厚さをＬ＊ｔａｎθの値以上とした
ことを特徴とするものである。

（作　　用） 基本波の第２高調波への変換の場合を例にとって説明す
ると、上記チェレンコフ放射型の光波長変換素子にあっ
ては、第２高調波はクラッド部中に出射し、あるいは出
射後クラッド部中を全反射を繰り返して導波するので、
コア部の有機非線形光学材料によって共鳴効果を伴なっ
て発生した第２高調波が、再度コア部に入射することは
まったく無いか、あるいは有ってもその確率はかなり低
くなる。したがって共鳴効果により高効率で波長変換さ
れた第２高調波が、コア部の有機非線形光学材料に吸収
され難くなり、大光量の第２高調波を取り出すことがで
きる。

そしてクラッド部の厚さを上述の゛ように２５０μｍ以
上、さらには（Ｌ−ｔａｎθ）７２以上の値とすると、
第２高調波がコア部に吸収される確率が特に低くなって
、より大光量の第２高調波を取り出すことが可能となる
。以下、この点についてファイバー型素子の場合を例に
とって詳しく説明する。

従来のファイバー型光波長変換素子にあっては、クラツ
ド径は通常１００μｍ程度で、太くても２５０μｍ程度
、そしてコア径は１〜１０μｍ程度に形成されていた。

つまり、前述したクラッド部の厚さという概念で説明す
れば、その値は大きくても１２０μｍ程度であったと言
える。またこの種の光波長変換素子において波長変換効
率は、素子の長さが長いほど大きくなり、実用レベルで
考えると素子長さは３０ｍｍ以上は必要となる。この程
度のクラツド径、コア径、素子長さである場合には、コ
アからクラッド中に放射した第２高調波は通常、クラッ
ド外表面において最大で数千回程度全反射を繰り返すの
で、第２高調波がコアに入射する回数も多くなり、該第
２高調波がコアに吸収されやすくなる。

それに対してクラッド部の厚さを２５０μｍ以上とすれ
ば（つまりクラツド径を大略５００μｍ以上と極めて太
くすれば）第２高調波のクラッド外表面における全反射
の回数は従来のファイバー型光波長変換素子と比べると
最大でも半分以下から数分の１程度となり、第２高調波
のコアにおける吸収を効果的に防止できる。

なお上述のような原因で生じる第２高調波のコアでの吸
収をより確実に防止するためには、第２高調波のコアへ
の再入射が１回も生じないようにすればよい。このこと
は、クラッド部の厚さを上述のように（Ｉ、拳ｔａｎθ
）／２の値以上することによって実現される。

またクラッド部の厚さを上記のように設定すると、第２
高調波のコアでの吸収が低減するということに加えて、
第２高調波の位相乱れも低減し、この点も波長変換効率
の向上に寄与する。以下、このことを詳しく説明する。

先に述べた第２高調波の位相の乱れは、 ■：第６図（１）に示すように、クラッド５２の外表面
５２ａ間で全反射を繰り返して素子端面側に進行する第
２高調波５５′が、クラッド５２とコア５１の屈折率（
第２高調波に対するもの）の差により図中破線で示すよ
うにフレネル反射を生じ、そのため、コア５１を通過し
た第２高調波５５゛　とフレネル反射した第２高調波５
５°　との間で位相がずれてしまう、■二またクラッド
５２の第２高調波に対する屈折率がコア５１のそれより
も大きい場合には、第６図（２Ｊに破線で示すように、
コア５１とクラッド５２との界面で全反射が生じて位相
が乱れる、 ■：さらにコア５°■がクラッド５２に対して偏心して
いると、第６図（３）に実線と破線で示すように第２高
調波５５′がコア５１を（最する場合としない場合とが
生じ、このコア５１を適地した第２高調波５５′と通過
しなかった第２高調波５５°　との間で位相がずれる、 ことが原因となって生じると考えられる。

そこで、クラッド部の厚さを前述したように２５０μｍ
以上、さらには（Ｌ・ｔａｎθ）／２の値以上として、
第２高調波のクラッド外表面での全反射およびコアへの
再入射の回数を減らすか、あるいはコアへの再入射が全
（生じないようにすれば、上記■、■および■で説明し
た現象の発生を抑えて、第２高調波の位相乱れを効果的
に防止できるようになる。

さらに、クラッド部の厚さをＬ−ｔａｎθの値以上と、
より一層厚く形成すれば、第２高調波がコアに再入射す
ることが無いばかりか、位相整合がとれる第２高調波が
クラッド外表面で全反射することも無くなる。こうなっ
ていれば、クラッド外表面で全反射した後クラッド端面
から出射する第２高調波と、全反射しないで直接的にク
ラッド端面から出射する第２高調波との間で位相のずれ
が生じることも無くなり、この位相のずれに起因して波
長変換効率が低下すること、および第２高調波の集光が
困難になるという不具合の発生を防止できる。

（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実施例〉 第１図および第２図は本発明の第１実施例による光波長
変換素子１０を示すものである。この光波長変換素子１
０は、クラッド１２の中心の中空部分内に、有機非線形
光学材料からなるコア１１が充てんされた光ファイバー
である。本例において上記の有機非線形光学材料として
は、下記の構造式で示される４−ジメチルアミノベンズ
アルデヒド４′−二トロフェニルヒドラゾンが用いられ
ている。

本例の光波長変換素子１０は、波長８４０ｎｍの基本波
を波長４２０ｎｍの第２高調波に変換するためのもので
ある。そして上記４−ジメチルアミノベンズアルデヒド
　４′−二トロフェニルヒドラゾンの光吸収率が最大と
なる波長λｍａｘは４２８ｎｍであり、この値は上記第
２高調波の波長と極めて近いものとなっている。

ここで、この光波長変換素子ＩＯの製造方法を簡単に説
明する。まずクラッド１２となる中空のガラスファイバ
ー１２’が用意される。このガラスファイバー１２°は
一例として、外径が１００μｍ程度で、中空部の径が１
〜１０μｍ程度のものである。

そして第３図に示すように、炉内等において４−ジメチ
ルアミノベンズアルデヒド　４′−二トロフェニルヒド
ラゾンを融液状態に保ち、この融液内にガラスファイバ
ー１２’　の一端部を浸入させる。

すると毛細管現象により、融液状態の４−ジメチルアミ
ノベンズアルデヒド　４′−二トロフェニルヒドラゾン
がガラスファイバー１２°の中空部内に進入する。なお
該融液の温度は、４−ジメチルアミノベンズアルデヒド
　４′−二トロフェニルヒドラゾンの分解を防止するた
め、その融点（１８２℃）よりも僅かに高い温度とする
。その後ガラスファイバー１２’を急冷させると、中空
部に進入していた４−ジメチルアミノベンズアルデヒド
４′−二トロフェニルヒドラゾンが多結晶化する。

なお、さらに好ましくはこの光ファイバー１２′を、４
−ジメチルアミノベンズアルデヒド　４′−二トロフェ
ニルヒドラゾンの融点より高い温度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４−ジメチルアミノベンズアル
デヒド　４′−二トロフェニルヒドラゾンを炉外への引
出し部分から単結晶化させる。それにより、極めて長い
単結晶状態で結晶方位も一定に揃ったコア１１が形成さ
れ、光波長変換素子■０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（なる。

以上述べたようにしてコア１１が充てんされた後、ガラ
スファイバー１２°の両端が適宜切断されて、光波長変
換素子１０が形成される。この光波長変換素子ｌＯは、
第２図図示のようにして使用される。

すなわち基本波１５は、素子１０の入射端面１０ａから
コア１１内に入射される。基本波発生手段としては例え
ば半導体レーザー１Ｇが用いられ、対物レンズ１７で集
光した波長８４０ｎｍのレーザー光（基本波）１５をコ
ア部の素子端面１０ａに照射することにより、該レーザ
ー光１５を光波長変換素子１０内に入射させる。この基
本波１５は、コア１１を構成する４−ジメチルアミノベ
ンズアルデヒド　４′−二トロフェニルヒドラゾンによ
り、波長が１／２　（−４２０ｎｍ）の第２高調波１５
°に変換される。この第２高調波１５°はクラッド１２
の外表面の間で全反射を繰り返して素子１０内を進行し
、基本波１５のコア部での導波モードと、第２高調波１
５′のクラッド部への放射モードとの間で位相整合がな
される（いわゆるチェレンコフ放射）。

光波長変換素子ｌＯの出射端面１０ｂからは、上記第２
高調波１５゛、と基本波１５とが混合したビーム１５″
が出射する。この出射ビーム１５”は、例えば基本波１
５はほとんど吸収する一方、第２高調波１５°は良好に
透過させるフィルター（図示せず）に通され、第２高調
波１５′のみが取り出されて利用される。

前述した通り、コア１１を構成する４−ジメチルアミノ
ベンズアルデヒド　４′−二トロフェニルヒドラゾンの
光吸収率が最大となる波長λｆｆ１ａＸは、第２高調波
１５°の波長と極めて近くなっているので共鳴効果が生
じ、高効率で波長変換がなされる。

そして、第２高調波１５°はクラッド１２内を導波して
行くので、クラツド径に対して１／１０〜１／１００と
極めて細いコア１１内にこの第２高調波１５′が再度入
射する確率は低（、また吸収量も少な（したがって第２
高調波１５′がコア■１に多く吸収されてしまうことが
無い。この吸収が防止されれば、大光量の第２高調波１
５′が素子外に取り出されうる。

なお上記共鳴効果を確認するため、光波長変換素子１０
に、ＹＡＧレーザーで発生させた波長１１０６４ｎの基
本波を入射させた。この場合、第２高調波の波長は５３
２ｎｍであり、上記実施例の第２高調波の波長＝４２０
ｎｍと比べると、４−ジメチルアミノベンズアルデヒド
　４′−二トロフェニルヒドラゾンの光吸収率が最大と
なる波長λｍａｘ＝４２８ｎｍとの差はより大きい。勿
論、基本波の波長−１０６４ｎｍは、それよりもさらに
λｍａＸから離れている。つまりこの場合は、基本波お
よび第２高調波の吸収防止を図る従来装置と同様に、両
波の波長が上記波長λｍａｘから離れている。

この場合の波長変換効率は、前記実施例における効率と
比べると約１／１０であった。換言すれば、前記実施例
の光波長変換素子１０にあっては、共鳴効果を利用しな
い従来の光波長変換素子と比べて約１０倍の波長変換効
率が得られると言える。

なお、以上述べた波長λｍａｘが第２高調波１５′の波
長−４２０ｎｍに近い有機非線形光学材料としては、前
記４−ジメチルアミノベンズアルデヒド　４′−二トロ
フェニルヒドラゾンの他例えば、下記の構造式 で示されるλｍａｘ＝３９８ｎｍの４−クロロベンズア
ルデヒド　４′−二トロフェニルヒドラゾンや、下記の
構造式 で示されるλｍａｘ　−４７３ｎｍの１−メチル−４−
［２−（４−ジメチルアミノフェニル）エテニルコピリ
ジニウム　メチルスルフアート等が挙げられ、これらの
材料によってコア１１を形成してもよい。

また以上、ファイバー型素子として形成された実施例に
ついて説明したが、本発明の光波長変換素子は、前述し
た光導波路型素子（この場合もチェレンコフ放射とする
）として形成することもできる。

〈第２実施例〉 第４図は２次元光導波路型素子として形成された、本発
明の第２実施例の光波長変換素子２０を示している。こ
の光波長変換素子２０は、相対向するように配された１
対のガラス基板２１．２２の間に、有機非線形光学材料
からなるスラブ状の２次元光導波路２３が形成されてな
る。ガラス基板２１．２２は、この有機非線形光学材料
よりも低屈折率とされている。そして素子２０の一端側
において、図中上側の基板２１と接する先導波路２３の
表面には、基本波入射用の集光性回折格子（Ｆ　ｏｃｕ
ｓｉｎｇ　Ｇ　ｒａｔｉｎｇＣｏｕｐｌｅｒ）　２４が
設けられ、一方素子２０の他端側において上記基板２１
の表面には、第２高調波出射用の線状回折格子（Ｌｉｎ
ｅａｒ　Ｇｒａｔｉｎｇ　　Ｃｏｕｐｌｅｒ）２５が設
けられている。

例えば半導体レーザー１６から出射された基本波として
のレーザー光１５は上記集光性回折格子２４の部分に照
射され、該回折格子２４で回折して光導波路２３内に入
射する。この基本波１５は、光導波路２３を構成する有
機非線形光学材料により、波長が１７２の第２高調波１
５′　に変換される。この第２高調波１５°は基板２１
．２２の外表面の間で全反射を繰り返して素子２０内を
進行し、基本波１５の光導波路２３での導波モードと、
第２高調波１５°の基板部への放射モードとの間で位相
整合がなされる。この第２高調波１５′　は回折格子２
５において回折して、基板外に出射する。

この場合も、先導波路２３を構成する有機非線形光学材
料として、光吸収率が最大となる光波長λｍａｘが、基
本波１５と第２高調波１５°の少なくとも一方の波長に
近い領域にある材料を用い、また基板２１．２２の厚さ
を十分にとって第２高調波１５°が光導波路２３部を通
過する回数を少なくすれば、前述の共鳴効果を利用して
高い波長変換効率を得ることができる。

〈第３実施例〉 第５図は３次元光導波路型素子として形成された、本発
明の第３実施例の光波長変換素子３０を示している。こ
の光波長変換素子３０は、ガラス基板３１の一表面側に
３次元光導波路３２が埋め込まれてなる。この場合も、
光導波路３２を構成する有機非線形光学材料として、光
吸収率が最大となる光波長λｍａｘが、基本波１５と第
２高調波１５°の少なくとも一方の波長に近い領域にあ
る材料が用いられる。

この埋め込み３次元光導波路型光波長変換素子３０にお
いて、先導波路３２を構成する有機非線形光学材料によ
って発生された第２高調波１５°は光導波路３２に再入
射する確率が非常に低いので、非線形光学材料による第
２高調波１５′の吸収は無く、したがってこの場合も前
述の共鳴効果を利用して高い波長変換効率を得ることが
できる。

〈第４実施例〉 次に本発明の第４実施例について説明する。第７図は、
本発明の第４実施例の光波長変換素子４０を示している
。この光波長変換素子４０は前述した第１実施例の光波
長変換素子１０と同様にファイバー型素子として形成さ
れたものであり、コア４１は本願出願人による特願昭６
１−５３８８４号明細書に示される３、５−ジメチル−
１−（４−ニトロフェニル）ピラゾール（以下、ＰＲＡ
と称する）によって形成され、一方クラッド４２は５Ｆ
Ｓ３ガラスから形成されている。この光波長変換素子４
０の作成方法および基本波１５の入射のさせ方も、第１
実施例で説明したものと同様である。

また、コア４１の材料であるＰＲＡの光透過率は第１０
図図示のように、波長３８０ｎｍよりもやや低波長の光
に対して最低（換言すればこの波長域の光に対し、て光
吸収率が最大）となっている。本実施例では、基本波１
５として波長７８０ｎｍの光を入射させて、波長３９０
ｎｍの第２高調波１５゜を取り出す。つまりこの例にお
いても、コア４１を構成するＰＲＡの光吸収率が最大と
なる波長λｌ１ａＸは、第２高調波１５゛　の波長と極
めて近くなっているので前述の共鳴効果が生じ、高効率
での波長変換が実施される。

そしてクラツド径は３ｍｍ、コア径ｄは２μｍ（つまり
コア４１の外側のクラッド厚さは１４９９μｍで、２５
０μｍよりもはるかに大きい）、素子の長さしは１０ｍ
ｍである。この場合、クラッド４２に放射する第２高調
波１５°の位相整合角度θは約１５°である。これらの
値に基づいて、第７図に示すように素子４０内で最も長
い光路をとる位相整合可能な第２高調波１５′　（つま
り素子４０の入射端面４０ａに最も近接しコア４１の再
外周部で生じた第２高調波１５°）について考えてみる
と、この第２高調波１５゛がクラッド４２の外表面に到
達するまでに素子長さ方向に進行する距離Ｘは、ｘ−（
Ｄ−ｄ）　／　（２ｔ　ａ　ｎθ）＝　（３０００−２
）／　（２ｔ　ａｎ１５°）−５５９３μｍ となる。この第２高調波１５′がクラッド４２の外表面
で全反射して再度コア４１に入射しうるためには、光波
長変換素子４０の長さは ２ｘ−１１１８６μｍ＝１１．１９ｍｍ必要であるが、
本実施例の光波長変換素子４０の長さしはｌＯｍ　ｍと
されているので、上記の第２高調波１５°は実際にはコ
ア４１に再入射することがない。

素子内の光路長が最も長くなる第２高調波１５°につい
て上述の通りであるから、位相整合角度θでクラッド４
２中に放射した第や高調波１５′はすべて、コア４１に
再入射することがない。そうであれば、先に説明したよ
うに第２高調波がコアに再入射することによって生じる
位相乱れ、およびコアによる第２高調波の吸収が発生し
ない。

第２高調波１５’　のコアへの吸収および位相乱れが生
じなければ、光波長変換素子４０から高強度の第２高調
波１５’　を取り出せるようになり、波長変換効率が向
上する。

第１１図に、上記構成の光波長変換素子４０に波長７８
０．８００．８３０．８７０ｎｍの光をそれぞれ基本波
として入射させ、波長３９，０．４００．４１５．４３
５ｎｍの光を第２高調波として取り出した際の波長変換
効率を示す。この図に示される通り、第２高調波の波長
が、ＰＲＡの光吸収率が最大となる波長から離れるにつ
れて波長変換効率が低下し、前述の共鳴効果が薄れて行
くのが分かる。

なお、クラツド径りを従来と同様に１５０μｍとし、そ
の他の仕様は上記実施例におけるものと同一とした比較
例の光波長変換素子を作成し、波長７８０μｍの基本波
を第２高調波に変換する際のこの光波長変換素子の波長
変換効率を調べたところ、入力１００ｍＷ換算で約３％
であった。この比較例の光波長変換素子においては、第
８図に示すように最長光路をとる第２高調波１５′は最
初にクラッド４２の外表面に到達するまでに素子長さ方
向に２７６μｍ　（＝７４／　ｔ　ａ　ｎ１５°）進行
し、また、クラッド外表面での全反射１回当り素子長さ
方向に５６０μｍ　（＝１５０／　ｔ　ａ　ｎ１５’　
）進行するから、素子長さ１０ｍｍ　（＝１００００μ
ｍ）の場合、 １００００−５６０ｘ１７＋２７６＋２０４であり、コ
ア４１Ｅ　１７回再入射している。

なお、第７図を参照した前述の説明から明らかなように
、−船釣にクラツド径をＤ１コア径をｄ１素子長さをＬ
１位相整合角度をθとしたとき、クラッドの厚さＴ−（
Ｄ−ｄ）／２が Ｔ〉（ＬＬ１ｔａｎθ）／２ となるようにすれば、位相整合がとれるすべての第２高
調波はコアに再入射しないことになり、大変好ましい。

く第５実施例〉 なおさらに好ましくは、クラッドの厚さＴを、Ｔ＞ＬＬ
Ｉｔａｎθ となるように十分太くする。第９図には、そのように構
成した本発明の第５実施例による光波長変換素子５０を
示す。このようにすれば、第９図に示される通り、位相
整合がとれる全ての第２高調波１５’　はコア４１に再
入射しないばかりか、クラッド４２の外表面において１
回も全反射しないことになる。そこでこの場合は、クラ
ッド４２の外表面で全反射した後素子端面４０ｂから出
射する第２高調波１５′　と、全反射しないで直接的に
素子端面４０ｂから出射する第２高調波１５°との間で
位相のずれが生じることも無くなる。したがって、この
位相のずれに起因して第２高調波の干渉が生じて波長変
換効率が低下すること、および第２高調波の集光が困難
になるということが無くなり、極めて光強度でかつ小さ
なスポットに絞られた第２高調波を得ることが可能とな
る。

しかし、必ずしも上記のようにしなくても、クラッドの
厚さＴ−（Ｄ−ｄ）／２を２５０μｍ以上に設定すれば
、第２高調波がコアに再入射する回数は従来のファイバ
ー型光波長変換素子に比べて極めて少なくなるので、第
２高調波の位相乱れが効果的に防止されうる。

またコアにおける第２高調波の吸収が少なければ、ある
いは全く無ければ、コアに吸収されやすいより短波の第
２高調波を高強度の状態で取り出すことも可能となる。

以上、ファイバー型光波長変換素子において、第２高調
波１５′のコアへの再入射回数を少なくし、あるいはこ
の再入射を全く無くし、さらには第２高調波１５°のク
ラッド外表面での全反射も全く無くすようにした実施例
について説明したが、クラッド部の厚さ識定によって上
述の作用を得る手法は、第４図さらには第５図に示した
ような光導波路型の光波長変換素子においても採用可能
であり、それにより、共鳴効果と相まって高い波長変換
効率を実現できるようになる。すなわち第４図に示した
タイプの光波長変換素子にあっては第１２図に示すよう
に、基板２Ｌ　２２の厚さＴについて、また第５図に示
したタイプの光波長変換素子にあっては第１３図に示す
ように、基板３１の厚さＴについて２５０μｍ以上とす
れば、第２高調波１５゛が光導波路２３あるいは３２に
再入射する極めて少なくすることができ、Ｔ〉（Ｌ−ｔ
ａｎθ）／２とすれば上記再入射を全く無くすることが
でき、ざらにＴ〉Ｌ−ｔａｎθとすれば上記再入射を全
く無くし、その上第２高調波１５’が基板２１．２２あ
るいは３１の外表面で全反射することも皆無とすること
ができる。なお第４図に示したタイプの光波長変換素子
において上述のことが言えるのは、素子が全長に亘って
光波長変換に有効に利用される場合、すなわち、基本波
を素子端面から入射させて、第２高調波も素子端面から
取り出す場合である。

以上基本波の第２高調波への変換の場合を例にとって本
発明を説明したが、和差周波の場合はその２つの基本波
と、和差周波のうちの少なくとも１つの波長の付近に吸
収のある材料を用いることにより同様に高い波長変換効
率が達成され、また基本波の第３高調波への変換の場合
も、その基本波と第３高調波のうちの少なくとも１つの
波長の付近に吸収のある材料を用いることにより同様に
高い波長変換効率が達成される。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り本発明によれば、共鳴効果を利
用して極めて高い波長変換効率を得た上で、波長変換波
が非線形光学材料に吸収されることを少なくしあるいは
全く無くし、その上波長変換波の位相乱れを効果的に防
止し、大光量の波長変換波を光波長変換素子外に取り出
すことが可能となる。したがって本発明の光波長変換素
子によれば、光利用効率を従来に比べて著しく向上させ
て、高強度の波長変換波を発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ、本発明の第１実施例に
よる光波長変換素子を示す斜視図と概略側面図、 第３図は上記光波長変換素子の製造方法を説明する概略
図、 第４図および第５図はそれぞれ、本発明の第２実施例、
第３実施例による光波長変換素子を示す斜視図、 第６図（１）、（′２Ｊおよび（３）は、従来のファイ
バー型光波長変換素子における第２高調波の位相乱れの
原因を説明する説明図、 第７図は、本発明の第４実施例による光波長変換素子を
示す概略側面図、 第８図は従来のファイバー型光波長変換素子における第
２高調波の光路を説明する説明図、第９図は、本発明の
第５実施例による光波長変換素子を示す概略側面図、 第１Ｏ図は、本発明において用いられるＰＲＡの光透過
率特性を示すグラフ、 第ｉｔ図は、本発明による光波長変換素子の波長変換効
率を示すグラフ、 第１２図と第１３図はそれぞれ、第４図と第５図に示さ
れる光波長変換素子におけるクラッド部の厚さと、素子
長さと、位相整合角度を説明する説明図である。 １０．２０．３０．４０．５０・・・光波長変換素子１
１、４１・・・コ　　ア　　１１’　・・・有機非線形
光学材料１２．４２・・・クラッド　　１５・・・基本
波１５°・・・第２高調波　　２１．２２．３１・・・
基板２３・・・２次元光導波路　３２・・・３次元光導
波路第７図 第９ｖＡ 第１０図 丸シ良長（ｎｍ＋ 第１１図 蟇　本シ皮〉次長（ｎｍ）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）非線形光学材料から形成された導波部がそれより
   も低屈折率のクラッド部内に配されてなり、前記導波部
   を導波した基本波を波長変換し、この波長変換波を前記
   クラッド部中に出射させる光波長変換素子において、 前記非線形光学材料として、光吸収率が最大となる光波
   長が、前記基本波と波長変換波のうちの少なくとも１つ
   の波長に近い領域にある有機非線形光学材料が用いられ
   ていることを特徴とする光波長変換素子。
2. （２）前記導波部がコアとされ、前記クラッド部がこの
   コアを被覆するクラッドとされて、ファイバー型素子に
   形成されたことを特徴とする請求項１記載の光波長変換
   素子。
3. （３）前記クラッド部が相対向するように配された１対
   の基板とされ、これらの基板の間に前記導波部としての
   ２次元光導波路が配されて、２次元光導波路型素子に形
   成されたことを特徴とする請求項１記載の光波長変換素
   子。
4. （４）前記クラッド部としての基板中に、前記導波部と
   しての３次元光導波路が埋め込まれて、埋め込み３次元
   光導波路型素子に形成されたことを特徴とする請求項１
   記載の光波長変換素子。
5. （５）前記クラッド部の外表面から導波部に至るまでの
   厚さが２５０μｍ以上とされていることを特徴とする請
   求項１、２、３または４記載の光波長変換素子。
6. （６）波長変換波の位相整合角度をθ、素子の長さをＬ
   としたとき、前記クラッド部の厚さが（Ｌ・ｔａｎθ）
   ／２の値以上とされていることを特徴とする請求項１、
   ２、３または４記載の光波長変換素子。
7. （７）波長変換波の位相整合角度をθ、素子の長さをＬ
   としたとき、前記クラッド部の厚さがＬ・ｔａｎθの値
   以上とされていることを特徴とする請求項１、２、３ま
   たは４記載の光波長変換素子。