色素添加ガラス導波路による光第2高調波発生素子の研究

• 研究課題/領域番号: 05650040
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用光学・量子光工学
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 岡本 尚道 静岡大学, 工学部, 教授 (40022173)
• 研究分担者: 杉原 興浩 静岡大学, 工学部, 助教授 (30222053)
• 研究期間 (年度): 1993
• 研究課題ステータス: 完了 (1993年度)
• 配分額: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円); 1993年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
• キーワード: SHG / 有機非線形材料 / ゾルゲル法 / 電界配向膜 / 複合非線形薄膜 / 導波形SHG素子 / チエレンコフ放射 / チャネル導波路

研究概要

最近、パイ共役系の骨格とドナー基とアクセプタ基を有する有機材料が、光波に対して従来の無機材料に比べて極めて大きな非線形感受率を有し、かつその応答速度の早いことが注目され、第2高調波発生(SHG)素子や広帯域光変調素子への応用が期待されている。しかし、有機非線形材料には光デバイスとして必要な大きさの結晶が得難いとか、機械的強度や物理的、化学的安定性に欠ける欠点がある。その欠点を克服するために、有機非線形材料を高分子中に分散添加するか、側鎖に結合させて電界配向する方法があるが、配向緩和による作製後の非線形性の劣化、又は非線形性の小さいことが問題であった。
本研究では、まずガラスの低温合成法であるゾルゲル法を用いて、シリカ膜中に有機非線形色素のディスパースレッド1(DR1)を分散添加した有機無機複合非線形薄膜を作製した。メーカーフリンジ法による非線形光学定数テンソルの3独立成分の測定法を考案し、非線形薄膜を測定した結果、最大の成分がd_<33>=190pm/Vという極めて大きな非線形性と、その劣化が全く観測されない安定性を示した。非線形性が増大した要因は、色素をゾルゲル開始溶液に溶かす際の温度を上げて40wt%まで添加することを可能にしたことである。
次に、この非線形薄膜を用いて導波形のSHG素子を研究した。スラブ型およびチャネル型導波路の各々について、チェレンコフ放射型位相整合条件と単一モード条件を満たすように設計・試作した結果、Nd:YLFレーザ光のSHGの観測にいずれも成功した。チャネル導波路は、非線形膜の上部をリッジ形に加工した構造である。SHG変換効率の理論値は、スラブ型が0.0032%に対して、チャネル型が0.2%と2桁増加した。なお、DR1より青色光における吸収が小さくβ値が大きい、シリカ膜に添加可能な新材料を見出している。