LB膜を用いた膜厚制御による位相整合有機非線形導波路波長変換

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06452135
• 研究機関: 慶応義塾大学
• 研究代表者: 梅垣 真祐 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (70011161)
• 研究分担者: 佐々木 敬介 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (00051425)
• キーワード: 非線形光学 / 有機結晶 / LB膜 / 位相整合 / 第2高調波発生 / 波長変換素子

研究概要

平成6年度に引き続き、(1)既存無機非線形光学結晶上へのLB膜堆積、(2)既存有機非線形光学材料の大面積薄膜単結晶化を行い、以下の結果を得た。
負の1軸結晶LN (LiNbO_3)基板上に正の1軸結晶LT (LiTaO_3)をエピ成長させた3層構造導波路に、水面上で非常に安定なL膜を形成するDONPU (N-docosyl-N′- (4-nitrophenyl) urea)をZ膜として積層させた。これによって、光第2高調波発生(SHG)のための実効的な位相整合許容幅を45nm(通常、1nm以下)に広げることが可能であるとを確認し、LB膜の積層数によって位相整合基本波波長が制御できることを実証することができた。ただし、LT結晶は表面が親水性であるため、疏水性の基本上にのみ堆積可能なDONPUを積層するにはステアリン酸を中間層として挿入する必要があることも判明した。
一方有機結晶に関しては、透明性の高いMBANP ((-2) 2- (α-methylbenzylamino) -5-nitropyridine)結晶を対象として、単純にDONPU-LB膜を積層する構造を検討した結果、MBANP薄膜結晶の厚さが353〜368nmの範囲において位相整合SHGが得られることがわかった。しかしながら積層毎に得られる位相整合膜厚許容幅がまだ狭く、この範囲を連続的に結ぶことが不可能であった。そこで、さらにバッファー層を設ける構造を検討した結果、MBANP薄膜結晶の厚さが205〜278nmの範囲において連続的に位相整合SHGを達成できることが明らかになった。
また、有機2-methyl-4-nitroanilineを対象として、ブリッジマン法による融液からの結晶育成を行い、数十mm角の大面積薄膜単結晶およびリッジ型単結晶を得ることができた。

研究成果

• [文献書誌] T. Tomono: "Phase-Matching Properties of a P1 Symmetry Crystal, (-) -1- (4-Dimethylaminophenyl) -2- (2-Hydroxypropylamino) Cyclobutene-3,4-Dione" Mol. Cryst. Lip. Cryst.267. 107-116 (1995)
• [文献書誌] S. -T. Ko 他2名: "Crystal Growth of Large-Area Thin Films of 2-Methyl-4-Nitroaniline for Quasi-Phase-Matched Second-Harmonic Generation" Nonlinear Opt.15. 197-204 (1996)
• [文献書誌] 梅垣真祐: "有機材料を用いた波長変換デバイス" O plus E. No. 186. 83-90 (1995)
• [文献書誌] H. Yamamoto 他5名: "A Four Layer Optical Waveguide Device Using Isopropyl-4-Acetylphenylurea (IAPU)" Nonlinear Opt.14. 263-272 (1995)
• [文献書誌] S. Yamakawa 他5名: "Frequency Doubling Waveguide on a Novel Organic Nonlinear Optical Structure" Nonlinear Opt.14. 273-281 (1995)
• [文献書誌] S. Horinouchi 他4名: "Second-Harmonic Generation (SHG) in a Corona-Poled Glass Film Waveguides" Nonlinear Opt.14. 301-312 (1995)