JPH07120798A - 光波長変換素子の作成方法 - Google Patents
光波長変換素子の作成方法Info
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- JPH07120798A JPH07120798A JP5266197A JP26619793A JPH07120798A JP H07120798 A JPH07120798 A JP H07120798A JP 5266197 A JP5266197 A JP 5266197A JP 26619793 A JP26619793 A JP 26619793A JP H07120798 A JPH07120798 A JP H07120798A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐光損傷性が高く、またドメイン反転部が均
一な光波長変換素子を簡単に作成できる方法を得る。 【構成】 非線形光学効果を有する強誘電体であるＬｉ
ＮｂＯ3 の結晶基板１に周期的に繰り返すドメイン反転
部９を形成した後、この結晶基板１を加圧炉５内に収
め、加圧酸素雰囲気６中で熱処理する。
一な光波長変換素子を簡単に作成できる方法を得る。 【構成】 非線形光学効果を有する強誘電体であるＬｉ
ＮｂＯ3 の結晶基板１に周期的に繰り返すドメイン反転
部９を形成した後、この結晶基板１を加圧炉５内に収
め、加圧酸素雰囲気６中で熱処理する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基本波を第２高調波等
に変換する光波長変換素子、特に詳細には、非線形光学
効果を有する強誘電体結晶に周期ドメイン反転構造が形
成されてなる光波長変換素子を作成する方法に関するも
のである。
に変換する光波長変換素子、特に詳細には、非線形光学
効果を有する強誘電体結晶に周期ドメイン反転構造が形
成されてなる光波長変換素子を作成する方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】非線形光学効果を有する強誘電体の自発
分極（ドメイン）を周期的に反転させた領域を設けた光
波長変換素子を用いて、基本波を第２高調波に波長変換
する方法が既にＢleombergenらによって提案されている
（Ｐhys.Ｒev.,vol.127,Ｎo.６，1918（1962）参照）。
この方法においては、ドメイン反転部の周期Λを、 Λｃ＝２π／｛β（２ω）−２β（ω）｝ ……(1) ただしβ（２ω）は第２高調波の伝搬定数 ２β（ω）は基本波の伝搬定数 で与えられるコヒーレント長Λｃの整数倍になるように
設定することで、基本波と第２高調波との位相整合を取
ることができる。非線形光学材料のバルク結晶を用いて
波長変換する場合は、位相整合する波長が結晶固有の特
定波長に限られるが、上記の方法によれば、任意の波長
に対して(1) 式を満足する周期Λを選択することによ
り、効率良く位相整合を取ることが可能となる。
分極（ドメイン）を周期的に反転させた領域を設けた光
波長変換素子を用いて、基本波を第２高調波に波長変換
する方法が既にＢleombergenらによって提案されている
（Ｐhys.Ｒev.,vol.127,Ｎo.６，1918（1962）参照）。
この方法においては、ドメイン反転部の周期Λを、 Λｃ＝２π／｛β（２ω）−２β（ω）｝ ……(1) ただしβ（２ω）は第２高調波の伝搬定数 ２β（ω）は基本波の伝搬定数 で与えられるコヒーレント長Λｃの整数倍になるように
設定することで、基本波と第２高調波との位相整合を取
ることができる。非線形光学材料のバルク結晶を用いて
波長変換する場合は、位相整合する波長が結晶固有の特
定波長に限られるが、上記の方法によれば、任意の波長
に対して(1) 式を満足する周期Λを選択することによ
り、効率良く位相整合を取ることが可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のような強誘電体
からなる光波長変換素子においては、発生した第２高調
波等の波長変換波により強誘電体結晶に光損傷が生じる
という問題が認められている。例えば強誘電体結晶とし
て酸化物強誘電体であるＬｉＮｂＯ3 （ＬＮ）の結晶を
用い、そこに周期ドメイン反転構造を設けてなる光波長
変換素子にあっては、２ｍＷ出力の第２高調波（波長：
477 ｎｍ）によって光損傷が生じることもある。このよ
うに低出力の波長変換波によって光損傷を生じてしまう
光波長変換素子は、実用的価値がさほど高いとは言えな
い。
からなる光波長変換素子においては、発生した第２高調
波等の波長変換波により強誘電体結晶に光損傷が生じる
という問題が認められている。例えば強誘電体結晶とし
て酸化物強誘電体であるＬｉＮｂＯ3 （ＬＮ）の結晶を
用い、そこに周期ドメイン反転構造を設けてなる光波長
変換素子にあっては、２ｍＷ出力の第２高調波（波長：
477 ｎｍ）によって光損傷が生じることもある。このよ
うに低出力の波長変換波によって光損傷を生じてしまう
光波長変換素子は、実用的価値がさほど高いとは言えな
い。
【０００４】そこで従来より、耐光損傷性を向上させる
ために、上記のＬＮやＬｉＴａＯ3（ＬＴ）の結晶に、
結晶生成段階からＭｇＯ、Ｚｎ等をドープさせることが
行なわれている。
ために、上記のＬＮやＬｉＴａＯ3（ＬＴ）の結晶に、
結晶生成段階からＭｇＯ、Ｚｎ等をドープさせることが
行なわれている。
【０００５】しかしこのようにＭｇＯ、Ｚｎ等をドープ
させた結晶は、反転ドメイン形成条件が、ドープさせな
い結晶のそれと著しく異なるため、ドメイン反転部を均
一に形成することが難しいという問題があった。このよ
うに光損傷に強くても、ドメイン反転部が均一に形成さ
れていない光波長変換素子は、高い波長変換効率を得る
ことができないので、やはり実用的価値がさほど高いと
は言えない。
させた結晶は、反転ドメイン形成条件が、ドープさせな
い結晶のそれと著しく異なるため、ドメイン反転部を均
一に形成することが難しいという問題があった。このよ
うに光損傷に強くても、ドメイン反転部が均一に形成さ
れていない光波長変換素子は、高い波長変換効率を得る
ことができないので、やはり実用的価値がさほど高いと
は言えない。
【０００６】また、同様に耐光損傷性を向上させるため
に、強誘電体結晶を加温したりそこに電場を印加する方
法（特願平5-56613 号明細書参照）や、強誘電体結晶表
面に導電性膜やプロトン交換層等の低抵抗層を形成する
構成（特願平5-29207 号明細書参照）も提案されてい
る。このような手法は耐光損傷性を向上させる上で確か
に効果的であるが、その半面、光波長変換デバイスの構
成が複雑化したり、光波長変換素子の作成方法が煩雑化
するという問題も認められる。
に、強誘電体結晶を加温したりそこに電場を印加する方
法（特願平5-56613 号明細書参照）や、強誘電体結晶表
面に導電性膜やプロトン交換層等の低抵抗層を形成する
構成（特願平5-29207 号明細書参照）も提案されてい
る。このような手法は耐光損傷性を向上させる上で確か
に効果的であるが、その半面、光波長変換デバイスの構
成が複雑化したり、光波長変換素子の作成方法が煩雑化
するという問題も認められる。
【０００７】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、耐光損傷性が高く、またドメイン反転部が均一
な光波長変換素子を簡単に作成できる方法を提供するこ
とを目的とするものである。
であり、耐光損傷性が高く、またドメイン反転部が均一
な光波長変換素子を簡単に作成できる方法を提供するこ
とを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による光波長変換
素子の作成方法は、非線形光学効果を有するＬＮ、ＬＴ
等の酸化物強誘電体結晶に周期的に繰り返すドメイン反
転部が形成されてなり、これらのドメイン反転部の並び
方向に入射した基本波を波長変換する光波長変換素子を
作成する際、上記酸化物強誘電体結晶にドメイン反転部
を形成した後、該結晶を加圧酸素雰囲気中で熱処理する
ことを特徴とするものである。
素子の作成方法は、非線形光学効果を有するＬＮ、ＬＴ
等の酸化物強誘電体結晶に周期的に繰り返すドメイン反
転部が形成されてなり、これらのドメイン反転部の並び
方向に入射した基本波を波長変換する光波長変換素子を
作成する際、上記酸化物強誘電体結晶にドメイン反転部
を形成した後、該結晶を加圧酸素雰囲気中で熱処理する
ことを特徴とするものである。
【０００９】
【作用および発明の効果】酸化物強誘電体結晶に対し
て、上述のような加圧酸素雰囲気中での熱処理を施す
と、その耐光損傷性が著しく向上する。これは、酸化物
強誘電体結晶中の酸素欠陥が少なくなって、結晶性が向
上するためであると考えられる。
て、上述のような加圧酸素雰囲気中での熱処理を施す
と、その耐光損傷性が著しく向上する。これは、酸化物
強誘電体結晶中の酸素欠陥が少なくなって、結晶性が向
上するためであると考えられる。
【００１０】また、本発明による光波長変換素子の作成
方法は、耐光損傷性向上のための熱処理を施す前に酸化
物強誘電体結晶にドメイン反転部を形成するものである
から、ドメイン反転部の形成に、耐光損傷性向上のため
の処理が影響することがない。よって本発明方法によれ
ば、反転ドメイン形成条件は従来から知られている最適
条件に設定して、均一なドメイン反転部を形成すること
ができ、それと耐光損傷性向上とを両立させることがで
きる。
方法は、耐光損傷性向上のための熱処理を施す前に酸化
物強誘電体結晶にドメイン反転部を形成するものである
から、ドメイン反転部の形成に、耐光損傷性向上のため
の処理が影響することがない。よって本発明方法によれ
ば、反転ドメイン形成条件は従来から知られている最適
条件に設定して、均一なドメイン反転部を形成すること
ができ、それと耐光損傷性向上とを両立させることがで
きる。
【００１１】また、上記の熱処理は結晶のアニールを兼
ねることになるので、ドメイン反転部の屈折率段差が減
少し、内部損失を著しく低下させる効果も得られる。
ねることになるので、ドメイン反転部の屈折率段差が減
少し、内部損失を著しく低下させる効果も得られる。
【００１２】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例により光波
長変換素子を作成する工程を示すものである。図中、１
は非線形光学効果を有する酸化物強誘電体であるＬｉＮ
ｂＯ3 （以下、ＬＮと称する）結晶の基板である。この
ＬＮ基板１は単分極化処理がなされて厚さ0.2 ｍｍに形
成され、最も大きい非線形光学材料定数ｄ33が有効に利
用できるように、ｚ面で光学研磨されたｚ板が使用され
ている。そして同図（ａ）に示すように、この基板１の
＋ｚ面にはアース電極として、厚さ30ｎｍのＣｒ薄膜２
が蒸着により形成される。
詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例により光波
長変換素子を作成する工程を示すものである。図中、１
は非線形光学効果を有する酸化物強誘電体であるＬｉＮ
ｂＯ3 （以下、ＬＮと称する）結晶の基板である。この
ＬＮ基板１は単分極化処理がなされて厚さ0.2 ｍｍに形
成され、最も大きい非線形光学材料定数ｄ33が有効に利
用できるように、ｚ面で光学研磨されたｚ板が使用され
ている。そして同図（ａ）に示すように、この基板１の
＋ｚ面にはアース電極として、厚さ30ｎｍのＣｒ薄膜２
が蒸着により形成される。
【００１３】次いで同図（ｂ）に示すように、公知の電
子線照射装置（図示せず）から発せられた電子線３を、
基板１に−ｚ面から局所的に照射する。この際の電子線
加速電圧は一例として20〜30ｋＶ、照射電流は0.1 〜１
ｎＡに設定される。この電子線照射により基板１には、
基板裏まで貫通し、所定周期Λで繰り返すパターンのド
メイン反転部９が形成される。なお図１（ｂ）の矢印10
は、分極の方向を示している。ここで上記周期Λは、Ｌ
Ｎの屈折率の波長分散を考慮して、基板１のｘ方向に沿
って946 ｎｍ近辺で１次の周期となるように4.7 μｍと
した。その後、このＬＮ基板１のｘ面および−ｘ面を研
磨する。
子線照射装置（図示せず）から発せられた電子線３を、
基板１に−ｚ面から局所的に照射する。この際の電子線
加速電圧は一例として20〜30ｋＶ、照射電流は0.1 〜１
ｎＡに設定される。この電子線照射により基板１には、
基板裏まで貫通し、所定周期Λで繰り返すパターンのド
メイン反転部９が形成される。なお図１（ｂ）の矢印10
は、分極の方向を示している。ここで上記周期Λは、Ｌ
Ｎの屈折率の波長分散を考慮して、基板１のｘ方向に沿
って946 ｎｍ近辺で１次の周期となるように4.7 μｍと
した。その後、このＬＮ基板１のｘ面および−ｘ面を研
磨する。
【００１４】次に同図（ｃ）に示すように、Ｃｒ薄膜２
を除去した後、この基板１を加圧炉５内に収め、加圧酸
素雰囲気６中で熱処理する。このときの条件は、一例と
して酸素圧力を９気圧、昇温速度を10℃／分、熱処理は
550 ℃×１時間、降温速度を−10℃／分とする。なお一
般には、酸素圧力を２〜10気圧の範囲内に設定すると、
好ましい結果が得られる。
を除去した後、この基板１を加圧炉５内に収め、加圧酸
素雰囲気６中で熱処理する。このときの条件は、一例と
して酸素圧力を９気圧、昇温速度を10℃／分、熱処理は
550 ℃×１時間、降温速度を−10℃／分とする。なお一
般には、酸素圧力を２〜10気圧の範囲内に設定すると、
好ましい結果が得られる。
【００１５】その後基板１を加圧炉５から取り出し、上
記のように研磨された該基板１のｘ面および−ｘ面をそ
れぞれ光通過面20ａ、20ｂとすることにより、図２に示
すようなバルク結晶型の光波長変換素子20が得られる。
記のように研磨された該基板１のｘ面および−ｘ面をそ
れぞれ光通過面20ａ、20ｂとすることにより、図２に示
すようなバルク結晶型の光波長変換素子20が得られる。
【００１６】この周期ドメイン反転構造を有するバルク
結晶型光波長変換素子20を、図２に示すレーザダイオー
ド励起ＹＡＧレーザの共振器内に配置した。このレーザ
ダイオード励起ＹＡＧレーザは、波長809 ｎｍのポンピ
ング光としてのレーザビーム13を発するレーザダイオー
ド14と、発散光状態のレーザビーム13を収束させる集光
レンズ15と、Ｎｄ（ネオジウム）がドープされたレーザ
媒質であって上記レーザビーム13の収束位置に配された
ＹＡＧ結晶16と、このＹＡＧ結晶16の前方側（図中右
方）に配された共振器ミラー17とからなる。光波長変換
素子20は結晶長が１ｍｍとされ、この共振器ミラー17と
ＹＡＧ結晶16との間に配置されている。
結晶型光波長変換素子20を、図２に示すレーザダイオー
ド励起ＹＡＧレーザの共振器内に配置した。このレーザ
ダイオード励起ＹＡＧレーザは、波長809 ｎｍのポンピ
ング光としてのレーザビーム13を発するレーザダイオー
ド14と、発散光状態のレーザビーム13を収束させる集光
レンズ15と、Ｎｄ（ネオジウム）がドープされたレーザ
媒質であって上記レーザビーム13の収束位置に配された
ＹＡＧ結晶16と、このＹＡＧ結晶16の前方側（図中右
方）に配された共振器ミラー17とからなる。光波長変換
素子20は結晶長が１ｍｍとされ、この共振器ミラー17と
ＹＡＧ結晶16との間に配置されている。
【００１７】ＹＡＧ結晶16は波長809 ｎｍのレーザビー
ム13により励起されて、波長946 ｎｍのレーザビーム18
を発する。この固体レーザビーム18は、所定のコーティ
ングが施されたＹＡＧ結晶端面16ａと共振器ミラー17の
ミラー面17ａとの間で共振し、光波長変換素子20に入射
して波長が１／２すなわち473 ｎｍの第２高調波19に変
換される。基本波としての固体レーザビーム18と第２高
調波19は、周期ドメイン反転領域において位相整合（い
わゆる疑似位相整合）し、ほぼこの第２高調波19のみが
共振器ミラー17から出射する。
ム13により励起されて、波長946 ｎｍのレーザビーム18
を発する。この固体レーザビーム18は、所定のコーティ
ングが施されたＹＡＧ結晶端面16ａと共振器ミラー17の
ミラー面17ａとの間で共振し、光波長変換素子20に入射
して波長が１／２すなわち473 ｎｍの第２高調波19に変
換される。基本波としての固体レーザビーム18と第２高
調波19は、周期ドメイン反転領域において位相整合（い
わゆる疑似位相整合）し、ほぼこの第２高調波19のみが
共振器ミラー17から出射する。
【００１８】本例において、光波長変換素子20の光損傷
しきい値は100 ｍＷであった。それに対して、前述の加
圧酸素雰囲気中での熱処理を行なう前の端面研磨（ｘ面
および−ｘ面の研磨）までがなされたＬＮ基板１を、上
記レーザダイオード励起ＹＡＧレーザの共振器内に配置
して光波長変換素子として使用したときの光損傷しきい
値は10ｍＷであった。つまり上記の熱処理により、耐光
損傷性は10倍に向上している。
しきい値は100 ｍＷであった。それに対して、前述の加
圧酸素雰囲気中での熱処理を行なう前の端面研磨（ｘ面
および−ｘ面の研磨）までがなされたＬＮ基板１を、上
記レーザダイオード励起ＹＡＧレーザの共振器内に配置
して光波長変換素子として使用したときの光損傷しきい
値は10ｍＷであった。つまり上記の熱処理により、耐光
損傷性は10倍に向上している。
【００１９】また、上記熱処理の前になされるドメイン
反転部９の形成においては、この熱処理と何ら関わりな
く反転ドメイン形成条件を最適に設定して、均一なドメ
イン反転部９を形成することができる。さらに、上記の
熱処理はＬＮ基板１のアニールを兼ねることになるの
で、ドメイン反転部９の屈折率段差が減少し、内部損失
を著しく低減する効果も得られる。
反転部９の形成においては、この熱処理と何ら関わりな
く反転ドメイン形成条件を最適に設定して、均一なドメ
イン反転部９を形成することができる。さらに、上記の
熱処理はＬＮ基板１のアニールを兼ねることになるの
で、ドメイン反転部９の屈折率段差が減少し、内部損失
を著しく低減する効果も得られる。
【００２０】なお上記の実施例においては、酸化物強誘
電体結晶を加圧酸素のみからなる雰囲気中で熱処理して
いるが、安全性を考慮して、酸素と例えば窒素等の不活
性ガスとの混合ガスを加圧した雰囲気中で熱処理するよ
うにしても構わない。
電体結晶を加圧酸素のみからなる雰囲気中で熱処理して
いるが、安全性を考慮して、酸素と例えば窒素等の不活
性ガスとの混合ガスを加圧した雰囲気中で熱処理するよ
うにしても構わない。
【００２１】また以上は、酸化物強誘電体結晶としてＬ
Ｎを用いる場合に適用した実施例について説明したが、
本発明はそれ以外の酸化物強誘電体結晶、例えば前述の
ＬＴ等から光波長変換素子を作成する場合にも同様に適
用可能である。
Ｎを用いる場合に適用した実施例について説明したが、
本発明はそれ以外の酸化物強誘電体結晶、例えば前述の
ＬＴ等から光波長変換素子を作成する場合にも同様に適
用可能である。
【図１】本発明の一実施例により光波長変換素子を作成
する様子を示す概略図
する様子を示す概略図
【図２】上記光波長変換素子を備えた固体レーザの側面
図
図
１ ＬｉＮｂＯ3 単分極化基板（ｚ板） ２ Ｃｒ薄膜 ３ 電子線 ５ 加圧炉 ６ 加圧酸素雰囲気 ９ ドメイン反転部 13 レーザビーム（ポンピング光） 14 レーザダイオード 15 集光レンズ 16 ＹＡＧ結晶 17 共振器ミラー 18 レーザビーム（基本波） 19 第２高調波 20 バルク結晶型光波長変換素子
Claims (3)
- 【請求項１】 非線形光学効果を有する酸化物強誘電体
結晶に周期的に繰り返すドメイン反転部が形成されてな
り、これらのドメイン反転部の並び方向に入射した基本
波を波長変換する光波長変換素子の作成方法であって、 前記酸化物強誘電体結晶にドメイン反転部を形成した
後、該結晶を加圧酸素雰囲気中で熱処理することを特徴
とする光波長変換素子の作成方法。 - 【請求項２】 前記加圧酸素雰囲気の酸素圧力を２〜10
気圧の範囲内に設定することを特徴とする請求項１記載
の光波長変換素子の作成方法。 - 【請求項３】 前記酸化物強誘電体結晶が、ＬｉＮｂx
Ｔａ(1-x) Ｏ3 （０≦ｘ≦１）の結晶であることを特徴
とする請求項１または２記載の光波長変換素子の作成方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5266197A JPH07120798A (ja) | 1993-10-25 | 1993-10-25 | 光波長変換素子の作成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5266197A JPH07120798A (ja) | 1993-10-25 | 1993-10-25 | 光波長変換素子の作成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07120798A true JPH07120798A (ja) | 1995-05-12 |
Family
ID=17427615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5266197A Withdrawn JPH07120798A (ja) | 1993-10-25 | 1993-10-25 | 光波長変換素子の作成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07120798A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999063393A2 (en) * | 1998-05-11 | 1999-12-09 | California Institute Of Technology | Method for pressurized annealing of lithium niobate and resulting lithium niobate structures |
| WO2008093545A1 (ja) * | 2007-01-29 | 2008-08-07 | Panasonic Corporation | 固体レーザー装置、表示装置及び波長変換素子 |
| US20180047844A1 (en) * | 2013-09-20 | 2018-02-15 | Monolith Semiconductor Inc. | High voltage mosfet devices and methods of making the devices |
| CN114836837A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-08-02 | 桂林百锐光电技术有限公司 | 一种改变磷酸钛氧钾晶体材料反转畴宽度的方法 |
-
1993
- 1993-10-25 JP JP5266197A patent/JPH07120798A/ja not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6770132B1 (en) | 1998-05-11 | 2004-08-03 | California Institute Of Technology | Method for pressurized annealing of lithium niobate and resulting lithium niobate structures |
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| CN114836837B (zh) * | 2022-05-27 | 2024-06-04 | 桂林百锐光电技术有限公司 | 一种改变磷酸钛氧钾晶体材料反转畴宽度的方法 |
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