NL8901875A - Kalium-lithium niobaat kristallen. - Google Patents
Kalium-lithium niobaat kristallen. Download PDFInfo
- Publication number
- NL8901875A NL8901875A NL8901875A NL8901875A NL8901875A NL 8901875 A NL8901875 A NL 8901875A NL 8901875 A NL8901875 A NL 8901875A NL 8901875 A NL8901875 A NL 8901875A NL 8901875 A NL8901875 A NL 8901875A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- potassium
- lithium niobate
- light wave
- crystals
- melt
- Prior art date
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims description 28
- OBTSLRFPKIKXSZ-UHFFFAOYSA-N lithium potassium Chemical compound [Li].[K] OBTSLRFPKIKXSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 23
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 12
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 11
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N niobium pentoxide Inorganic materials O=[Nb](=O)O[Nb](=O)=O ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 description 3
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910003327 LiNbO3 Inorganic materials 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 235000011181 potassium carbonates Nutrition 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 235000015320 potassium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000001552 radio frequency sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/355—Non-linear optics characterised by the materials used
- G02F1/3551—Crystals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G33/00—Compounds of niobium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/16—Oxides
- C30B29/22—Complex oxides
- C30B29/30—Niobates; Vanadates; Tantalates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B9/00—Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken te EindhovenKalium-lithium niobaat kristallen.
De uitvinding heeft betrekking op kalium-lithium niobaatkristallen en op een werkwijze voor het vervaardigen van dergelijkekristallen.
De uitvinding heeft eveneens betrekking op een inrichtingvoor het verdubbelen van de frequentie van een lichtgolf, waarbij eenfundamentele lichtgolf door een niet-lineair optisch medium wordt geleidonder vorming van een tweede harmonische golf.
In een artikel van A.W.Smith et.al. in J.Appl.Phys. 42(2), bladzijden 684 tot 686 (1971) wordt kalium-lithium niobaat(K20)q 3^2°)θ 7-x^Nb2°5^x ®ei: een tetragonale kristalstructuur beschreven, waarin x een waarde heeft van 0.515 tot O. 55. Ook wordt een toepassing beschreven, waarbijfrequentieverdubbeling van licht van een NdrYAG laser wordtbewerkstelligd. Naar de mening van Aanvraagster is het kalium-lithiumniobaat niet op grote schaal voor dit doel toegepast, als gevolg van desterke temperatuurafhankelijkheid van de niet-lineair optischeeigenschappen, waardoor een goede aanpassing aan de Nd:YAG laser nietgoed mogelijk is. Voor toepassingen met een (veel zwakkere)halfgeleiderlaser is de lichtopbrengst in het algemeen onvoldoende,omdat de efficiëntie van frequentieverdubbeling kwadratisch evenredigis met de intensiteit van het ingestraalde licht.
In een artikel van B.A.Scott et.al., in Mat.Res.Buil. i(1), bladzijden 47 tot 56 (1970) wordt het fasediagram van het systeemK20 - Li20 - Nb20p; beschreven, waaruit zou kunnen wordenafgeleid dat stoichiometrisch K3Li2Nb5015 niet in kristallijnevorm bestaat. Weliswaar wordt in een artikel van W.A.Bonner et.al., inJ.Crystal Growth 1, bladzijden 318 tot 319 (1967) een werkwijzebeschreven voor het vervaardigen van kalium-lithium niobaat volgens deCzochralski methode, uitgaande van kaliumcarbonaat, lithiumcarbonaat enniobiumpentoxide, waarbij het vervaardigde materiaal nominaalstoichiometrisch zou zijn. De bepaling van de lengte van de c-as van dekristalstructuur (0.397 nm) wijst echter op een hoeveelheid niobiumpentoxide van ongeveer 55 mol %, zie het eerder genoemde artikelvan Scott et.al.
De uitvinding beoogt een niet-lineair optisch materiaalen een werkwijze voor het vervaardigen daarvan te verschaffen, welkmateriaal frequentieverdubbeling met niet-kritisch phase matchenmogelijk maakt. De uitvinding beoogt daarbij vooral om bijkamertemperatuur frequentieverdubbeling mogelijk te maken bijgolflengtes in de buurt van 800 nm. Het is gewenst om een materiaal teverschaffen met een grote mate van dubbelbreking, zodat phase matchingmogelijk is van het infrarode of rode (fundamentele lichtgolf) en blauwe(tweede harmonische golf) licht, om zodoende uitdoving van het licht tevoorkomen. De uitvinding beoogt eveneens een eenvoudige en nauwkeurigewerkwijze te verschaffen voor het vervaardigen van kalium-lithiumniobaat kristallen.
De uitvinding beoogt ook om een inrichting voorfrequentieverdubbeling te verschaffen. De uitvinding beoogt daarbijondermeer op eenvoudige wijze frequentieverdubbeling (halvering van degolflengte) van licht uit een halfgeleiderlaser mogelijk te maken,bijvoorbeeld ten behoeve van telecommunicatie door middel van glasvezelsen ten behoeve van optische opslag van informatie. Door toepassing vankortgolvig licht kan de informatiedichtheid worden vergroot en worden demogelijkheden van schrijven en wissen van informatie vergroot.
Aan deze doelstellingen wordt volgens de uitvindingvoldaan door een werkwijze waarbij stoichiometrisch kalium-lithiumniobaat wordt vervaardigd volgens de formule (K20)0.3 (Li20) 0.2+3^2^0.5+b waarin -0.01 < a < 0.01 en waarin -0.005 < b < 0.005. Het volgens deuitvinding vervaardigde materiaal is vrijwel volledig stoichiometrisch,binnen de nauwkeurigheidsgrenzen waarmee de samenstelling kan wordenvastgesteld. Kleine variaties in de samenstelling, zoals aangegeven metde waarden a en b, zijn toelaatbaar zonder verlies van de goedeeigenschappen van het materiaal. Het blijkt dat in dit materiaal, dateen tetragonale kristalstructuur vertoont, de lengte van de c-as van deeenheidscel 0.4052 nm bedraagt. Waarschijnlijk in samenhang daarmee isde dubbelbreking groter dan in andere kalium-lithium niobaat kristallenmet een niet-stoichiometrische samenstelling.
In een geschikte uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding worden de kristallen vervaardigd door afkoelen van eensmelt, waarvan de samenstelling zodanig is gekozen dat de atomairehoeveelheden van de metaalionen de volgende verhoudingen hebben: 30 mol % K, 27 mol % Li en 43 mol % Nb.
De genoemde metalen kunnen bijvoorbeeld op bekende wijzein de vorm van oxides of carbonaten tezamen worden gesmolten. Degebruikelijke toepassing van lithiumcarbonaat, zie bijvoorbeeld deeerder genoemde artikelen van B.A.Scott et.al. en W.A.Bonner et.al.,leidt echter tot onnauwkeurigheden in de samenstelling door de grotevluchtigheid van lithiumcarbonaat bij de smelttemperatuur van hetmengsel. In een bijzonder voordelige uitvoeringsvorm van de werkwijzevolgens de uitvinding, waarbij vooral de hoeveelheid lithium nauwkeurigop de gewenste waarde kan worden gebracht, wordt voor het vervaardigenvan de smelt Li in de vorm van LiNbOj toegepast.
Om een goede opbrengst te verkrijgen is het doelmatig,dat de afkoelsnelheid van de smelt in het temperatuurgebied van 1050 tot900°C minder dan 1°C/hr bedraagt.
Aan de doelstelling om een inrichting te verschaffen voorhet verdubbelen van de frequentie van een lichtgolf, wordt volgens deuitvinding voldaan door een inrichting zoals in de aanhef is beschreven,waarbij de fundamentele lichtgolf wordt opgewekt door eenhalfgeleiderlaser en waarbij het niet-lineair optische medium is gevormduit een stoichiometrisch kalium-lithium niobaat kristal volgens deformule (K2°)0.3(Li2°)0.2+a (Nb2°5 * 0.5+bwaarin -0.01 < a < 0.01 en waarin -0.005 < b < 0.005.
Het niet-lineair optische medium volgens de uitvinding isbijzonder geschikt voor een dergelijke toepassing in samenwerking meteen halfgeleiderlaser, omdat de temperatuurafhankelijkheid van degolflengte van het licht dat de laser uitzendt en detemperatuurafhankelijkheid van de golflengte waarbij phase matchedfrequentieverdubbeling optreedt nagenoeg aan elkaar gelijk zijn.
Daardoor kan de combinatie van halfgeleiderlaser en niet-lineair optischmedium over een groot temperatuurgebied aan elkaar aangepast blijvenzonder verdere maatregelen. Een voldoende lichtopbrengst kan vooral danworden verkregen, als het niet-lineair optische medium in de vorm vaneen golfgeleider wordt toegepast, bijvoorbeeld in de vorm van een planaire golfgeleider.
Uitvoeringsvoorbeelden van de werkwijze en inrichtingvolgens de uitvinding worden toegelicht aan de hand van een tekening,waarin
Figuur 1 het verband toont tussen de samenstelling vankalium-lithium niobaat (I^OJq 7-x(Nt)205^x en lengte van de c-as van de kristallijne eenheidscel,
Figuur 2 schematisch een inrichting volgens de uitvindingvoorstelt, en waarin
Figuur 3 schematisch een deel van een alternatieveuitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding voorstelt.
Uitvoerinasvoorbeeld 1.
319.0 g niobiumpentoxide I^Og, 311.0 gkaliumcarbonaat K2CO3 en 598.8 g lithiumniobaat LiNb03 werdensamengevoegd en door verhitten met 250°C/hr tot 1200°C samengesmolten. De molaire samenstelling van de smelt op basis van de oxideswas als volgt: 43 mol % I^Og, 30 mol % K2O en 27 mol % L12O.
Door het hoge smeltpunt van LiNb03 (1230°C) was er geen verliesvan Li als gevolg van verdamping. Het soortelijk gewicht van de smelt
O
was 4.4 g/cm , het volume bedroeg 256 ml. De smelt werd vervaardigdin een Pt/Au kroes met een volume van 700 ml.
De smelt werd afgekoeld met een snelheid van 60°C/hrtot 1050°C, met 1°C/hr tot 800°c en met 5°C/hr tot kamertemperatuur. De toegepaste oven heeft een zeer stabiele temperatuuren kan met een nawukeurigheid van 0.04°C worden geregeld. Aan eendraadpunt van Pt/Au werd bij een temperatuur van 980°C een lichtgeelkristal gevormd. Ongeveer 1 tot 2 % van de smelt werd omgezet tot eenkalium-lithium niobaat kristal. De kristallen werden langzaam totkamertemperatuur afgekoeld, om vorming van scheuren te voorkomen. Doormiddel van Röntgendiffractie werd vastgesteld dat de kristallen eentetragonale structuur vertonen, met een lengte van de a-as van 1.2558 nmen een lengte van de c-as van 0.4052 nm. De samenstelling isstoichiometrisch, binnen de grenzen waarmee dit kon worden gemeten:kalium 3.00 + 0.03, lithium 1.99 + 0.02, niobium 5.01 + 0.05 en zuurstof15.03.
Figuur 1 toont het verband tussen de samenstelling van het kalium-lithium niobaat (K20)0.3(Li20)0 7_χ(Μ>2°5)χ voorwaarden van x van 0.50 tot 0.55, en de lengte van de c-as van dekristallijne eenheidscel. De gegevens zijn ontleend aan de eerdergenoemde publicatie van B.A.Scott et.al., met uitzondering van de waardevoor x = 0.50 van het materiaal volgens de uitvinding.
Het volgens de uitvinding vervaardigde materiaal is
O
bestand tegen een stralmgsbelastmg van 200 MW/cm . Een waarde van 10 O , MW/cm is al genoeg om een fundamentele lichtgolf met een intensiteitvan 100 mW te kunnen toepassen in een lichtgeleider met een doorsnede
O
van 2x2 pm . Dat is voldoende voor zinvolle toepassingen voorfrequentieverdubbeling met een opbrengst van ongeveer 1 %.
Voor toepassing voor frequentieverdubbeling van licht meteen golflengte van ongeveer 800 nm is verder van belang, dat hetmateriaal bij alle golflengtes groter dan 360 nm transparant is, zodatde tweede harmonische golf niet geabsorbeerd wordt.
Het materiaal volgens de uitvinding is niet hygroscopischen is bestand tegen zwavelzuur, zoutzuur, salpeterzuur en (10 %)fluorwaterstofzuur.
Uitvoerinasvoorbeeld 2.
Een kalium-lithium niobaat kristal, vervaardigd volgens
, , , O
uitvoermgsvoorbeeld 1 met afmetingen van 2.5 x 2.5 x 0.5 mm , werddoor middel van polijsten voorzien van twee vlakke parallelle vensters.De oriëntatie van het kristal werd zodanig gekozen dat de c-as van dekristalstructuur in het vlak van de vensters ligt.
Figuur 2 toont een laserlichtbron 10, bijvoorbeeld eenhalfgeleiderlaser zoals een GaAs laser of een AlGaAs laser, waarmee eenlichtgolf 12 met een maximale intensiteit van 100 mW werd opgewekt. Delichtgolf werd door middel van een lens 14 gefocusseerd op een vensterop het kalium-lithium niobaat kristal 16. De doorsnede van delichtbundel ter plekke van het kristal bedroeg 1.22 x 10~5 cm2, deopeningshoek van de lichtbundel bedroeg minder dan 2°. In een aantalvan de hier beschreven experimenten werden een Kr laser en een "tunabledye laser" toegepast, om golflengte-afhankelijke metingen te kunnendoen. De lichtgolf 12 werd door middel van een niet in de Figuur getoondpolarisatiefilter gepolariseerd in een richting loodrecht op de c-as vanhet kristal. Daarnaast werden middelen toegepast om de intensiteit van de fundamentele lichtgolf op elke gewenste waarde te kunnen instellen enom de verkregen resultaten te kunnen meten.
De opgewekte tweede harmonische golf is evenwijdig met defundamentele lichtgolf en is gepolariseerd in een richting dieevenwijdig is aan de c-as van de kristalstructuur. De intensiteit van detweede harmonische golf is evenredig met het kwadraat van de intensiteitvan de fundamentele lichtgolf. Bij een ingestraalde intensiteit van 70mW bedraagt de intensiteit van het opgewekte blauwe licht 380 nw. Omdathet niet-lineair optische medium volgens de uitvinding niet-kritischephase matching mogelijk maakt, is een verhoudingsgewijs grote afwijkingvan de invalshoek van de fundamentele lichtgolf toelaatbaar. Bij eenwijziging van de invalshoek met ten hoogste 5° treedt een verschuivingop van minder dan 1 nm van de golflengte waarbij defreguentieverdubbeling optimaal is.
De frequentieverdubbeling is bij kamertemperatuuroptimaal bij een golflengte van de fundamentele lichtgolf van 803 nm. Despectrale breedte bij de helft van de maximale waarde bedraagt 1.6 nm.
De temperatuurafhankelijkheid van de optimale waarde van de golflengtebedraagt 0.28 nm/°C in het temperatuurgebied van 20° tot 80°C. Ditpast uitstekend bij de temperatuurafhankelijkheid van ongeveer 0.3nm/°C van de golflengte van het door multimode GaAs en AlGaAshalfgeleider lasers geproduceerde licht.
De niet-lineaire coëfficiënt d3^ in de tweede ordesusceptibiliteits tensor is een maat voor de efficiëntie van defrequentieverdubbeling. In het niet-lineair optische medium volgens deuitvinding is d3-| gelijk aan 13 + 2 pm/V. Ter vergelijking: bij eenkalium-lithium niobaat kristal volgens de stand der techniek met x = 0.53 bedraagt d3^ slechts 6 pm/V.
De gewone brekingsindex nQ bij 803 nm en bijkamertemperatuur bedraagt 2.23. De buitengewone brekingsindex nebedraagt onder gelijke omstandigheden 2.09. Bij de gehalveerdegolflengte van 401.5 nm bedraagt ne 2.23, waardoor bij dezegolflengtes phase matching mogelijk is van de fundamentele en de tweedeharmonische lichtgolf bij een "walk off angle" van 0°.
Bij een golflengte van 632 nm en bij kamertemperatuurbedraagt n0=2.28 en ne=2.11. Uit deze waarden blijkt het toegenomendubbelbrekend karakter van het materiaal volgens de uitvinding ten opzichte van de door A.W.Smith et.al. in het eerder geciteerde artikelaangegeven waarden van nQ=2.28 en ne=2.13 in een kalium-lithiumniobaat kristal met x=0.52.
üitvoeringsvoorbeeld 3.
Een inrichting voor het verdubbelen van de frequentie vaneen lichtgolf met een hoge opbrengst kan worden verkregen door het niet-lineair optische medium volgens de uitvinding toe te passen in eenresonante optische trilholte of in een optische golfgeleider. Daartoekan het kalium-lithium niobaat worden vervaardigd in de vorm van eenpoeder, waarmee door middel van rf sputteren of door middel van laser-ablatie epitaxiale lagen kunnen worden vervaardigd. Figuur 3 toont eendeel van een inrichting voor het verdubbelen van de frequentie van eenlichtgolf, bestaande uit een substraat 20, bijvoorbeeld uit saffier,waarop een éénkristallijne laag 22 met een lage brekingsindex isafgezet. Hierop bevindt zich een epitaxiaal gegroeide laag 24 uit kalium-lithium niobaat, waarin door middel van (foto)lithografie en etsenstructuren van elke gewenste vorm kunnen zijn aangebracht. Hier overheenbevindt zich een (niet in de Figuur getoonde) epitaxiale deklaag met eenlage brekingsindex.
Bij toepassing van een golfgeleider met een doorsnede van
O
5x5 pm volstaat een lengte van 2 mm om een tweede harmonische golfmet een intensiteit van 1 mW te verkrijgen, bij toepassing van eenfundamentele lichtgolf met een intensiteit van 100 mW. Omdat in dezeopbouw de spectrale breedte waarover frequentieverdubbeling plaatsvindtongeveer 0.4 nm bedraagt, is het nodig om een monomode laser toe tepassen.
Claims (6)
1. Werkwijze voor het vervaardigen van kalium-lithium niobaat kristallen, met het kenmerk, dat stoichiometrisch kalium-lithiumniobaat wordt vervaardigd volgens de formule {K2°5 0.3(Li2°}0.2+a iKb2°5}0.5+bwaarin -0.01 < a < 0.01 en waarin -0.005 < b < 0.005.
2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat dekristallen worden vervaardigd door afkoelen van een smelt, waarvan desamenstelling zodanig is gekozen dat de atomaire hoeveelheden van demetaalionen de volgende verhoudingen hebben: 30 mol % K, 27 mol % Li en 43 mol % Nb.
3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat voorhet vervaardigen van de smelt Li in de vorm van LiNbO^ wordttoegepast.
4. Werkwijze volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, datde afkoelsnelheid van de smelt in het temperatuurgebied van 1050 tot900°C minder dan 1°C/hr bedraagt.
5. Kalium-lithium niobaat kristallen, met het kenmerk, datde samenstelling daarvan kan worden weergegeven met de formule (K20)0.3(Li20)0.2+a^Nb205)0.5+bwaarin -0.01 < a < 0,01 en waarin -0.005 < b < 0.005.
6. Inrichting voor het verdubbelen van de frequentie van eenlichtgolf, waarbij een fundamentele lichtgolf door een niet-lineairoptisch medium wordt geleid onder vorming van een tweede harmonischegolf, met het kenmerk, dat de fundamentele lichtgolf wordt opgewekt dooreen halfgeleiderlaser en dat het niet-lineair optische medium is gevormduit een stoichiometrisch kalium-lithium niobaat kristal volgens deformule (K2°)0.3(Li2°)o.2+a(Nb2°5)0.5+bwaarin -0.01 < a < 0.01 en waarin -0.005 < b < 0.005.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL8901875A NL8901875A (nl) | 1989-07-20 | 1989-07-20 | Kalium-lithium niobaat kristallen. |
| DE69013600T DE69013600T2 (de) | 1989-07-20 | 1990-07-16 | Kalium-Lithium-Niobatkristalle. |
| EP90201923A EP0409339B1 (en) | 1989-07-20 | 1990-07-16 | Potassium-lithium niobate crystals |
| JP2187361A JP3035557B2 (ja) | 1989-07-20 | 1990-07-17 | ニオブ酸カリウム−リチウム結晶及びその製造方法並びにこれを利用した光波周波数増倍装置 |
| KR1019900010936A KR910002718A (ko) | 1989-07-20 | 1990-07-19 | 니오브산 칼륨-리듐 결정 |
| US07/807,407 US5562768A (en) | 1989-07-20 | 1991-12-12 | Potassium-lithium niobate crystals |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL8901875 | 1989-07-20 | ||
| NL8901875A NL8901875A (nl) | 1989-07-20 | 1989-07-20 | Kalium-lithium niobaat kristallen. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL8901875A true NL8901875A (nl) | 1991-02-18 |
Family
ID=19855072
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL8901875A NL8901875A (nl) | 1989-07-20 | 1989-07-20 | Kalium-lithium niobaat kristallen. |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5562768A (nl) |
| EP (1) | EP0409339B1 (nl) |
| JP (1) | JP3035557B2 (nl) |
| KR (1) | KR910002718A (nl) |
| DE (1) | DE69013600T2 (nl) |
| NL (1) | NL8901875A (nl) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0535738B1 (en) * | 1991-10-01 | 1996-01-17 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method of manufacturing potassium-lithium-niobate crystals |
| JPH08339002A (ja) * | 1995-04-10 | 1996-12-24 | Ngk Insulators Ltd | 第二高調波発生素子およびその製造方法 |
| JPH1010348A (ja) * | 1996-06-26 | 1998-01-16 | Ngk Insulators Ltd | 光導波路デバイスの製造方法 |
| JP3531803B2 (ja) | 1999-02-24 | 2004-05-31 | 株式会社豊田中央研究所 | アルカリ金属含有ニオブ酸化物系圧電材料組成物 |
| US6690025B2 (en) * | 2001-05-11 | 2004-02-10 | Lightwave Microsystems Corporation | Devices for etch loading planar lightwave circuits |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4911319A (nl) * | 1972-06-01 | 1974-01-31 |
-
1989
- 1989-07-20 NL NL8901875A patent/NL8901875A/nl unknown
-
1990
- 1990-07-16 EP EP90201923A patent/EP0409339B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-07-16 DE DE69013600T patent/DE69013600T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-07-17 JP JP2187361A patent/JP3035557B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1990-07-19 KR KR1019900010936A patent/KR910002718A/ko active IP Right Grant
-
1991
- 1991-12-12 US US07/807,407 patent/US5562768A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0409339A1 (en) | 1991-01-23 |
| KR910002718A (ko) | 1991-02-26 |
| JP3035557B2 (ja) | 2000-04-24 |
| JPH0354117A (ja) | 1991-03-08 |
| DE69013600D1 (de) | 1994-12-01 |
| US5562768A (en) | 1996-10-08 |
| DE69013600T2 (de) | 1995-05-11 |
| EP0409339B1 (en) | 1994-10-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4740265A (en) | Process for producing an optical waveguide and the product therefrom | |
| US4766954A (en) | Process for producing an optical waveguide | |
| US4826283A (en) | LiB3 O5 crystal and its nonlinear optical devices | |
| Okuyama et al. | Epitaxial growth of ferroelectric PLZT thin film and their optical properties | |
| Hewig et al. | Frequency doubling in an organic waveguide | |
| NL8901875A (nl) | Kalium-lithium niobaat kristallen. | |
| CN1057616C (zh) | 对ⅱ型相位匹配提高钛氧基磷酸钾及其同形体的双折射 | |
| Tohmon et al. | Blue light source using guided-wave frequency doubler with a diode laser | |
| US3900246A (en) | Lanthanum titanate single crystal electro-optic modulator | |
| JP3424125B2 (ja) | タンタル酸リチウム単結晶の強誘電分極反転を利用した光機能素子 | |
| JP4107365B2 (ja) | タンタル酸リチウム単結晶、およびその光素子、およびその製造方法 | |
| Krühler et al. | Cw oscillation at 1.05 and 1.32 μm of LiNd (PO 3) 4 lasers in external resonator and in resonator with directly applied mirrors | |
| JPH05257184A (ja) | 導波路共振型ｓｈｇ光源とその製造方法 | |
| JP2007269626A (ja) | ニオブ酸リチウム単結晶、およびその光素子、およびその製造方法 | |
| EP0491431B1 (en) | Device for doubling the frequency of a light wave | |
| JP3412901B2 (ja) | レーザー発振器 | |
| JP4569911B2 (ja) | タンタル酸リチウム単結晶からなる波長変換素子 | |
| JP2903581B2 (ja) | 光導波路装置の製造方法 | |
| JPH0667234A (ja) | 導波路内部共振型ｓｈｇ光源 | |
| JPH0682857A (ja) | 光波長変換素子 | |
| JPH11326967A (ja) | 第二高調波発生素子 | |
| Katz et al. | Room temperature high power frequency conversion in periodically poled quasi-phase-matched crystals | |
| JPH0954347A (ja) | 光学素子用ｋｌｔｎ単結晶および光素子 | |
| JPH05142608A (ja) | 広波長帯域第２高調波発生装置とその製造方法 | |
| JPH06102596B2 (ja) | 光誘起屈折率変化を制御したスカンジウム添加ニオブ酸リチウム |