KR20070018070A - Method and structure for non-linear optics - Google Patents

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데오도르 알레켈
더글라스 에이 케즐러
닝 예
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딥 포토닉스 코포레이션
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Abstract

본 발명은, 350 nm 및 그 미만에서 이용하기 위한 비선형 광학용 화합물에 관한 것이다. 이 화합물은, AxM(1-x)Al3B4O12를 포함하는 비선형 광학용 물질을 포함한다. x는, 0보다 크거나 같고, 0.1보다 작거나 같으며, A는, Sc, Y, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택되고, M은, Sc, Y, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 이 화합물은, 1000 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없다.The present invention relates to a compound for nonlinear optics for use at 350 nm and below. This compound includes a material for nonlinear optics comprising A x M (1-x) Al 3 B 4 O 12 . x is greater than or equal to 0 and less than or equal to 0.1, A is selected from the group consisting of Sc, Y, La, Yb, and Lu, and M is Sc, Y, La, Yb, and Lu It is selected from the configured group. This compound is free of molybdenum-containing impurities of 1000 ppm or more.

비선형 광학, 결정(crystal), 분극, 도펀트, 시드(seed) Nonlinear Optics, Crystals, Polarization, Dopants, Seeds

Description

비선형 광학용 방법 및 구조{METHOD AND STRUCTURE FOR NON-LINEAR OPTICS}METHOD AND STRUCTURE FOR NON-LINEAR OPTICS}

[관련 출원 상호 참조][Related App Cross Reference]

본 출원은, 2004년 4월 16일자 미국 임시특허출원 제60/562,881호, 및 2004년 4월 14일자 미국 임시특허출원 제60/562,626에 대한 우선권을 주장하며, 양 출원 모두를 본 출원에 편입시킨다.This application claims priority to US Provisional Patent Application No. 60 / 562,881, dated April 16, 2004, and US Provisional Patent Application No. 60 / 562,626, dated April 14, 2004, both of which are incorporated into this application. Let's do it.

[정부 지원 연구 또는 개발 하에 만들어진 발명의 권리에 관한 진술][Statement of invention rights made under government-funded research or development]

본 발명은, 일부 미국 국립과학재단(National Science Foundation) 승인 제ECS-0114017호에 의해 제공된 자금을 이용하여 만들어졌다. 미국 정부는, 본 발명에서 일정한 권리를 가질 수 있다.The present invention has been made using funds provided by some National Science Foundation-approved ECS-0114017. The US government may have certain rights in this invention.

[컴팩트 디스크에 제출된 "시퀀스 리스팅(sequence listing)", 표, 또는 컴퓨터 프로그램 리스팅 부록에 대한 참조][Reference to "sequence listing", table, or computer program listing addendum filed on compact disc]

해당 없음Not applicable

본 발명은, 일반적으로 광학 특성을 갖는 일정한 화합물에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은, 일례로서 전자기 방사선의 선택된 파장으로 AXM(1-X)Al3B4O12을 포함하는 특정 화합물을 제공한다. x는 0 이상, 0.1 이하이고, A는 Sc, Y, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택되며, M은 Sc, Y, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 단지 예시로서, 화합물은 350 nm 및 그 미만의 파장을 갖는 전자기 방사선에 유용하나, 본 발명은 매우 광범위한 적용 범위를 갖는다는 것이 인식될 것이다.The present invention relates generally to certain compounds having optical properties. More specifically, the present invention provides, by way of example, certain compounds comprising A X M (1-X) Al 3 B 4 O 12 at selected wavelengths of electromagnetic radiation. x is greater than or equal to 0 and less than or equal to 0.1, A is selected from the group consisting of Sc, Y, La, Yb, and Lu, and M is selected from the group consisting of Sc, Y, La, Yb, and Lu. By way of example only, the compounds are useful for electromagnetic radiation having wavelengths of 350 nm and below, but it will be appreciated that the present invention has a very wide range of applications.

비선형 광학(Nonlinear optical;NLO) 물질은, 빛의 특성에 영향을 미친다는 점에서 특별하다. 잘 알려진 예는, 물질이 흡수된 빛의 분극 벡터(polarization vectors)를 회전시킬 때와 같이, 일정한 물질에 의한 빛의 분극이다. 흡수된 빛에 의한 분극 벡터의 효과가 선형이면, 다음으로 물질에 의해 방사된 빛은, 흡수된 빛과 같은 주파수를 갖는다. NLO 물질은, 비선형 방식으로 흡수된 빛의 분극 벡터에 영향을 미친다. 결과적으로, 비선형 광학 물질에 의해 방사된 빛의 주파수가 영향을 받는다.Nonlinear optical (NLO) materials are special in that they affect the properties of light. A well known example is the polarization of light by a constant material, such as when the material rotates polarization vectors of absorbed light. If the effect of the polarization vector by the absorbed light is linear, then the light emitted by the material has the same frequency as the absorbed light. NLO materials affect the polarization vector of light absorbed in a nonlinear manner. As a result, the frequency of light emitted by the nonlinear optical material is affected.

예를 들면, 레이저에 의해 생산된 것과 같은, 주어진 주파수의 간섭성 빛(coherent light)의 빔이 이차 분극 텐서(polarizability tensor)의 비제로(non-zero) 컴포넌트를 갖는, 적절하게 방향 지어진 NLO 결정을 통해 전파될 때, 결정은 다른 주파수의 빛을 발생할 것이며, 따라서 레이저의 유용한 주파수 범위가 확장된다. 이 빛의 발생은, 합 주파수 발생(sum-frequency generation;SFG), 차 주파수 발생(difference-frequency generation;DFG) 및 광매개 증폭(optical parametric amplification;OPA)과 같은 공정에 기인할 수 있다. NLO 결정을 이용하는 디바이스는, 상하 주파수 변환기(up and down frequency converter), 광매개 발진기(optical parametric oscillator), 광 정류기(optical rectifier), 및 광 스위치를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.For example, a beam of coherent light of a given frequency, such as produced by a laser, has an appropriately oriented NLO crystal with a non-zero component of a secondary polarizability tensor. When propagated through, the crystal will generate light at a different frequency, thus extending the useful frequency range of the laser. The generation of this light may be due to processes such as sum-frequency generation (SFG), difference-frequency generation (DFG), and optical parametric amplification (OPA). Devices using NLO crystals include, but are not limited to, up and down frequency converters, optical parametric oscillators, optical rectifiers, and optical switches.

NLO 물질에서의 주파수 발생은, 대체로 중요한 효과이다. 예를 들면, 적절한 방향을 갖는 NLO 결정을 통해 전파되는, 주파수 ω1 및 ω2를 갖는 두 개의 단색 전자기파는, 다양한 주파수의 빛의 발생이라는 결과를 가져올 수 있다. 이 두 개의 별개 주파수를 이용하여 빛의 주파수를 한정하는 메카니즘은, 합 주파수 발생(SFG) 및 차 주파수 발생(DFG)이다. SFG는, 주파수 ω3의 빛이 두 개의 입사 주파수의 합, ω3 = ω1 + ω2로서 발생되는 공정이다. 다시 말해, SFG는 긴 파장의 빛을 보다 짧은 파장의 빛으로 변환하는데 유용하다(예를 들면, 적외선 부근에서 가시광선으로, 또는 가시광선에서 자외선으로). 합 주파수 발생의 특별한 경우는, ω1 = ω2와 같이 입사 주파수가 동등할 때 만족되는, ω3 = 2ω1일 때의 2차 고조파 발생(second-harmonic generation;SHG)이다. DFG는, 주파수 ω4의 빛이 입사 주파수의 차 ω4 = ω1 - ω2로서 발생되는 공정이다. DFG는, 더 짧은 파장의 빛을 더 긴 파장의 빛으로 변환하는데 유용하다(예를 들면, 가시광선을 적외선으로). DFG의 특별한 경우는, ω1 = ω2, 따라서 ω4 = 0일 때인데, 이것은 광정류로 알려져 있다. 또한, 광매개 발진(Optical parametric oscillation;OPO)은 DFG의 한 형태이고, 가변 주파수의 빛을 생산하는데 이용된다.Frequency generation in NLO materials is largely an important effect. For example, two monochromatic electromagnetic waves with frequencies ω 1 and ω 2 , which propagate through NLO crystals with appropriate orientations, can result in the generation of light of various frequencies. Mechanisms for defining the frequency of light using these two distinct frequencies are sum frequency generation (SFG) and difference frequency generation (DFG). SFG = light of frequency ω 3 is the sum of two incident frequencies, ω 3 = It is a process generated as ω 1 + ω 2 . In other words, SFG is useful for converting long wavelengths of light into shorter wavelengths of light (eg, in the vicinity of infrared light, or from visible to ultraviolet light). A special case of sum frequency generation is the second harmonic generation (SHG) when ω 3 = 2ω 1 , which is satisfied when the incident frequencies are equal, such as ω 1 = ω 2 . DFG is a process in which light of frequency ω 4 is generated as the difference ω 4 = ω 12 of the incident frequency. DFG is useful for converting light of shorter wavelengths into light of longer wavelengths (eg, visible light to infrared). A special case of DFG is when ω 1 = ω 2 and thus ω 4 = 0, which is known as photorectification. Optical parametric oscillation (OPO) is also a form of DFG and is used to produce light of variable frequency.

특정 응용 분야를 위한 NLO 결정의 변환 효율(conversion efficiency)은, 다음과 같은 다수의 인자들에 의존하지만, 이에 한정되지는 않는다: 결정의 유효 비선형성(피코미터/볼트[pm/V]), 복굴절률(Δn, 여기서 n은 굴절률), 위상 정합 조건(타입 Ⅰ, 타입 Ⅱ, 비임계, 준, 또는 임계), 각도 수용각(라디안-cm), 온도 수용(도. K-cm), 워크-오프(walk-off, 라디안), 굴절률의 온도 의존 변화(dn/dT), 광학적 투명도 범위(optical transparency range,nm), 및 광손상 임계치(optical damage threshold, W/cm2). 바람직한 NLO 결정은, 특정 응용 분야로 한정될 때 상술한 특성들의 최적의 조합을 가져야 한다.The conversion efficiency of an NLO crystal for a particular application depends on, but is not limited to, a number of factors: effective nonlinearity of the crystal (piometer / volt [pm / V]), Birefringence (Δn, where n is the refractive index), phase matching conditions (type I, type II, noncritical, quasi, or critical), angle acceptance angle in radians-cm, temperature acceptance in degrees K-cm, work Walk-off (in radians), temperature dependent change in refractive index (dn / dT), optical transparency range (nm), and optical damage threshold (W / cm 2 ). Preferred NLO decisions should have an optimal combination of the above characteristics when limited to a particular application.

보레이트(borate) 결정은, 레이저 기반 제조, 의약, 하드웨어 및 계측, 통신, 및 연구 분야와 같은, 다양한 적용예에 이용되는 무기성 NLO 물질의 집단을 형성한다. 베타 바륨 보레이트(BBO:β-BaB2O4), 리튬 트리보레이트(LBO:LiB3O5), 및 세슘 리튬 보레이트(CLBO:CsLi(B3O5)2)는, 특히 고출력 적용예에서 NLO 디바이스로서 광대하게 이용되고 있는, 최근에 개발된 보레이트 기반 NLO 결정의 예이다. 이 결정에 대한 중간 적외선으로부터 자외선까지의 레이저 빛의 발생에 적당한 선별된 특성이 표 1에 기입되어 있다.Borate crystals form a population of inorganic NLO materials used in various applications, such as in laser-based manufacturing, medicine, hardware and metrology, communications, and research. Beta barium borate (BBO: β-BaB 2 O 4 ), lithium triborate (LBO: LiB 3 O 5 ), and cesium lithium borate (CLBO: CsLi (B 3 O 5 ) 2 ) are especially NLO in high power applications. It is an example of a recently developed borate-based NLO decision that is widely used as a device. Selected properties suitable for the generation of laser light from the mid-infrared to the ultraviolet for this crystal are listed in Table 1.

Figure 112006083192968-PCT00001
Figure 112006083192968-PCT00001

BBO는, 좋은 비선형성(실질적으로 2.2 pm/V), 190 nm 내지 3500 nm 사이의 투명도, 상당한 복굴절률(위상 정합에 필수적), 및 높은 손상 임계치(5 GW/cm2, 1064 nm, 0.1 ns 펄스 폭)를 갖는다. 그러나, 높은 복굴절률은, 변환 효율 및 레이저 빔 품질을 제한할 수 있는 비교적 작은 각 수용도를 생성한다. 결정은 비교적 큰 크기로 성장하기 어렵고, 다소 흡습성이 있다.BBO has good nonlinearity (substantially 2.2 pm / V), transparency between 190 nm and 3500 nm, significant birefringence (essential for phase matching), and high damage threshold (5 GW / cm 2 , 1064 nm, 0.1 ns Pulse width). However, high birefringence produces a relatively small angular acceptability that can limit conversion efficiency and laser beam quality. Crystals are difficult to grow to a relatively large size and are somewhat hygroscopic.

LBO는, 가시 전자기 스펙트럼 전반에 걸쳐 광학적 투명도를 보이고, 자외선(흡수 에지. 합치. 160nm)까지 확장되어 있으며, 높은 손상 임계치(10 GW/cm2, 1064nm, 0.1 ns 펄스폭)를 갖는다. 그러나, 그것은 위상 정합이 깊은 UV 방사를 발생하는데 불충분한 내재적 복굴절률을 갖는다. 더욱이, LBO는, 비합치(incongruently) 용융되고, 플럭스 보조 결정 성장법(flux-assisted crystal growth methods)에 의해 준비되어야 한다. 이것은, 작은 결정과 더 높은 생산 비용을 가져와 생산 효율을 제한한다. LBO shows optical transparency throughout the visible electromagnetic spectrum, extends to ultraviolet light (absorption edge. Coincidence 160 nm) and has a high damage threshold (10 GW / cm 2 , 1064 nm, 0.1 ns pulse width). However, it has an inherent birefringence that is insufficient for phase matching to produce deep UV radiation. Moreover, LBO must be incongruently melted and prepared by flux-assisted crystal growth methods. This results in smaller crystals and higher production costs, thus limiting production efficiency.

CLBO는, 높은 비선형성과 충분한 복굴절률의 조합으로 인해 UV 빛을 생산할 수 있는 것으로 나타난다. 또한, 결정은 비교적 큰 규모로 제조될 수 있다. 그러나, 결정은 대개 지나치게 습기로 잘 변질되고, 종종 공기중으로부터 수분을 일정하게 흡수한다; 그러므로, 수화 응력과 가능한 결정 파괴를 막기 위해 주변 습도를 관리하는데 대개 극도의 주의가 취해져야 한다.CLBO appears to be able to produce UV light due to the combination of high nonlinearity and sufficient birefringence. Crystals can also be produced on a relatively large scale. However, crystals often deteriorate too much moisture and often constantly absorb moisture from the air; Therefore, extreme care should usually be taken in managing the ambient humidity to prevent hydration stress and possible crystal breakage.

1981년에 NYAB[NdxY(1-x)Al3B4O12]라 불리는 결정이 USSR에서 보고되었다. 1320 nm 내지 660 nm의 레이저 자체 주파수 등배(laser self-frequency-doubling) 효과가 Nd0 .2Y0 .8Al3B4O12 결정에서 실현되었지만, 2차 고조파에서 내재적 결정 흡수가 1060 nm 내지 530 nm의 레이저 자체 주파수 등배의 실용성을 제한한다는 것이 발견되었다.In 1981 a crystal called NYAB [Nd x Y (1-x) Al 3 B 4 O 12 ] was reported in the USSR. 1320 nm to 660 nm of the laser itself, an equivalent frequency (laser self-frequency-doubling) the effect is Nd 0 .2 Y 0 .8 Al 3 B 4 O 12 crystal was realized in two in order harmonic determined intrinsic absorption is 1060 nm to It has been found to limit the practicality of laser self frequency equalization of 530 nm.

수년 후 중국의 여러 연구소들은, 결정 성장 공정을 개선하는데 성공했고, 좋은 광학 품질과 합리적 크기를 갖는 NYAB 결정을 획득했다. Lu 등은, 효과적인 레이저 자체 주파수 등배 변환으로 다기능 결정 NdxY(1-x)Al3B4O12을 개발했다. Nd3 + 도프 레이저 이득 결정(Nd3 + doped laser gain crystal)은, 색소 레이저로 여기되었는데(pumped), 그 자체 내에서 530 nm로 변환된 1060 nm의 레이저가 방사되었다(도 2 참조.Lu et al., Chinese Phys . Lett . Vol.3, No.9(1986)). 그 후 NYAB는, 단지 가시 스펙트럼에서 종종 유용한 연구 결정으로서 이용되어 왔다. 자체 등배 레이저 이득 물질(self-doubling laser gain material)로서 Yb 도프 YAB에 관한 최근의 연구는, 작동 레이저 효율 및 파장에서 약간 변경되고 NYAB와 같은 경로를 따른다. 레이저 빛은, 결정 내에서 발생되고, 녹색의 520 nm로 자체 등배된다.(Dekker et al., JOSA B, Vol.22, No.2(2005)378-384 참조). 또, 그 작동 및 역사상 중요한 준비 방법은, 그것의 이용을 가시광선 및 적외선으로 제한한다. 그러므로, 자외선으로 광학 기능을 가능하게 하는 이러한 화합물 군에 대한 기술을 개선하는 것이 매우 바람직하다.Years later, several laboratories in China succeeded in improving the crystal growth process and obtained NYAB crystals with good optical quality and reasonable size. Lu et al. Developed a multifunctional crystal Nd x Y (1-x) Al 3 B 4 O 12 with an effective laser self-frequency equalization conversion. Nd 3 + doped laser gain crystal (Nd 3 + doped laser crystal gain) is, here was a dye laser (pumped), that in itself has a laser radiation of a 1060 nm converted to 530 nm (see Fig. 2 .Lu et al., Chinese Phys . Lett . 3, No. 9 (1986)). NYAB has since been used as a research decision that is often only useful in the visible spectrum. Recent work on Yb-doped YAB as a self-doubling laser gain material has changed slightly in operating laser efficiency and wavelength and follows the same path as NYAB. Laser light is generated in the crystal and self-equivalent to 520 nm of green (see Dekker et al., JOSA B , Vol. 22, No. 2 (2005) 378-384). In addition, an important preparation method in its operation and history limits its use to visible light and infrared light. Therefore, it is highly desirable to improve the technology for this group of compounds that enable optical function with ultraviolet light.

다시 말하면, 비선형 광학 (NLO) 물질의 광학 특성은, 그 물질을 통과하는 빛에 의해 변경된다. 광학 특성의 변경은, 진동 쌍극자(oscillating dipole)로서 작용하는 유도 전자 전하 이동(분극)에 의해 야기될 수 있다. 진동 쌍극자는, 그 물질이 광자(photon)를 방사하도록 할 수 있다. 물질의 분극이 선형일 때, 방사된 광자는 물질에 입사된 빛과 같은 주파수를 갖는다. 분극이 비선형적이라면, 물질로부터 나오는 빛의 주파수는, 입사된 빛의 주파수의 어떤 정수 배일 수 있다. 예를 들면, 주파수 등배(frequency doubling)의 실효과는, 주파수 ω를 갖는 두 광자가 2ω와 동등한 주파수를 갖는 단일 광자를 발생하기 위해 결합한다는 것이다. 그러므로, 동기화(위상 정합)에서 파동의 전파는 빛의 주파수를 두 배가 되도록 한다. 또한 주파수 등배는, 2차 고조파 발생(second harmonic generation;SHG)으로서 언급된다. NLO 물질은, 1961년에 2차 고조파 발생이 될 수 있는 것으로 발견되었다. Ann . Rev . Mater . Sci ., 16:203-43(1986).In other words, the optical properties of a nonlinear optical (NLO) material are changed by light passing through the material. Changes in optical properties can be caused by induced electron charge transfer (polarization), which acts as an oscillating dipole. The vibrating dipole can cause the material to emit photons. When the polarization of the material is linear, the emitted photons have the same frequency as the light incident on the material. If the polarization is nonlinear, the frequency of light coming from the material can be any integer multiple of the frequency of incident light. For example, the real effect of frequency doubling is that two photons with frequency ω combine to generate a single photon with a frequency equal to 2ω. Therefore, the wave propagation in synchronization (phase matching) causes the frequency of light to double. Frequency equalization is also referred to as second harmonic generation (SHG). NLO materials were found to be secondary harmonic generation in 1961. Ann . Rev. Mater . Sci . , 16: 203-43 (1986).

여러 NLO 물질은, 선행 기술에서 인식되어 왔다. 예를 들면, YAl3(BO3)4NLO 결정은, Pu Wang ET AL. Growth And Evaluation Of Ytterbium - Doped Yttrium Aluminum Borate as a Potential Self - Doubling Laser Crystal, J. OF THE OPTICAL SOC. OF AM. B, January 1999,의 63-69에 개시되어 있는데, 이를 참조에 의하여 본 출원에 편입시킨다. YAl3(BO3)4NLO 결정과 같은 NLO 결정은, 다양한 디바이스에 이용되어 왔다. 예를 들면, 미국특허 제5,202,891호는, 레이저 디바이스로 편입된 네오디뮴 이트륨 알루미늄 보레이트 NLO 결정(neodymium yttrium aluminum borate NLO crystal)을 설명한다. 미국특허 제4,826,283호는, LiB3O5의 단결정으로부터 만든 다른 NLO 디바이스를 설명한다.Several NLO materials have been recognized in the prior art. For example, the YAl 3 (BO 3 ) 4 NLO crystal can be obtained from Pu Wang ET AL. Growth And Evaluation Of Ytterbium - Doped Yttrium Aluminum Borate as a Potential Self - Doubling Laser Crystal , J. OF THE OPTICAL SOC. OF AM. B, January 1999, 63-69, which is incorporated herein by reference. NLO crystals, such as YAl 3 (BO 3 ) 4 NLO crystals, have been used in a variety of devices. For example, US Pat. No. 5,202,891 describes a neodymium yttrium aluminum borate NLO crystal incorporated into a laser device. US 4,826,283 describes another NLO device made from a single crystal of LiB 3 O 5 .

균질한 결정 구조를 갖는 보다 큰 결정을 형성하기 위해 NLO 물질을 재결정화하는 것이 알려져 있다. 예를 들면, J.Li 등은, K2MoO4를 함유하는 플럭스로부터 YAl3(BO3)4NLO 결정의 형성을 개시한다. J.Li ET AL., The Influenc of Yb 3 + Concentration on Yb:YAl3(BO3)4, 38 CRYS. RES. TECH. 890-895(2003)을 참조하고, 이를 참조에 의하여 본 출원에 편입시킨다. 종래 기술로 성장된 알루미늄-보레이트 NLO 결정은, 일반적으로 370 nm보다 긴 파장의 빛의 발생 또는 방사로 제한된다.It is known to recrystallize NLO materials to form larger crystals with a homogeneous crystal structure. For example, J.Li et al. Initiate the formation of YAl 3 (BO 3 ) 4 NLO crystals from a flux containing K 2 MoO 4 . J.Li ET AL., T he Influenc of Yb 3 + Concentration on Yb : YAl 3 (BO 3 ) 4 , 38 CRYS. RES. TECH. 890-895 (2003), which is incorporated herein by reference. Aluminum-borate NLO crystals grown in the prior art are generally limited to the generation or emission of light of wavelengths longer than 370 nm.

그러므로, 광학 화합물에 대한 기술을 개선하는 것이 매우 바람직하다.Therefore, it is highly desirable to improve the technology for optical compounds.

[발명의 간단한 요약][Simple Summary of Invention]

본 발명은 일반적으로 광학 특성을 갖는 일정한 화합물에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 일례로서, 본 발명은 전자기 방사선의 선택된 파장으로 AXM(1-X)Al3B4O12을 포함하는 특정 화합물을 제공하는 것이다. x는 0 이상, 0.1 이하이고, A는 Sc, Y, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택되고, M은 Sc, Y, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 단지 예시로서, 화합물은 350 nm 및 그 미만의 파장을 갖는 전자기 방사선에 유용하나, 본 발명은 매우 광범위한 적용 범위를 갖는다는 것이 인식될 것이다.The present invention relates generally to certain compounds having optical properties. More specifically, as an example, the present invention provides certain compounds comprising A X M (1-X) Al 3 B 4 O 12 at selected wavelengths of electromagnetic radiation. x is 0 or more and 0.1 or less, A is selected from the group consisting of Sc, Y, La, Yb, and Lu, and M is selected from the group consisting of Sc, Y, La, Yb, and Lu. By way of example only, the compounds are useful for electromagnetic radiation having wavelengths of 350 nm and below, but it will be appreciated that the present invention has a very wide range of applications.

본 발명의 일실시예에 따르면, 350 nm 및 그 미만에서 이용되는 비선형 광학용 화합물이 제공된다. 그 화합물은 YAl3B4O12를 포함하는 비선형 광학용 물질을 포함한다. 그 화합물은, 1000 ppm(parts per million) 이상의 몰리브덴 함유 불순물(molybdenum bearing impurity)이 없다.According to one embodiment of the invention, there is provided a compound for nonlinear optics used at 350 nm and below. The compound includes a nonlinear optics material comprising YAl 3 B 4 O 12 . The compound is free of molybdenum bearing impurity of more than 1000 parts per million.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 비선형 광학용 물질을 포함하는 350 nm 및 그 미만에서 이용되는 비선형 광학용 화합물은, Y(1-x)MxAl3B4O12를 포함한다. x는 0 이상, 0.1 이하이고, M은 Sc, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 그 화합물은 1000 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없다.According to another embodiment of the present invention, the nonlinear optics compound used at 350 nm and below comprising a nonlinear optics material includes Y (1-x) M x Al 3 B 4 O 12 . x is greater than or equal to 0 and less than or equal to 0.1, and M is selected from the group consisting of Sc, La, Yb, and Lu. The compound is free of more than 1000 ppm molybdenum containing impurities.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 비선형 광학용 물질을 포함하는 350 nm 및 그 미만에서 이용되는 비선형 광학용 화합물은, Yb(1-x)MxAl3B4O12를 포함한다. x는 0 이상, 0.1 이하이고, M은 Sc, Y, La, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 그 화합물은 1000 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없다.According to another embodiment of the invention, the nonlinear optics compound used at 350 nm and below comprising a nonlinear optics material includes Yb (1-x) M x Al 3 B 4 O 12 . x is 0 or more and 0.1 or less and M is selected from the group consisting of Sc, Y, La, and Lu. The compound is free of more than 1000 ppm molybdenum containing impurities.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 비선형 광학용 물질을 포함하는 350 nm 및 그 미만에서 이용되는 비선형 광학용 화합물은, Lu(1-x)MxAl3B4O12를 포함한다. x는 0 이상, 0.1 이하이고, M은 Sc, Y, Yb, 및 La로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 그 화합물은 1000 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없다.According to another embodiment of the invention, the nonlinear optics compound used at 350 nm and below comprising a nonlinear optics material includes Lu (1-x) M x Al 3 B 4 O 12 . x is 0 or more and 0.1 or less and M is selected from the group consisting of Sc, Y, Yb, and La. The compound is free of more than 1000 ppm molybdenum containing impurities.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 비선형 광학용 물질을 포함하는 350 nm 및 그 미만에서 이용되는 비선형 광학용 화합물은, Sc(1-x)MxAl3B4O12를 포함한다. x는 0 이상, 0.1 이하이고, M은 Y, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 그 화합물은 1000 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없다.According to another embodiment of the invention, the nonlinear optics compound used at 350 nm and below comprising a nonlinear optics material comprises Sc (1-x) M x Al 3 B 4 O 12 . x is 0 or more and 0.1 or less and M is selected from the group consisting of Y, La, Yb, and Lu. The compound is free of more than 1000 ppm molybdenum containing impurities.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 비선형 광학용 물질을 포함하는 350 nm 및 그 미만에서 이용되는 비선형 광학용 화합물은, AxM(1-x)Al3B4O12를 포함한다. x는 0 이상, 0.1 이하이고, A는 Sc, Y, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택되며, M은 Sc, Y, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 그 화합물은 1000 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없다.According to another embodiment of the invention, the nonlinear optics compound used at 350 nm and below comprising a nonlinear optics material comprises A x M (1-x) Al 3 B 4 O 12 . x is greater than or equal to 0 and less than or equal to 0.1, A is selected from the group consisting of Sc, Y, La, Yb, and Lu, and M is selected from the group consisting of Sc, Y, La, Yb, and Lu. The compound is free of more than 1000 ppm molybdenum containing impurities.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 350 nm 및 그 미만에서 이용되는 비선형 광학용 화합물을 만드는 방법은, 복수의 물질을 제공하는 단계를 포함한다. 복수의 물질은, 란탄(lanthanum) 함유 화합물을 포함하고, 란탄 함유 화합물은 가열시에 적어도 산화 란탄(lanthanum oxide)으로 분해될 수 있다. 또한 그 방법은, 적어도 소정의 비율과 관련된 정보에 기초하여 혼합물을 형성하기 위해 복수의 물질을 혼합하는 단계, 결정을 형성하기 위해 혼합물에서 결정화 공정을 시작하는 단계, 및 혼합물로부터 란탄을 포함하는 결정을 제거하는 단계를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, a method of making a compound for nonlinear optics used at 350 nm and below comprises providing a plurality of materials. The plurality of materials include lanthanum containing compounds, which can be decomposed into at least lanthanum oxide upon heating. The method also includes mixing a plurality of materials to form a mixture based on at least information relating to a predetermined ratio, starting a crystallization process in the mixture to form crystals, and crystals comprising lanthanum from the mixture. Removing the step.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 350 nm 및 그 미만에서 이용되는 비선형 광학용 화합물을 만드는 방법은, 복수의 물질을 제공하는 단계를 포함한다. 복수의 물질은, 이트륨 함유 화합물을 포함하고, 이트륨 함유 화합물은 가열시에 적어도 산화 이트륨으로 분해될 수 있다. 또한 그 방법은, 적어도 소정의 비율과 관련된 정보에 기초하여 혼합물을 형성하기 위해 복수의 물질을 혼합하는 단계, 결정을 형성하기 위해 혼합물에서 결정화 공정을 시작하는 단계, 및 혼합물로부터 이트륨을 포함하는 결정을 제거하는 단계를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, a method of making a compound for nonlinear optics used at 350 nm and below comprises providing a plurality of materials. The plurality of materials include a yttrium containing compound, which may be decomposed into at least yttrium oxide upon heating. The method also includes mixing a plurality of materials to form a mixture based on at least information relating to a predetermined ratio, starting a crystallization process in the mixture to form crystals, and crystals comprising yttrium from the mixture. Removing the step.

본 발명을 통해 종래 기술을 넘는 많은 이점이 달성된다. 예를 들면, 본 발명의 어떤 실시예들은, 자외선 스펙트럼에서 보레이트 훈타이트(borate huntites)의 동작을 막는 오염물질을 배제하는 새로운 조제 방법을 제공한다. 또한, 조제 방법은, 창의적인 화학적 방법을 이용함으로써 결정의 급속 형성이 가능하도록 개발되어 왔다. 그러한 방법은, 종래 방법에서 이제까지 달성하지 못했던, 본 발명의 커다란 단결정의 제조를 가능하게 하였다. 또한 조제 방법은, 용융점으로 가열될 때 개시 혼합물의 휘발성이 종래 방법보다 더 낮아지도록 개발되어 왔다.The present invention achieves many advantages over the prior art. For example, certain embodiments of the present invention provide a new method of preparation that excludes contaminants that prevent the operation of borate huntites in the ultraviolet spectrum. In addition, preparation methods have been developed to enable rapid formation of crystals by using a creative chemical method. Such a method has enabled the production of large single crystals of the present invention, which have not been achieved so far in the prior art. Formulation methods have also been developed such that when heated to the melting point the volatility of the starting mixture is lower than in the prior art.

본 발명의 일정한 실시예에 따르면, 여기에 설명된 것은, NLO 결정이라 알려진 것과 관련하여 결정의 광학 특성에 불리하게 영향을 미치는 화합물의 농도를 감소시킨 비선형 광학(NLO) 결정이다. 이 바람직하지 않은 화합물은, 종래의 NLO 결정, 특히 종래의 알루미늄-보레이트 NLO 결정에서 다양한 정도로 존재한다. 개시된 결정 중 어떤 것은, 레이저에 의해 방사된 빛과 같은, 입사된 빛의 파장을 수정하는데 유용하다. 예를 들면, 개시된 결정 중 일부는, 제1 파장의 입력 레이저 빔을 제2 파장의 출력 레이저 빔으로 변환할 수 있는데, 여기서 제2 파장은 입사 파장의 어떤 정수값이고, 실질적으로 300 nm, 전형적으로는 실질적으로 250 nm, 더욱 전형적으로는 실질적으로 175 nm보다 작다.According to certain embodiments of the present invention, what is described herein are nonlinear optical (NLO) crystals that reduce the concentration of compounds that adversely affect the optical properties of the crystals in connection with what are known as NLO crystals. This undesirable compound is present in varying degrees in conventional NLO crystals, in particular conventional aluminum-borate NLO crystals. Some of the disclosed crystals are useful for modifying the wavelength of incident light, such as light emitted by a laser. For example, some of the disclosed crystals may convert an input laser beam of a first wavelength into an output laser beam of a second wavelength, where the second wavelength is any integer value of the incident wavelength, substantially 300 nm, typically As substantially 250 nm, more typically substantially less than 175 nm.

개시된 결정 중 일부는, 실질적으로 0.1 mm3, 전형적으로는 실질적으로 1 mm3, 더욱 전형적으로는 실질적으로 5 mm3보다 큰 부피를 갖는다. 이 결정은, 초기 물질을 포함하고, 또한 초기 물질과 다른 하나 또는 그 이상의 2차 물질을 포함할 수 있다. 2차 물질을 포함하는 어떠한 실시예에 의하면, 원하는 파장의 빛의 발생 및/또는 방사를 방해하는 어떤 2차 물질은, 종래의 NLO 결정에서 그들의 농도와 관련하여 낮은 농도로 존재한다. 예를 들면, 원하는 파장의 빛의 발생 및/또는 방사를 방해하는 2차 물질은, 실질적으로 100 ppmw(ppm by weight), 전형적으로는 실질적으로 50 ppmw, 더욱 전형적으로는 실질적으로 10 ppmw보다 낮은 농도로 존재할 수 있다. 다른 실시예에 의하면, 결정은 원하는 파장의 빛의 발생 및/또는 방사를 방해하는 2차 물질이 실질적으로 없다. 예를 들면, 원하는 파장의 빛의 발생 및/또는 방사를 방해하는 2차 물질은, 이트륨, 란탄, 및 루테튬(lutetium) 이외의, 전이 금속 원소 및/또는 란탄족 원소를 포함하는 화합물일 수 있다. 그러나, 텅스텐과 같이 이러한 2차 물질 중 어떠한 것은 유효 용매에서 존재하고, 일정한 원하는 파장의 빛의 발생 및/또는 방사에 제한된 효과를 갖는다. 어떠한 실시예에 의하면, 결정은, 텅스텐 함유 화합물 이외에 원하는 파장의 빛의 발생 및/또는 방사를 방해하는 2차 물질을, 실질적으로 100 ppmv, 전형적으로는 실질적으로 50 ppmv, 더욱 전형적으로는 실질적으로 10 ppmv보다 작게 포함한다.Some of the crystals disclosed have a volume of substantially greater than 0.1 mm 3 , typically substantially 1 mm 3 , more typically substantially 5 mm 3 . This crystal includes the initial material and may also include one or more secondary materials different from the initial material. In some embodiments, including secondary materials, any secondary materials that interfere with the generation and / or emission of light of a desired wavelength are present at low concentrations relative to their concentration in conventional NLO crystals. For example, a secondary material that interferes with the generation and / or emission of light of a desired wavelength may be substantially less than 100 ppmw, typically substantially 50 ppmw, more typically substantially less than 10 ppmw. May be present in concentration. In another embodiment, the crystal is substantially free of secondary material that interferes with the generation and / or emission of light of a desired wavelength. For example, a secondary material that interferes with the generation and / or emission of light of a desired wavelength may be a compound comprising transition metal elements and / or lanthanide elements other than yttrium, lanthanum, and lutetium. . However, any of these secondary materials, such as tungsten, are present in the effective solvent and have a limited effect on the generation and / or emission of light of a certain desired wavelength. In some embodiments, the crystals contain, in addition to the tungsten-containing compound, a secondary material that interferes with the generation and / or emission of light of a desired wavelength, substantially 100 ppmv, typically substantially 50 ppmv, more typically substantially Less than 10 ppmv.

알루미늄-보레이트 NLO 결정은, 이트륨, 루테튬, 또는 YAl3(BO3)4, LuAl3(BO3)4, 및 Y(1-x)LuxAl3(BO3)4(여기에서 x는 0보다 큰 정수)와 같은 이들의 조합을 포함하는 화학 구조를 갖는 알루미늄-보레이트 NLO 결정을 포함하나, 이에 한정되지는 않는다. 원하는 파장의 빛의 발생 및/또는 방사를 방해하는 원치 않는 오염 물질이, 공지의 결정에 대해 실질적으로 감소 또는 제거되는 한, 이러한 물질들은, 광학적 응용예에 유용한 결정 크기로 결정화될 때, 새로운 화합물이다.Aluminum-borate NLO crystals are yttrium, lutetium, or YAl 3 (BO 3 ) 4 , LuAl 3 (BO 3 ) 4 , and Y (1-x) Lu x Al 3 (BO 3 ) 4 , where x is 0 Aluminum-borate NLO crystals having a chemical structure including combinations thereof, such as greater integers). As long as unwanted contaminants that interfere with the generation and / or emission of light of a desired wavelength are substantially reduced or eliminated for known crystals, these materials, when crystallized to a crystal size useful for optical applications, are new compounds. to be.

또한, 본 명세서에서 설명된 것은, NLO 결정, 특히 알루미늄-보레이트 NLO 결정을 만드는 방법의 실시예들이다. 어떠한 실시예는, 전구체 물질 및 용매, 또는 초기 물질 및 용매(여기에서, 용매는 원하는 파장의 빛의 발생 및/또는 방사를 방해하는 어떤 물질이 실질적으로 없다)를 제공하는 단계, 및 원하는 파장의 빛의 발생 및/또는 방사를 방해하는 어떤 물질이 실질적으로 없는 결정을 형성하기 위해 초기 물질을 결정화하는 단계를 포함한다. 예를 들면, 용매 및 용매로부터 성장한 결정은, 이트륨, 란탄, 및 루테튬 이외의 전이 금속 원소 및 란탄족 원소가 실질적으로 없을 수 있다. 다른 예로서, 용매 및 용매로부터 성장한 결정은, 몰리브덴이 실질적으로 없을 수 있다.Also described herein are embodiments of a method of making NLO crystals, particularly aluminum-borate NLO crystals. Certain embodiments provide a precursor material and a solvent, or an initial material and a solvent, wherein the solvent is substantially free of any material that interferes with the generation and / or emission of light of a desired wavelength, and Crystallizing the initial material to form crystals substantially free of any material that interferes with the generation and / or emission of light. For example, the crystal grown from the solvent and the solvent may be substantially free of transition metal elements and lanthanide elements other than yttrium, lanthanum, and lutetium. As another example, the solvent and crystals grown from the solvent may be substantially free of molybdenum.

본 방법의 실시예들은, 혼합물을 형성하기 위해 용매와, 전구체 물질 또는 초기 물질을 혼합하는 단계, 및 혼합물로 시드(seed)를 삽입하는 단계를 포함할 수 있다. 아마도 본질적으로 초기 물질로 구성된, 결정질의 초기 물질과 같은 시드는, 혼합물 내에 부유시킬 수 있다. 어떤 실시예에 의하면, 초기 물질을 재결정화하는 단계는, 혼합물을 냉각시키는 단계 및 혼합물로부터 결정을 회수하는 단계를 포함한다. 혼합물을 냉각시키는 단계는, 전형적으로 실질적으로 10 시간보다 긴 성장 기간과 같이, 유용한 응용예에 적절한 원하는 크기의 결정을 성장시키는데 충분한 성장 기간에 걸쳐, 혼합물의 용융점 또는 그 이상의 제1 온도로부터 혼합물의 용융점 미만의 제2 온도로 혼합물을 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다. 실질적으로 2시간보다 긴 약간의 성장 기간동안, 혼합물은 실질적으로 시간당 2℃ 보다 작은 냉각 구배로 냉각될 수 있다. 어떤 실시예에 의하면, 제2 온도는, 예를 들면, 혼합물의 용융점보다 낮은 실질적으로 5℃와 실질적으로 100℃ 사이의 온도일 수 있다.Embodiments of the method may include mixing a solvent with a precursor material or an initial material to form a mixture, and inserting a seed into the mixture. A seed, such as a crystalline initial material, possibly consisting essentially of the initial material, may be suspended in the mixture. In some embodiments, recrystallizing the initial material includes cooling the mixture and recovering crystals from the mixture. Cooling the mixture may be achieved by cooling the mixture from the melting point of the mixture at or above the first temperature over a growth period that is typically sufficient to grow crystals of the desired size suitable for useful applications, such as growth periods substantially longer than 10 hours. Cooling the mixture to a second temperature below the melting point. For some growth periods substantially longer than 2 hours, the mixture may be cooled with a cooling gradient substantially less than 2 ° C per hour. In some embodiments, the second temperature may be, for example, a temperature between substantially 5 ° C. and substantially 100 ° C. below the melting point of the mixture.

방법의 실시예는, 다양한 NLO 결정, 특히 이트륨, 루테튬, 또는 YAl3(BO3)4, LuAl3(BO3)4, 및 Y(1-x)LuxAl3(BO3)4(여기에서 x는 0보다 큰 정수)와 같은 이들의 조합을 포함하는 화학 구조를 갖는 알루미늄-보레이트 NLO 결정과 같은, 알루미늄-보레이트 NLO 결정을 성장시키는데 이용될 수 있다. 적절한 용매는, 이트륨, 란탄, 및 루테튬 이외의, 전이 금속 원소 및 란탄족 원소가 실질적으로 없는 용매, 및 몰리브덴이 실질적으로 없는 용매를 포함하여, 원하는 파장의 빛의 발생 및/또는 방사를 방해하는 물질이 실질적으로 없는 용매를 포함한다. 적절한 용매의 예는, 하나 또는 그 이상의 다음 화합물을 포함한다: LaB3O6, MgB2O4, 및 LiF. 어떤 실시예에 의하면, 용매는, 이트륨, 란탄, 루테튬, 및 텅스텐 이외에, 전이 금속 원소 및 란탄족 원소가 실질적으로 없다. 텅스텐 함유 용매의 예는, 예를 들면 YAl3(BO3)4 결정을 성장시키기 위해 B2O3와 함께 이용될 수 있는 Li2WO4이다.Examples of methods include various NLO crystals, in particular yttrium, lutetium, or YAl 3 (BO 3 ) 4 , LuAl 3 (BO 3 ) 4 , and Y (1-x) Lu x Al 3 (BO 3 ) 4 (here X can be used to grow aluminum-borate NLO crystals, such as aluminum-borate NLO crystals having a chemical structure comprising a combination thereof. Suitable solvents include solvents substantially free of transition metal elements and lanthanide elements, and solvents substantially free of molybdenum, other than yttrium, lanthanum, and lutetium, to prevent the generation and / or emission of light of a desired wavelength. Solvents that are substantially free of material. Examples of suitable solvents include one or more of the following compounds: LaB 3 O 6 , MgB 2 O 4 , and LiF. In some embodiments, the solvent is substantially free of transition metal elements and lanthanide elements other than yttrium, lanthanum, lutetium, and tungsten. An example of a tungsten containing solvent is Li 2 WO 4 which can be used with B 2 O 3 to grow YAl 3 (BO 3 ) 4 crystals, for example.

상기 설명된 NLO 결정은, 레이저 디바이스를 포함하는, 다양한 디바이스로 편입될 수 있다. 이 디바이스는, 예를 들면, 기판의 표면 이상(anomaly)을 감지하거나, 기판에 구멍을 뚫는데 이용될 수 있다.The NLO determination described above can be incorporated into a variety of devices, including laser devices. The device can be used, for example, to detect anomaly of the surface of a substrate or to drill holes in the substrate.

본 발명의 다양한 추가적 목적, 특징 및 이점이, 다음의 발명의 상세한 설명 및 첨부 도면을 참조하여, 더욱 충분하게 이해될 수 있다.Various additional objects, features and advantages of the present invention may be more fully understood with reference to the following detailed description of the invention and the accompanying drawings.

도 1은, 본 발명의 일실시예에 따른 광학 화합물을 만드는 단순화된 방법이다.1 is a simplified method of making an optical compound according to an embodiment of the present invention.

도 2는, 본 발명의 일실시예에 따른 광학 화합물에 대한 단순화된 이미지이다.2 is a simplified image of an optical compound according to an embodiment of the present invention.

도 3은, 본 발명의 일실시예에 따른 광학 화합물에 대한 투과 특성을 도시하는 단순화된 다이아그램이다.3 is a simplified diagram illustrating the transmission characteristics for an optical compound according to one embodiment of the present invention.

도 4는, 본 발명의 일실시예에 따른 광학 화합물에 의한 주파수 변환을 도시 하는 단순화된 다이아그램이다.4 is a simplified diagram illustrating frequency conversion by an optical compound according to an embodiment of the present invention.

도 5는, 280 nm 내지 400 nm의 파장 범위에 걸쳐, 텅스텐으로 성장한 YAl3(BO3)4 결정(YAB-W)의 퍼센트 투과율, 몰리브덴을 함유하는 YAl3(BO3)4 결정(YAB-Mo)의 퍼센트 투과율, 및 모든 전이 금속 오염물질이 실질적으로 없는 YAl3(BO3)4 결정(YAB-La)의 퍼센트 투과율을 도시하는 선 그래프이다.FIG. 5 shows the percent transmittance of YAl 3 (BO 3 ) 4 crystals (YAB-W) grown with tungsten over a wavelength range from 280 nm to 400 nm, YAl 3 (BO 3 ) 4 crystals containing molybdenum (YAB- Is a line graph showing the percent transmission of Mo) and the percent transmission of YAl 3 (BO 3 ) 4 crystals (YAB-La) substantially free of all transition metal contaminants.

도 6은, NLO 결정을 편입시킨 레이저 디바이스의 개략도이다.6 is a schematic diagram of a laser device incorporating an NLO crystal.

본 발명은, 일반적으로 광학 특성을 갖는 일정한 화합물에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은, 일례로서 전자기 방사선의 선택된 파장으로 AXM(1-X)Al3B4O12을 포함하는 특정 화합물을 제공한다. x는 0 이상, 0.1 이하이고, A는 Sc, Y, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택되며, M은 Sc, Y, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 단지 예시로서, 화합물은 350 nm 및 그 미만의 파장을 갖는 전자기 방사선에 유용하나, 본 발명은 매우 광범위한 적용 범위를 갖는다는 것이 인식될 것이다.The present invention relates generally to certain compounds having optical properties. More specifically, the present invention provides, by way of example, certain compounds comprising A X M (1-X) Al 3 B 4 O 12 at selected wavelengths of electromagnetic radiation. x is greater than or equal to 0 and less than or equal to 0.1, A is selected from the group consisting of Sc, Y, La, Yb, and Lu, and M is selected from the group consisting of Sc, Y, La, Yb, and Lu. By way of example only, the compounds are useful for electromagnetic radiation having wavelengths of 350 nm and below, but it will be appreciated that the present invention has a very wide range of applications.

NYAB는, 자체 등배 결정(self-doubling crystal), 즉, 광학적으로 여기되고, 별도의 주파수 등배 결정이 필요 없이, 기본 파장 및 2차 고조파를 발생하는 결정으로서 개발되었다. 그러나, 본질적인 한계 때문에, 가능한 응용예가 철저하게 제한된다. 첫째로, 기본 파장은 종종, 단지 1060 nm와 1300 nm일 수 있다. 둘째로, 대개 결정은 단지 수 밀리미터 크기이기 때문에, 생산품의 상업적 이용에 좋은, 적당하게 큰 결정 크기에서 종종 쓸모가 없다.NYAB was developed as a self-doubling crystal, ie a crystal that is optically excited and generates fundamental wavelengths and second harmonics without the need for separate frequency equalization crystals. However, due to the inherent limitations, the possible applications are strictly limited. First, the fundamental wavelength can often be only 1060 nm and 1300 nm. Second, since crystals are usually only a few millimeters in size, they are often useless in reasonably large crystal sizes that are good for commercial use of the product.

NYAB가 때때로 제한된 양에서 상업적으로 쓸모가 있었다 하더라도, YAB의 순수 형태는 상업적으로 생산되지 못했다. 종래의 생산 방법은, 상당한 양의 비화학양론적(nonstoichiometric) 금속 오염을 함유하고, 표준 이하의 결정 품질을 나타내는 작은 결정을 산출한다. 게다가, 종래 방법에 이용된 플럭스제(fluxing agent)는, 350 nm 이하의 UV에서 효과적인 디바이스 작동을 막는 상당한 양의 오염물질을 삽입한다.Although NYAB was sometimes available commercially in limited quantities, the pure form of YAB was not produced commercially. Conventional production methods yield small crystals containing significant amounts of nonstoichiometric metal contamination and exhibiting substandard crystal quality. In addition, the fluxing agents used in conventional methods insert significant amounts of contaminants that prevent effective device operation at UV below 350 nm.

본 발명의 일정한 예에 따르면, 희토류 금속(rare earth metal) 등의 하나 또는 그 이상의 금속 이온 종류를 함유하는 여러 종류의 보레이트 결정이 준비되었고, 주파수 등배된 Nd:YAG 레이저(파장:532 nm)를 이 보레이트 결정 위로 조사함으로써 등배 고조파(파장:266 nm)의 발생 실험이 수행되었다. 그 때문에, NLO 물질을 실험적으로 만드는 능력이, 350 nm 이하의 고조파 빛을 생산하는 것으로 입증되었다. 결과적으로, 보레이트 결정으로부터의 2차 고조파 266 nm의 강한 발생이, Y와 Al 모두를 포함하는 것으로 발견되었고, 이트륨 알루미늄 보레이트의 형태의 새로운 NLO 결정이, 350 nm 이하의 자외선 방사선을 투과하고 생산할 수 있도록 달성되었다.According to certain examples of the present invention, various kinds of borate crystals containing one or more kinds of metal ions, such as rare earth metal, have been prepared, and frequency-multiplied Nd: YAG laser (wavelength: 532 nm) is prepared. Experiments on the generation of equal harmonics (wavelength: 266 nm) by performing irradiation over this borate crystal were carried out. For that reason, the ability to experimentally produce NLO materials has been demonstrated to produce harmonic light of 350 nm or less. As a result, a strong generation of second harmonic 266 nm from borate crystals was found to include both Y and Al, and a new NLO crystal in the form of yttrium aluminum borate could transmit and produce ultraviolet radiation below 350 nm. Was achieved.

Y(1-x)MxAl3B4O12(여기에서, M=Sc, La, Yb, 또는 Lu이고, 0≤x≤0.1)를 만족하는 비선형 광학 물질을 생산하고 활용하는 것이 본 발명의 일정한 실시예의 목적이 고, 이는 UV 스펙트럼에서 디바이스 이용을 불가능하게 하는 오염물질을 제거하거나 상당히 감소시키는 방법에 의해 제조된다. 더욱 상세하게는, 본 발명의 어떤 실시예는, 350 nm 이하의 UV에서 유용하도록, 디바이스 내에 존재하는 것으로부터 6족 원소와 같은 금속을 배제한다.The present invention produces and utilizes nonlinear optical materials that satisfy Y (1-x) M x Al 3 B 4 O 12 (where M = Sc, La, Yb, or Lu, and 0 ≦ x ≦ 0.1). It is the purpose of certain embodiments of to be prepared by a method of removing or significantly reducing contaminants that render the device unavailable in the UV spectrum. More specifically, certain embodiments of the present invention exclude metals, such as Group 6 elements, from those present in the device to be useful in UV below 350 nm.

해로운 UV 흡수 없이도 상기 조성을 만족하는 비선형 광학 물질을 만드는 방법을 제공하는 것이, 본 발명의 어떠한 실시예의 목적이다. 일실시예는, 실질적으로 10 내지 실질적으로 30 mol%의 Y의 소스, 실질적으로 10 내지 실질적으로 40 mol%의 M, 실질적으로 15 내지 실질적으로 40 mol%의 Al의 소스, 및 실질적으로 25 내지 실질적으로 50 mol%의 산화 붕소(boron oxide)를 포함하는 혼합물을 형성하는 단계를 포함한다. 만일 M이 Sc라면, 다음으로 M의 소스는 일반적으로 산화 스칸듐(scandium oxide)이다; 만일 M이 La이라면, 다음으로 M의 소스는 이반적으로 산화 란탄이다; 만일 M이 Yb라면, 다음으로 M의 소스는 일반적으로 산화 이테르븀(ytterbium oxide)이다; 만일 M이 Lu라면, 다음으로 M의 소스는 일반적으로 산화 루테튬이다. 혼합물은, NLO 물질을 형성하기에 충분한 온도 및 시간 동안 가열된다. 예를 들면, 가열하는 단계는, 850 K 이상의, 일반적으로는 실질적으로 850 K 보다 큰, 제1 온도로 혼합물을 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 다음으로 혼합물은 냉각된다. 냉각 후에 혼합물은 분쇄되고(모르타르(mortar) 및 페슬(pestle)로 갈아지는 것과 같이 미세한 분말로 갈아진다), 다음으로 1300 K 이상의, 일반적으로는 실질적으로 1300 K 보다 큰, 제2 온도로 가열된다.It is an object of any embodiment of the present invention to provide a method of making a non-linear optical material which satisfies the composition without harmful UV absorption. One embodiment includes a source of substantially 10 to substantially 30 mol% Y, a source of substantially 10 to substantially 40 mol% M, a source of substantially 15 to substantially 40 mol% Al, and substantially 25 to Forming a mixture comprising substantially 50 mol% boron oxide. If M is Sc, then the source of M is generally scandium oxide; If M is La, then the source of M is usually lanthanum oxide; If M is Yb, then the source of M is generally ytterbium oxide; If M is Lu, then the source of M is generally lutetium oxide. The mixture is heated for a temperature and for a time sufficient to form the NLO material. For example, the heating may include heating the mixture to a first temperature of at least 850 K, generally greater than 850 K. Next, the mixture is cooled. After cooling the mixture is ground (grinded to a fine powder, such as ground to mortar and pestle), and then heated to a second temperature of at least 1300 K, generally greater than 1300 K. .

이러한 결정질 물질을 형성하기 위한 다른 방법은, 도 1에 도시된 바와 같 이, top seeded solution growth일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 그 방법은 다음 공정을 포함한다:Another method for forming such a crystalline material may be top seeded solution growth, as shown in FIG. 1, but is not limited thereto. The method includes the following processes:

1. 고순도 산화물 분말 및 화학 물질이 적절한 비율로 측정되고 혼합된다.1. High purity oxide powders and chemicals are measured and mixed in appropriate proportions.

2. 혼합물이 도가니에 담겨지고, 용광로에 위치된다.2. The mixture is placed in a crucible and placed in a furnace.

3. 혼합물이 가열되고, 액체로 용융되게 된다.3. The mixture is heated and melted into a liquid.

4. 시간이 흐른 후, 용융 온도가 어는점 부근에 이르게 된다.4. After time passes, the melting temperature is near the freezing point.

5. 콜드 핑거(cold finger) 물질 또는 시드 결정이 결정화를 개시하기 위해 삽입된다.5. Cold finger material or seed crystals are inserted to initiate crystallization.

6. 용융 온도 및 장치 조건이 결정 성장을 촉진하기 위해 수정되고 감시된다.6. Melt temperature and device conditions are modified and monitored to promote crystal growth.

7. 적절한 때, 시스템이 상온으로 낮추어진다.7. When appropriate, the system is lowered to room temperature.

8. 결정이 시스템으로부터 제거된다.8. The decision is removed from the system.

예를 들면, (Y,La)Al3B4O12의 합성이 다음과 같이 수행될 수 있다. 99.9%보다 높은 순도를 갖는 산화 이트륨(Y2O3), 99.9%보다 높은 순도를 갖는 산화 란탄(La2O3), 99.9%보다 높은 순도를 갖는 산화 알루미늄(Al2O3), 및 99.9%보다 높은 순도를 갖는 산화 붕소(B2O3)는, Aesar 및 Stanford Material과 같은 상업적 공급자로부터 구입되었다. 혼합물은, 실질적으로 14 wt% 산화 이트륨, 실질적으로 30 wt% 산화 란탄, 실질적으로 19 wt% 산화 알루미늄, 및 실질적으로 37 wt% 산화 붕소를 포함하여 형성되었다.For example, the synthesis of (Y, La) Al 3 B 4 O 12 can be performed as follows. Yttrium oxide (Y 2 O 3 ) with purity higher than 99.9%, Lanthanum oxide (La 2 O 3 ) with purity higher than 99.9%, Aluminum oxide (Al 2 O 3 ) with purity higher than 99.9%, and 99.9 Boron oxide (B 2 O 3 ) with a purity higher than% was purchased from commercial suppliers such as Aesar and Stanford Material. The mixture was formed comprising substantially 14 wt% yttrium oxide, substantially 30 wt% lanthanum oxide, substantially 19 wt% aluminum oxide, and substantially 37 wt% boron oxide.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일정한 실시예는, 비선형 광학(NLO) 디바이스 및 전기 광학 디바이스 및 350 nm 이하에서 그러한 디바이스를 채용하는 능력에 관한 것이다. 본 발명의 어떠한 실시예는, 일반적 공식 Y(1-x)MxAl3B4O12(M=Sc, La, 또는 Lu 이고, 0≤x≤0.1 mol%)를 만족하고, 전자기 스펙트럼의 자외선(UV) 영역에서의 이용을 방해하는 오염물질 없이 준비되는 비선형 광학 물질에 관한 것이다.As mentioned above, certain embodiments of the present invention relate to nonlinear optical (NLO) devices and electro-optical devices and the ability to employ such devices at 350 nm or less. Certain embodiments of the present invention satisfy the general formula Y (1-x) M x Al 3 B 4 O 12 (M = Sc, La, or Lu, 0 ≦ x ≦ 0.1 mol%), It relates to a nonlinear optical material prepared without contaminants that interfere with its use in the ultraviolet (UV) region.

본 발명의 어떠한 실시예에 따르면, 비선형 광학 물질 Y(1-x)MxAl3B4O12(M=Sc, La, 또는 Lu 이고, 0≤x≤0.1)는, 350 nm 이하에서 작동하는 NLO 디바이스에 이용된다. 다른 예에 의하면, 비선형 광학 물질은, 350 nm 이하의 광학 방사선을 발생하는 디바이스용 레이저원과 함께 이용된다. 또 다른 예에 의하면, 비선형 광학 물질은, 350 nm 이하의 광학 방사선을 발생하는 디바이스용 광원과 함께 이용된다. 또 다른 예에 의하면, 비선형 광학 물질은, 350 nm 이하에서의 이용을 위해 삼방정계(trigonal crystal class)에서 형성된다. 또 다른 예에 의하면, 비선형 광학 물질은, 350 nm 이하에서의 이용을 위해 공간군 R32에서 형성된다.According to some embodiments of the invention, the nonlinear optical material Y (1-x) M x Al 3 B 4 O 12 (M = Sc, La, or Lu, 0 ≦ x ≦ 0.1) operates at 350 nm or less Is used for NLO devices. In another example, a nonlinear optical material is used with a laser source for a device that generates optical radiation of 350 nm or less. In another example, the nonlinear optical material is used with a light source for devices that generates optical radiation of 350 nm or less. In another example, the nonlinear optical material is formed in a trigonal crystal class for use at 350 nm or less. In another example, the nonlinear optical material is formed in space group R32 for use at 350 nm or less.

본 발명의 일정한 실시예에 의하면, 비선형 광학 물질은, Yb(1-x)MxAl3B4O12(M=Sc, La, 또는 Lu 이고, 0≤x≤0.1) 또는 Lu(1-x)MxAl3B4O12(M=Sc, La, 또는 Lu 이고, 0≤x≤0.1)를 만족한다. 어떤 실시예에 의하면, 비선형 광학 물질 Y(1-x)MxAl3B4O12, Yb(1-x)MxAl3B4O12, 또는 Lu(1-x)MxAl3B4O12는 Ce 및/또는 Nd로 도프된다. 일정한 실시예에 의하면, 비선형 광학 물질은, Y(1-x)MxAl3B4O12 또는 Lu(1-x)MxAl3B4O12 는, Ce, Nd, 및/또는 Yb로 도프된다.According to certain embodiments of the invention, the non-linear optical material is Yb (1-x) M x Al 3 B 4 O 12 (M = Sc, La, or Lu, 0 ≦ x ≦ 0.1) or Lu (1- x) M x Al 3 B 4 O 12 (M = Sc, La, or Lu, and 0 ≦ x ≦ 0.1) is satisfied. According to some embodiments, the nonlinear optical material Y (1-x) M x Al 3 B 4 O 12 , Yb (1-x) M x Al 3 B 4 O 12 , or Lu (1-x) M x Al 3 B 4 O 12 is doped with Ce and / or Nd. According to certain embodiments, the non-linear optical material is selected from Y (1-x) M x Al 3 B 4 O 12 or Lu (1-x) M x Al 3 B 4 O 12 is Ce, Nd, and / or Yb Is doped.

상술한 바와 같이, NYAB는 제한된 양에서 쓸모가 있을 수 있지만, YAB의 순수 형태는 상업적으로 생산되지 못했다. 종래의 생산 방법은, 대량의 비화학양론적 금속 오염물질을 함유하고 표준 이하의 결정 품질을 나타내는 작은 결정을 산출한다. 게다가, 이용된 용매는, 350 nm 이하의 UV에서 디바이스 작동을 방해하는 상당량의 오염 물질을 삽입한다. Leonyuk & Leonyuk(1995)에 의한 훈타이트 보레이트에 관한 연구의 개요는, 몰리브덴산 칼륨(potasium molybdates) K2MoO4 및 K2Mo3O10이란 이름의, YAB 및 그 계열 멤버를 생산하는 방법으로서 종국적으로 남아 있는 플럭스 시스템을 설명했다. 불행하게도, 이 용매 공식들은, 큰 규모의 결정 성장에 대한 심각한 한계를 갖고 있다: a) 높은 플럭스 휘발성, b) 작은 결정 산출, 및 c) 목적이 되는 보레이트 훈타이트 구조물에 상당 함유된 Mo 원자. 따라서, 순수 YAB의 상업적 결정 생산이 일어나지 않았고, NLO 결정이 레이저 생산품에 적용되지도 못했다.As noted above, NYAB may be useful in limited quantities, but pure forms of YAB have not been produced commercially. Conventional production methods yield small crystals containing large amounts of nonstoichiometric metal contaminants and exhibiting substandard crystal quality. In addition, the solvent used inserts a significant amount of contaminants that interfere with device operation in UV below 350 nm. An overview of the study on huntite borate by Leonyuk & Leonyuk (1995) is a method of producing YAB and its family members, named potassium molybdates K 2 MoO 4 and K 2 Mo 3 O 10 . The flux system that ultimately remained was described. Unfortunately, these solvent formulas have serious limitations for large-scale crystal growth: a) high flux volatility, b) small crystal yield, and c) Mo atoms contained in the desired borate-huntite structure. Thus, no commercial crystal production of pure YAB occurred, and no NLO crystals were applied to the laser product.

AxM(1-x)Al3B4O12(여기에서, 0≤x≤0.1, A=(Sc, Y, La, Yb, Lu), M=(Sc, Y, La, Yb, Lu))를 만족하는 비선형 광학 물질을 생산하고 활용하는 것이, 본 발명의 일정한 실시예의 목적이고, 이는 UV 스펙트럼에서 디바이스 이용을 불가능하게 하는 오염물질을 제거하거나 상당히 감소시키는 방법에 의해 제조된다. 더욱 상세하게는, 본 발명의 어떤 실시예는, 350 nm 이하의 UV에서 유용하도록, 디바이스 내에 존재하는 것으로부터 6족 원소와 같은 금속을 실질적으로 배제한다. Mo와 같은 6족 불 순물의 함유를 피하는 것은, 선택된 보레이트 훈타이트의 UV 투과를 확장한다. 또한, 초기 결정 구성에서 부적절한 금속의 부재는, 165 내지 2700 nm와 같이 전체 투명도 범위에 걸쳐, 전반적인 대량의 스펙트럼 흡수를 감소시킨다. 여기서 설명된 실시예로, 이전에는 과학자 사회에서 알려지지 않았고 특성화되지 않았던, 내재적 투명도가 실현될 수 있다.A x M (1-x) Al 3 B 4 O 12 (where 0 ≦ x ≦ 0.1, A = (Sc, Y, La, Yb, Lu), M = (Sc, Y, La, Yb, Lu It is an object of certain embodiments of the present invention to produce and utilize nonlinear optical materials that satisfy)), which are produced by methods of removing or significantly reducing contaminants that render the device unavailable in the UV spectrum. More specifically, certain embodiments of the present invention substantially exclude metals, such as Group 6 elements, from those present in the device to be useful in UV below 350 nm. Avoiding the inclusion of Group 6 impurities such as Mo extends the UV transmission of the selected borate hunite. In addition, the absence of inadequate metals in the initial crystal configuration reduces the overall mass absorption of spectral over the entire transparency range, such as 165-2700 nm. With the embodiments described herein, inherent transparency, previously unknown and uncharacterized in the scientific community, can be realized.

상술한 바와 같이, UV 흡수 없이, AxM(1-x)Al3B4O12(여기에서, 0≤x≤0.1, A=(Sc, Y, La, Yb, Lu), M=(Sc, Y, La, Yb, Lu))를 만족하는 비선형 광학 물질을 만드는 방법을 제공하는 것이, 본 발명의 어떤 실시예의 목적이다. 일실시예는, 실질적으로 10 내지 실질적으로 30 mol%의 A의 소스, 실질적으로 10 내지 실질적으로 40 mol%의 M, 실질적으로 15 내지 실질적으로 40 mol%의 Al의 소스, 및 실질적으로 25 내지 실질적으로 50 mol%의 산화 붕소를 포함하는 혼합물을 형성하는 단계를 포함한다. 만일 A나 M이 Sc라면, 다음으로 A나 M의 소스는 일반적으로 산화 스칸듐이다; 만일 A나 M이 Y라면, 다음으로 A나 M의 소스는 일반적으로 산화 이트륨이다; 만일 A나 M이 La이라면, 다음으로 A나 M의 소스는 일반적으로 산화 란탄이다; 만일 A나 M이 Yb라면, 다음으로 A나 M의 소스는 일반적으로 산화 이테르븀이다; 만일 A나 M이 Lu라면, 다음으로 A나 M의 소스는 일반적으로 산화 루테튬이다. 혼합물은, NLO 물질을 형성하기에 충분한 온도 및 시간 동안 가열된다. 예를 들면, 가열하는 단계는, 850 K 이상, 일반적으로는 실질적으로 850 K 보다 큰, 제1 온도로 혼합물을 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 다음으로 혼합물은 냉각된다. 냉각 후에 혼합물은 분쇄되고(모르타르(mortar) 및 페슬(pestle)로 갈아지는 것과 같이 미세한 분말로 갈아진다), 다음으로 1300 K 이상, 일반적으로는 실질적으로 1300 K 보다 큰, 제2 온도로 가열된다.As described above, without UV absorption, A x M (1-x) Al 3 B 4 O 12 (where 0 ≦ x ≦ 0.1, A = (Sc, Y, La, Yb, Lu), M = ( It is an object of certain embodiments of the present invention to provide a method of making a nonlinear optical material that satisfies Sc, Y, La, Yb, Lu). One embodiment includes a source of substantially 10 to substantially 30 mol% A, a source of substantially 10 to substantially 40 mol% M, a source of substantially 15 to substantially 40 mol% Al, and substantially 25 to Forming a mixture comprising substantially 50 mol% boron oxide. If A or M is Sc, then the source of A or M is generally scandium oxide; If A or M is Y, then the source of A or M is usually yttrium oxide; If A or M is La, then the source of A or M is generally lanthanum oxide; If A or M is Yb, then the source of A or M is usually ytterbium oxide; If A or M is Lu, then the source of A or M is usually lutetium oxide. The mixture is heated for a temperature and for a time sufficient to form the NLO material. For example, the heating may include heating the mixture to a first temperature of at least 850 K, generally greater than 850 K. Next, the mixture is cooled. After cooling the mixture is ground (grinded to a fine powder, such as ground to mortar and pestle), and then heated to a second temperature of at least 1300 K, generally greater than 1300 K. .

상술한 바와 같이, 도 1은, 본 발명의 일실시예에 따른 광학 화합물을 만드는 단순화된 방법이다. 이 다이아그램은, 단지 일례일 뿐이며, 그것이 청구범위를 부당하게 제한해서는 안 된다. 당업자는 많은 변형, 대안, 및 수정을 인식할 것이다. 방법 100은, 화학 물질을 측정하고 혼합하는 공정 110, 도가니 및 용광로로 혼합물을 이동시키는 공정 120, 혼합물을 용융하는 공정 130, 결정화를 위한 용광로 조건을 최적화시키는 공정 140, 시드를 삽입하고 결정화를 시작하는 공정 150, 및 시스템을 냉각시키고 결정을 추출하는 공정 160을 포함한다. 비록 상기한 것은 공정의 선택된 시퀀스를 이용하여 나타냈지만, 많은 대안, 수정, 및 변형이 있을 수 있다. 예를 들면, 공정 중 어떤 것이 확장되고/확장되거나 결합될 수 있다. 다른 공정이 상술한 것들에 삽입될 수 있다. 실시예에 따르면, 공정의 특정 시퀀스는, 대체된 다른 것들과 교체될 수 있다. 예를 들면, 공정 150이 자발적 핵생성(spontaneous nucleation)을 이용하거나, 용융 표면에 콜드 핑거를 삽입하는 종래의 광학 결정 성장 과정을 이용하도록 수정된다. 이 과정의 보다 상세한 설명은, 본 명세서, 특히 다음을 통해 이루어진다.As described above, FIG. 1 is a simplified method of making an optical compound according to an embodiment of the present invention. This diagram is merely an example and it should not unduly limit the claims. Those skilled in the art will recognize many variations, alternatives, and modifications. Method 100 includes step 110 for measuring and mixing chemicals, step 120 for moving the mixture to the crucible and furnace, step 130 for melting the mixture, step 140 for optimizing the furnace conditions for crystallization, inserting seeds and starting crystallization. Process 150, and process 160 for cooling the system and extracting the crystals. Although the foregoing has been represented using a selected sequence of processes, there may be many alternatives, modifications, and variations. For example, any of the processes can be expanded and / or combined. Other processes may be inserted in those described above. According to an embodiment, the particular sequence of the process may be replaced with others replaced. For example, process 150 is modified to use spontaneous nucleation or to use a conventional optical crystal growth process that inserts a cold finger into the molten surface. A more detailed description of this process is made here, in particular through the following.

공정 110에서, 일정한 화학 물질이 측정되고 혼합된다. 예를 들면, 고순도 산화물 분말 및 화학 물질은, 적절한 비율로 측정되고 혼합된다. 공정 120에서, 혼합물은 도가니 및 용광로로 이동된다. 예를 들면, 혼합물은 도가니에 담겨져, 용광로에 위치된다. 공정 130에서, 혼합물은 용융된다. 예를 들면, 혼합물은 가열되고 액체로 용융되게 된다.In step 110, certain chemicals are measured and mixed. For example, high purity oxide powders and chemicals are measured and mixed in appropriate proportions. In process 120, the mixture is transferred to a crucible and a furnace. For example, the mixture is placed in a crucible and placed in a furnace. In step 130, the mixture is melted. For example, the mixture is heated and melted into a liquid.

공정 140에서, 용광로 조건은 결정화를 위해 최적화된다. 예를 들면, 일정 시간 후에, 용융 온도는 어는점 부근에 이르게 된다. 공정 150에서, 시드가 삽입되고, 결정화가 시작된다. 예를 들면, 시드 결정은 결정화를 개시하기 위해 삽입된다. 다른 예에 의하면, 공정 150은, 결정화를 개시하기 위해 콜드 핑거 물질을 이용하도록 수정된다. 또 다른 예에 의하면, 공정 150은 결정화를 개시하기 위해 자발적 핵생성을 이용하도록 수정된다. 또한, 용융 온도 및 장치 조건은, 결정 성장을 촉진하기 위해 수정되고 감시된다. 공정 160에서, 시스템이 냉각되고, 결정이 추출된다. 예를 들면, 적절한 때, 시스템은 상온으로 낮추어진다. 결정이 시스템으로부터 제거되고, 테스트나 그 이상의 프로세싱을 할 준비가 된다.In process 140, the furnace conditions are optimized for crystallization. For example, after a certain time, the melting temperature is near the freezing point. In step 150, seeds are inserted and crystallization begins. For example, seed crystals are inserted to initiate crystallization. In another example, process 150 is modified to use a cold finger material to initiate crystallization. In another example, process 150 is modified to use spontaneous nucleation to initiate crystallization. In addition, the melting temperature and device conditions are modified and monitored to promote crystal growth. In step 160, the system is cooled and crystals are extracted. For example, when appropriate, the system is lowered to room temperature. The decision is removed from the system and ready for testing or further processing.

방법 100에 대한 예로서, Y(1-x)LaxAl3B4O12 (여기에서, 0≤x≤0.1)의 합성이 다음과 같이 수행된다: As an example for method 100, the synthesis of Y (1-x) La x Al 3 B 4 O 12 (where 0 ≦ x ≦ 0.1) is carried out as follows:

공정 110에서 99.9%보다 높은 순도를 갖는 산화 이트륨(Y2O3), 99.9%보다 높은 순도를 갖는 산화 란탄(La2O3), 99.9%보다 높은 순도를 갖는 산화 알루미늄(Al2O3), 및 99.9%보다 높은 순도를 갖는 산화 붕소(B2O3)가 획득된다. 예를 들면, 이 화학 물질은 Aesar 및 Stanford Materials와 같은 상업적 공급자로부터 획득된다. 혼합물은, 실질적으로 14 wt% Y2O3, 실질적으로 30 wt% La2O3, 실질적으로 19 wt% Al2O3, 및 실질적으로 37 wt% B2O3를 포함하여 형성된다.Yttrium oxide (Y 2 O 3 ) with purity higher than 99.9%, lanthanum oxide (La 2 O 3 ) with purity higher than 99.9%, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) with higher purity than 99.9% in process 110 And boron oxide (B 2 O 3 ) having a purity higher than 99.9% is obtained. For example, this chemical is obtained from commercial suppliers such as Aesar and Stanford Materials. The mixture is formed comprising substantially 14 wt% Y 2 O 3 , substantially 30 wt% La 2 O 3 , substantially 19 wt% Al 2 O 3 , and substantially 37 wt% B 2 O 3 .

공정 120에서, 혼합물은 도가니에 담겨지고 공기 분위기가 제어되는 고온의 용광로에 위치된다. 예를 들면, 주위 또는 불활성의 공기 중 어느 하나면 만족스럽다. 공정 130에서, 혼합물은 12시간 내에 상온으로부터 1450 내지 1575 K 범위의 다른 온도로 가열된다. 결과적인 용융은, 실질적으로 1 내지 3일 동안 다른 온도에서 잠기도록 한다.In process 120, the mixture is placed in a crucible and a hot furnace in which the air atmosphere is controlled. For example, either ambient or inert air is satisfactory. In process 130, the mixture is heated to another temperature in the range of 1450 to 1575 K from room temperature within 12 hours. The resulting melt is allowed to soak at another temperature for substantially one to three days.

공정 140에서, 액체 혼합물은 20 K/hour의 속도로, 어는점 부근의 온도로 냉각된다. 예를 들면, 온도는 실질적으로 1475 내지 1400 K의 범위를 갖는다. 그 온도에서, 혼합물은 실질적으로 8 시간 동안 보유된다. 공정 150에서, 자발적 핵생성에 의해, 또는 용융 표면으로 결정질의 시드나 콜드 핑거를 삽입하는 종래의 광학 결정 성장 과정을 이용함으로써, 실질적으로 1-5 K/day의 속도로 1300 K의 최종 온도로 냉각되는 동안, 생산물이 형성하기 시작한다. 또한, 성장 과정 동안, 용융 온도 및 장치 조건이 감시되고, 결정 성장을 촉진하도록 작동기 및/또는 용광로의 자동 제어 시스템에 의해 선택적으로 수정된다.In step 140, the liquid mixture is cooled to a temperature near freezing point at a rate of 20 K / hour. For example, the temperature is substantially in the range 1475-1400 K. At that temperature, the mixture is held for substantially 8 hours. In step 150, by a spontaneous nucleation, or by using a conventional optical crystal growth process to insert crystalline seeds or cold fingers into the molten surface, at a final temperature of 1300 K at a rate of 1-5 K / day While cooling, the product begins to form. In addition, during the growth process, the melting temperature and apparatus conditions are monitored and optionally modified by an automatic control system of the actuator and / or the furnace to promote crystal growth.

공정 160에서, 다음으로 시스템은, 실질적으로 50 K/hour의 냉각 속도로 상온으로 냉각된다. Y(1-x)LaxAl3B4O12 (여기에서, 0≤x≤0.1)의 무색 투명한 결정이 획득되고 용광로로부터 제거된다.In step 160, the system is then cooled to room temperature at a cooling rate of substantially 50 K / hour. Colorless transparent crystals of Y (1-x) La x Al 3 B 4 O 12 (where 0 ≦ x ≦ 0.1) are obtained and removed from the furnace.

방법 100에 대한 또 다른 예에 의하면, Lu(1-x)LaxAl3B4O12(여기에서, 0≤x≤0.1)의 합성은, 다음과 같이 수행된다:According to another example for method 100, the synthesis of Lu (1-x) La x Al 3 B 4 O 12 (where 0 ≦ x ≦ 0.1) is carried out as follows:

공정 110에서, 99.9%보다 높은 순도를 갖는 산화 루테튬(Lu2O3), 99.9%보다 높은 순도를 갖는 산화 란탄(La2O3), 99.9%보다 높은 순도를 갖는 산화 알루미늄(Al2O3), 및 99.9%보다 높은 순도를 갖는 산화 붕소(B2O3)가 획득된다. 예를 들면, 이 화학 물질은 Aesar 및 Stanford Materials와 같은 상업적 공급자로부터 획득된다. 혼합물은, 실질적으로 21 wt% Lu2O3, 실질적으로 30 wt% La2O3, 실질적으로 16 wt% Al2O3, 및 실질적으로 34 wt% B2O3를 포함하여 형성된다.In process 110, lutetium oxide (Lu 2 O 3 ) with a purity higher than 99.9%, lanthanum oxide (La 2 O 3 ) with a purity higher than 99.9%, aluminum oxide (Al 2 O 3 with a purity higher than 99.9% ) And boron oxide (B 2 O 3 ) having a purity higher than 99.9%. For example, this chemical is obtained from commercial suppliers such as Aesar and Stanford Materials. The mixture is formed comprising substantially 21 wt% Lu 2 O 3 , substantially 30 wt% La 2 O 3 , substantially 16 wt% Al 2 O 3 , and substantially 34 wt% B 2 O 3 .

공정 120에서, 혼합물이 도가니에 담겨지고, 3000 ppm보다 크거나 같은 산소의 부분 압력으로 질소의 공기 분위기가 제어되는 고온의 용광로로 위치된다. 공정 130에서, 혼합물은 12시간 내에, 상온으로부터 1450 내지 1575 K의 범위를 갖는 다른 온도로 가열된다. 결과적인 용융은, 실질적으로 1 내지 3일 동안 다른 온도에서 잠기도록 한다.In process 120, the mixture is placed in a crucible and placed in a high temperature furnace where the air atmosphere of nitrogen is controlled at a partial pressure of oxygen greater than or equal to 3000 ppm. In process 130, the mixture is heated to another temperature in the range of 1450 to 1575 K from room temperature within 12 hours. The resulting melt is allowed to soak at another temperature for substantially one to three days.

공정 140에서, 액체 혼합물은, 어는점 부근의 온도로 20 K/hour의 속도로 냉각된다. 예를 들면, 온도는 실질적으로 1475 내지 1400 K의 범위를 갖는다. 그 온도에서, 혼합물은 실질적으로 8시간 동안 보유된다. 공정 150에서, 자발적 핵생성에 의해, 또는 용융 표면으로 결정질의 시드나 콜드 핑거를 삽입하는 종래의 광학 결정 성장 과정을 이용함으로써, 실질적으로 1-5 K/day의 속도로 1275 K의 최종 온도로 냉각되는 동안, 생산물이 형성하기 시작한다. 또한, 성장 과정 동안, 용융 온도 및 장치 조건이 감시되고, 결정 성장을 촉진하도록 작동기 및/또는 용광로의 자동 제어 시스템에 의해, 선택적으로 수정된다.In step 140, the liquid mixture is cooled at a rate of 20 K / hour to a temperature near the freezing point. For example, the temperature is substantially in the range 1475-1400 K. At that temperature, the mixture is held for substantially 8 hours. In step 150, by spontaneous nucleation, or by using a conventional optical crystal growth process that inserts crystalline seeds or cold fingers into the molten surface, at a final temperature of 1275 K substantially at a rate of 1-5 K / day. While cooling, the product begins to form. In addition, during the growth process, the melting temperature and apparatus conditions are monitored and optionally modified by an automatic control system of the actuator and / or the furnace to promote crystal growth.

공정 160에서, 다음으로 시스템은 실질적으로 50 K/hour의 냉각 속도로 상온으로 냉각된다. Lu(1-x)LaxAl3B4O12 (여기에서, 0≤x≤0.1)의 무색 투명한 결정이 획득되고 용광로로부터 제거된다.In process 160, the system is then cooled to room temperature at a cooling rate of substantially 50 K / hour. Colorless transparent crystals of Lu (1-x) La x Al 3 B 4 O 12 (where 0 ≦ x ≦ 0.1) are obtained and removed from the furnace.

방법 100에 대한 또 다른 예에 의하면, Sc(1-x)LaxAl3B4O12(여기에서, 0≤x≤0.1)의 합성은, 다음과 같이 수행된다:According to another example for method 100, the synthesis of Sc (1-x) La x Al 3 B 4 O 12 (where 0 ≦ x ≦ 0.1) is carried out as follows:

공정 110에서, 99.9%보다 높은 순도를 갖는 산화 스칸듐(Sc2O3), 99.9%보다 높은 순도를 갖는 산화 란탄(La2O3), 99.9%보다 높은 순도를 갖는 산화 알루미늄(Al2O3), 및 99.9%보다 높은 순도를 갖는 산화 붕소(B2O3)가 획득된다. 예를 들면, 이 화학 물질은 Aesar 및 Stanford Materials와 같은 상업적 공급자로부터 획득된다. 혼합물은, 실질적으로 8 wt% Sc2O3, 실질적으로 34 wt% La2O3, 실질적으로 18 wt% Al2O3, 및 실질적으로 39 wt% B2O3를 포함하여 형성된다.In process 110, scandium oxide (Sc 2 O 3 ) with a purity higher than 99.9%, lanthanum oxide (La 2 O 3 ) with a purity higher than 99.9%, aluminum oxide (Al 2 O 3 with a purity higher than 99.9% ) And boron oxide (B 2 O 3 ) having a purity higher than 99.9%. For example, this chemical is obtained from commercial suppliers such as Aesar and Stanford Materials. The mixture is formed comprising substantially 8 wt% Sc 2 O 3 , substantially 34 wt% La 2 O 3 , substantially 18 wt% Al 2 O 3 , and substantially 39 wt% B 2 O 3 .

공정 120에서, 혼합물이 도가니에 담겨지고, 공기 분위기가 제어되는 고온의 용광로로 위치된다. 예를 들면, 대기 또는 질소 분위기 중 어느 하나면 만족스럽다. 공정 130에서, 혼합물은 12시간 내에, 상온으로부터 1475 내지 1600 K의 범위를 갖는 다른 온도로 가열된다. 결과적인 용융은, 실질적으로 1 내지 3일 동안 온도에서 잠기도록 한다.In step 120, the mixture is placed in a crucible and placed in a hot furnace in which the air atmosphere is controlled. For example, either atmospheric or nitrogen atmosphere is satisfactory. In process 130, the mixture is heated to another temperature in the range of 1475 to 1600 K from room temperature within 12 hours. The resulting melt is allowed to soak at temperature for substantially 1 to 3 days.

공정 140에서, 액체 혼합물은, 어는점 부근의 온도로 20 K/hour의 속도로 냉 각된다. 예를 들면, 온도는 1500 내지 1425 K의 범위를 갖는다. 그 온도에서, 혼합물은 실질적으로 8시간 동안 보유된다. 공정 150에서, 자발적 핵생성에 의해, 또는 용융 표면으로 결정질의 시드나 콜드 핑거를 삽입하는 종래의 광학 결정 성장 과정을 이용함으로써, 실질적으로 1-5 K/day의 속도로 1300 K의 최종 온도로 냉각되는 동안, 생산물이 형성하기 시작한다. 또한, 성장 과정 동안, 용융 온도 및 장치 조건이 감시되고, 결정 성장을 촉진하도록 작동기 및/또는 용광로의 자동 제어 시스템에 의해, 선택적으로 수정된다.In step 140, the liquid mixture is cooled at a rate of 20 K / hour to a temperature near the freezing point. For example, the temperature is in the range of 1500-1425 K. At that temperature, the mixture is held for substantially 8 hours. In step 150, by a spontaneous nucleation, or by using a conventional optical crystal growth process to insert crystalline seeds or cold fingers into the molten surface, at a final temperature of 1300 K at a rate of 1-5 K / day While cooling, the product begins to form. In addition, during the growth process, the melting temperature and apparatus conditions are monitored and optionally modified by an automatic control system of the actuator and / or the furnace to promote crystal growth.

공정 160에서, 다음으로 시스템은 실질적으로 50 K/hour의 냉각 속도로 상온으로 냉각된다. Sc(1-x)LaxAl3B4O12(여기에서, 0≤x≤0.1)의 무색 투명한 결정이 획득되고 용광로로부터 제거된다.In process 160, the system is then cooled to room temperature at a cooling rate of substantially 50 K / hour. Colorless transparent crystals of Sc (1-x) La x Al 3 B 4 O 12 (where 0 ≦ x ≦ 0.1) are obtained and removed from the furnace.

도 2는, 본 발명의 일실시예에 따른 광학 화합물에 대한 단순화된 이미지이다. 이 다이아그램은 단지 예시일뿐이며, 특허청구범위를 부당하게 제한해서는 안 된다. 당업자는 많은 변형, 대안, 및 수정을 인식할 것이다. 광학 화합물은, 상술한 바와 같은 방법 100에 의해 만들어진, YxLayAl3B4O12(여기에서, 0≤x, 0≤y, 및 x+y≤1)를 포함한다. 합성은, 산화 이트륨(Y2O3), 산화 란탄(La2O3), 산화 알루미늄(Al2O3), 및 산화 붕소(B2O3)로 시작한다. 도 2에 나타난 바와 같이, 6×6×7 mm 결정은 충분히 크고, 레이저 빛 수정 디바이스에서 기능할 수 있는 광학적으로 투명한 면을 갖는다.2 is a simplified image of an optical compound according to an embodiment of the present invention. This diagram is merely an example and should not unduly limit the scope of the claims. Those skilled in the art will recognize many variations, alternatives, and modifications. The optical compound comprises Y x La y Al 3 B 4 O 12 (where 0 ≦ x, 0 ≦ y, and x + y ≦ 1), made by method 100 as described above. Synthesis begins with yttrium oxide (Y 2 O 3 ), lanthanum oxide (La 2 O 3 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and boron oxide (B 2 O 3 ). As shown in FIG. 2, the 6 × 6 × 7 mm crystal is large enough and has an optically transparent surface that can function in a laser light crystal device.

도 3은, 본 발명의 일실시예에 따른 광학 화합물에 대한 투과 특성을 도시하 는 단순화된 다이아그램이다. 이 다이아그램은 단지 예시일뿐이며, 특허청구범위를 부당하게 제한해서는 안 된다. 당업자는 많은 변형, 대안, 및 수정을 인식할 것이다. 광학 화합물은, 상술한 바와 같은 방법 100에 의해 만들어진, Y(1-x)LaxAl3B4O12(여기에서, 0≤x≤0.1)를 포함한다. 합성은, 산화 이트륨(Y2O3), 산화 란탄(La2O3), 산화 알루미늄(Al2O3), 및 산화 붕소(B2O3)로 시작한다. 도 3에 나타난 바와 같이, 곡선 300은, 파장의 함수로서 투과 퍼센트를 나타낸다. 투과 퍼센트는, 350 nm부터 실질적으로 175 nm까지 비교적 일정하게 유지된다.3 is a simplified diagram illustrating the transmission characteristics for an optical compound according to one embodiment of the present invention. This diagram is merely an example and should not unduly limit the scope of the claims. Those skilled in the art will recognize many variations, alternatives, and modifications. The optical compound comprises Y (1-x) La x Al 3 B 4 O 12 , wherein 0 ≦ x ≦ 0.1, made by method 100 as described above. Synthesis begins with yttrium oxide (Y 2 O 3 ), lanthanum oxide (La 2 O 3 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and boron oxide (B 2 O 3 ). As shown in FIG. 3, curve 300 shows the percent transmission as a function of wavelength. The transmission percentage remains relatively constant from 350 nm to substantially 175 nm.

도 4는, 본 발명의 일실시예에 따른 광학 화합물에 의한 주파수 변환을 도시하는 단순화된 다이아그램이다. 이 다이아그램은 단지 예시일뿐이며, 특허청구범위를 부당하게 제한해서는 안 된다. 당업자는 많은 변형, 대안, 및 수정을 인식할 것이다. 광학 화합물은, 상술한 바와 같은 방법 100에 의해 만들어진, Y(1-x)LaxAl3B4O12(여기에서, 0≤x≤0.1)를 포함한다. 합성은, 산화 이트륨(Y2O3), 산화 란탄(La2O3), 산화 알루미늄(Al2O3), 및 산화 붕소(B2O3)로 시작한다. 예를 들면, 광학 화합물은 도 2에 나타난 것과 같은 결정이다. 실험 중에, 실질적으로 532 nm의 파장을 갖는 레이저 펄스가, 6×6×7 mm Y(1-x)LaxAl3B4O12 결정에 가해진다. 그에 응답하여, 결정은, 자외선 방사선에 감도가 강한 이미징 신틸레이터 카드(imaging scintillator card)에 의해 수취된 빛의 빔을 출력한다. 도 4에 나타난 바와 같이, 이미지는, 사진용 필터로 532 nm까지 가리도록 만든 카메라를 이용하여 찍혔 다. 그 이미지에서, 파란 형광(blue fluorescence)이 이미징 신틸레이터 카드상에서 관찰되었다. 그러므로, 자외선은, SHG 공정을 통해 Y(1-x)LaxAl3B4O12 결정에 의해 발생되었고, 이미징 신틸레이터 카드에 의해 감지되었다. 다른 실험에 의하면, 다이크로닉 거울(dichronic mirror)은, 특히 266-nm 빛 투과에 최적화되었고, Y(1-x)LaxAl3B4O12 결정과 이미징 신틸레이터 카드 사이에 위치되었다. 도 4의 것과 유사한 파란 형광이 또한 관찰되었다. 그러므로 266 nm의 자외선이, Y(1-x)LaxAl3B4O12 결정에 의해 발생되었다.4 is a simplified diagram illustrating frequency conversion by an optical compound according to an embodiment of the present invention. This diagram is merely an example and should not unduly limit the scope of the claims. Those skilled in the art will recognize many variations, alternatives, and modifications. The optical compound comprises Y (1-x) La x Al 3 B 4 O 12 , wherein 0 ≦ x ≦ 0.1, made by method 100 as described above. Synthesis begins with yttrium oxide (Y 2 O 3 ), lanthanum oxide (La 2 O 3 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and boron oxide (B 2 O 3 ). For example, the optical compound is a crystal as shown in FIG. 2. During the experiment, a laser pulse having a wavelength of substantially 532 nm is applied to a 6x6x7 mm Y (1-x) La x Al 3 B 4 O 12 crystal. In response, the crystal outputs a beam of light received by an imaging scintillator card that is sensitive to ultraviolet radiation. As shown in FIG. 4, images were taken using a camera made to cover up to 532 nm with a photographic filter. In that image, blue fluorescence was observed on the imaging scintillator card. Therefore, ultraviolet light was generated by Y (1-x) La x Al 3 B 4 O 12 crystals through the SHG process and detected by the imaging scintillator card. According to another experiment, a dichronic mirror, in particular optimized for 266-nm light transmission, was placed between the Y (1-x) La x Al 3 B 4 O 12 crystal and the imaging scintillator card. Blue fluorescence similar to that of FIG. 4 was also observed. Therefore, 266 nm of ultraviolet light was generated by the Y (1-x) La x Al 3 B 4 O 12 crystal.

상술한 바와 같은, 또한 여기서 더 강조된, 방법은 광학 화합물의 다양한 형태를 만드는데 이용될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 350 nm 및 그 미만에서 이용되는 비선형 광학용 화합물은 방법 100에 의해 만들어진다. 화합물은, YAl3B4O12를 포함하는 비선형 광학용 물질을 포함한다. 화합물은, 1000 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 350 nm 및 그 미만에서 이용되는 비선형 광학용 화합물은, 방법 100에 의해 만들어진다. 비선형 광학용 물질을 포함하는 화합물은, Y(1-x)MxAl3B4O12를 포함한다. x는 0 이상, 0.1 이하이고, M은 Sc, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 화합물은 1000 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없다.As described above, and further emphasized herein, the method may be used to make various forms of optical compounds. According to one embodiment of the present invention, the compound for nonlinear optics used at 350 nm and below is made by method 100. The compound includes a material for nonlinear optics comprising YAl 3 B 4 O 12 . The compound is free of molybdenum-containing impurities of at least 1000 ppm. According to another embodiment of the present invention, the compound for nonlinear optics used at 350 nm and below is made by method 100. The compound containing the material for nonlinear optics includes Y (1-x) M x Al 3 B 4 O 12 . x is greater than or equal to 0 and less than or equal to 0.1 and M is selected from the group consisting of Sc, La, Yb, and Lu. The compound is free of more than 1000 ppm molybdenum containing impurities.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 350 nm 및 그 미만에서 이용되는 비선형 광학용 화합물은, 방법 100에 의해 만들어진다. 비선형 광학용 물질을 포함하 는 화합물은, Yb(1-x)MxAl3B4O12를 포함한다. x는 0 이상, 0.1 이하이고, M은 Sc, Y, La, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 화합물은 1000 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 350 nm 및 그 미만에서 이용되는 비선형 광학용 화합물은, 방법 100에 의해 만들어진다. 비선형 광학용 물질을 포함하는 화합물은, Lu(1-x)MxAl3B4O12를 포함한다. x는 0 이상, 0.1 이하이고, M은 Sc, Y, Yb, 및 La로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 화합물은 1000 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 비선형 광학용 물질을 포함하는, 350 nm 및 그 미만에서 이용되는 비선형 광학용 화합물은, Sc(1-x)MxAl3B4O12를 포함한다. x는 0 이상, 0.1 이하이고, M은 Y, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 화합물은 1000 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없다.According to another embodiment of the present invention, the compound for nonlinear optics used at 350 nm and below is made by method 100. Compounds containing nonlinear optics include Yb (1-x) M x Al 3 B 4 O 12 . x is 0 or more and 0.1 or less and M is selected from the group consisting of Sc, Y, La, and Lu. The compound is free of more than 1000 ppm molybdenum containing impurities. According to another embodiment of the present invention, the compound for nonlinear optics used at 350 nm and below is made by method 100. Compounds containing a nonlinear optics material include Lu (1-x) M x Al 3 B 4 O 12 . x is 0 or more and 0.1 or less and M is selected from the group consisting of Sc, Y, Yb, and La. The compound is free of more than 1000 ppm molybdenum containing impurities. According to another embodiment of the invention, the nonlinear optics compound used at 350 nm and below, including the nonlinear optics material, comprises Sc (1-x) M x Al 3 B 4 O 12 . x is 0 or more and 0.1 or less and M is selected from the group consisting of Y, La, Yb, and Lu. The compound is free of more than 1000 ppm molybdenum containing impurities.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 350 nm 및 그 미만에서 이용되는 비선형 광학용 화합물은, 방법 100에 의해 만들어진다. 비선형 광학용 물질을 포함하는 화합물은, AxM(1-x)Al3B4O12를 포함한다. x는 0 이상, 0.1 이하이고, A는 Sc, Y, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택되며, M은 Sc, Y, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 화합물은 1000 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없다. 일실시예에 의하면, M은 La, Lu, Sc, Y, 및 Yb로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함한다. 다른 실시예에 의하면, A는, Sc, Y, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함한다.According to another embodiment of the present invention, the compound for nonlinear optics used at 350 nm and below is made by method 100. The compound containing the nonlinear optics material includes A x M (1-x) Al 3 B 4 O 12 . x is greater than or equal to 0 and less than or equal to 0.1, A is selected from the group consisting of Sc, Y, Yb, and Lu, and M is selected from the group consisting of Sc, Y, La, Yb, and Lu. The compound is free of more than 1000 ppm molybdenum containing impurities. In one embodiment, M comprises one or more selected from the group consisting of La, Lu, Sc, Y, and Yb. According to another embodiment, A includes one or more selected from the group consisting of Sc, Y, La, Yb, and Lu.

상술한 바와 같이, 일정한 실시예에 따르면, 방법 100에 의해 만들어진 광학 화합물의 다양한 형태의 각각은, 1000 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없다. 예를 들면, 화합물은, 500 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없다. 다른 예에 의하면, 화합물은 100 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없다. 또 다른 실시예에 의하면, 화합물은 10 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없다. 또 다른 예에 의하면, 화합물은 1 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없다. 또 다른 예에 의하면, 화합물은 실질적으로 몰리브덴 함유 불순물이 없다. 본 발명의 어떤 실시예에 따르면, 방법 100에 의해 만들어진 광학 화합물의 다양한 형태의 각각은, 화합물이 350 nm 및 그 미만의 비선형 광학에 이용되는 것을 막을 수 있는 1000 ppm 이상의 어떠한 불순물도 없다. 예를 들면, 화합물은 500 ppm 이상의 어떠한 불순물도 없다. 다른 예에 의하면, 화합물은 100 ppm 이상의 어떠한 불순물도 없다. 또 다른 예에 의하면, 화합물은 10 ppm 이상의 어떠한 불순물도 없다. 또 다른 예에 의하면, 화합물은 1 ppm 이상의 어떠한 불순물도 없다. 또 다른 예에 의하면, 화합물은 실질적으로 어떠한 불순물도 없다.As noted above, according to certain embodiments, each of the various forms of optical compounds made by method 100 is free of molybdenum-containing impurities of at least 1000 ppm. For example, the compound is free of molybdenum-containing impurities of 500 ppm or more. In another example, the compound is free of molybdenum-containing impurities of at least 100 ppm. In yet another embodiment, the compound is free of molybdenum containing impurities of at least 10 ppm. In another example, the compound is free of more than 1 ppm molybdenum containing impurities. In another example, the compound is substantially free of molybdenum containing impurities. According to certain embodiments of the present invention, each of the various forms of optical compounds made by method 100 is free of any impurities greater than 1000 ppm that can prevent the compounds from being used for nonlinear optics of 350 nm and below. For example, the compound is free of any impurities above 500 ppm. In another example, the compound is free of any impurities above 100 ppm. In another example, the compound is free of any impurities above 10 ppm. In another example, the compound is free of any impurities above 1 ppm. In another example, the compound is substantially free of any impurities.

상술한 바와 같이, 일정한 실시예에 따르면, 방법 100에 의해 만들어진 광학 화합물의 다양한 형태의 각각은, 실질적으로 0.001 mm3보다 큰 부피를 갖는다. 예를 들면, 화합물은 실질적으로 0.01 mm3보다 큰 부피를 갖는다. 다른 예에 의하면, 화합물은 실질적으로 0.1 mm3보다 큰 부피를 갖는다. 또 다른 예에 의하면, 화합물 은 실질적으로 1 mm3보다 큰 부피를 갖는다.As noted above, according to certain embodiments, each of the various forms of optical compound made by method 100 has a volume substantially greater than 0.001 mm 3 . For example, the compound has a volume substantially greater than 0.01 mm 3 . In another example, the compound has a volume substantially greater than 0.1 mm 3 . In another example, the compound has a volume substantially greater than 1 mm 3 .

어떤 실시예에 따르면, 방법 100에 의해 만들어진 광학 화합물의 다양한 형태가, 350 nm 및 그 미만의 비선형 광학에 이용될 수 있다. 예를 들면, 이용은 실질적으로 350 나노미터 내지 160 nm 범위의 파장과 관련된다. 다른 예에 의하면, 이용은 실질적으로 350 nm 내지 170 nm 범위의 파장과 관련된다. 또 다른 예에 의하면, 이용은 350 나노미터 이하의 광학 방사선을 발생하는 디바이스와 관련된다. 또 다른 예에 의하면, 그 디바이스는, NLO 시스템, 레이저 시스템과 관련된 화합물, 및/또는 광원과 관련된 화합물을 포함한다.According to some embodiments, various forms of optical compounds made by method 100 may be used for nonlinear optics of 350 nm and below. For example, use is associated with wavelengths substantially in the range of 350 nanometers to 160 nm. In another example, the use is associated with a wavelength substantially in the range of 350 nm to 170 nm. According to another example, the use relates to a device generating optical radiation of 350 nanometers or less. In another example, the device comprises a NLO system, a compound associated with a laser system, and / or a compound associated with a light source.

일정한 실시예에 따르면, 방법 100은, 350 nm 및 그 미만에서 이용되는 비선형 광학용 화합물을 만드는데 이용될 수 있다. 예를 들면, 화합물은, 350 nm 이하에서 이용되는 삼방정계, 및/또는 350 nm 이하에서 이용되는 공간군 R32와 관련된다. 다른 예에 의하면, 화합물은 또한, Ce, Nd, 및 Yb로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 도펀트(dopant)를 포함한다. 한 실시예에 의하면, 비선형 광학 물질은 NYAB를 포함한다. 다른 실시예에 의하면, 비선형 광학 물질은 Yb:YAB를 포함한다. 또 다른 실시예에 의하면, 비선형 광학 물질은 Ce:YAB를 포함한다.According to certain embodiments, method 100 may be used to make compounds for nonlinear optics that are used at 350 nm and below. For example, the compounds are associated with trigonal systems used at 350 nm or less, and / or with space group R32 used at 350 nm or less. In another example, the compound also includes a dopant comprising one or more selected from the group consisting of Ce, Nd, and Yb. In one embodiment, the nonlinear optical material comprises NYAB. According to another embodiment, the nonlinear optical material comprises Yb: YAB. According to another embodiment, the nonlinear optical material comprises Ce: YAB.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 350 nm 및 그 미만에서 이용되는 비선형 광학용 화합물을 만드는 방법은, 복수의 물질을 제공하는 단계를 포함한다. 복수의 물질은 란탄 함유 화합물을 포함하고, 란탄 함유 화합물은 가열시 적어도 산 화 란탄으로 분해될 수 있다. 또한, 그 방법은, 적어도 소정의 비율과 관련된 정보에 기초하여 혼합물을 형성하기 위해 복수의 물질을 혼합하는 단계, 결정을 형성하기 위해 혼합물에서 결정화 공정을 시작하는 단계, 및 혼합물로부터 란탄을 포함하는 결정을 제거하는 단계를 포함한다. 예를 들면, 복수의 물질은 산화 란탄을 포함한다. 다른 예에 의하면, 복수의 물질은 산화 붕소를 더 포함한다. 또 다른 예에 의하면, 그 방법은 혼합물을 용광로에 위치시키는 단계를 더 포함한다. 또 다른 예에 의하면, 그 방법은 소정의 제1 온도로 혼합물을 가열하는 단계, 및 소정의 제2 온도로 혼합물을 냉각시키는 단계를 포함한다. 또 다른 예에 의하면, 결정화 공정을 시작하는 단계는, 용융 표면에 결정질의 시드를 삽입하는 단계를 포함한다. 또 다른 예에 의하면, 결정은 AxM(1-x)Al3B4O12를 포함한다. x는 0 이상, 0.1 이하이고, A는 Sc, Y, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택되며, M은 Sc, Y, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 또 다른 예에 의하면, 그 방법은 방법 100에 따라 이행된다.According to another embodiment of the present invention, a method of making a compound for nonlinear optics used at 350 nm and below comprises providing a plurality of materials. The plurality of materials include lanthanum containing compounds, and the lanthanum containing compounds can be decomposed into at least lanthanum oxide upon heating. The method also includes mixing a plurality of materials to form a mixture based on at least information relating to a predetermined ratio, starting a crystallization process in the mixture to form crystals, and lanthanum from the mixture. Removing the crystals. For example, the plurality of materials include lanthanum oxide. In another example, the plurality of materials further comprise boron oxide. In another example, the method further comprises placing the mixture in the furnace. In another example, the method includes heating the mixture to a predetermined first temperature, and cooling the mixture to a predetermined second temperature. In another example, initiating the crystallization process includes inserting a crystalline seed into the molten surface. In another example, the crystal comprises A x M (1-x) Al 3 B 4 O 12 . x is greater than or equal to 0 and less than or equal to 0.1, A is selected from the group consisting of Sc, Y, La, Yb, and Lu, and M is selected from the group consisting of Sc, Y, La, Yb, and Lu. According to another example, the method is implemented according to method 100.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 350 nm 및 그 미만에서 이용되는 비선형 광학용 화합물을 만드는 방법은, 복수의 물질을 제공하는 단계를 포함한다. 복수의 물질은 이트륨 함유 화합물을 포함하고, 이트륨 함유 화합물은 가열시 적어도 산화 이트륨으로 분해될 수 있다. 또한, 그 방법은, 적어도 소정의 비율과 관련된 정보에 기초하여 혼합물을 형성하기 위해 복수의 물질을 혼합하는 단계, 결정을 형성하기 위해 혼합물에서 결정화 공정을 시작하는 단계, 및 혼합물로부터 이트륨을 포함하는 결정을 제거하는 단계를 포함한다. 예를 들면, 복수의 물질은 산화 이트륨을 포함한다. 다른 예에 의하면, 복수의 물질은 산화 붕소를 더 포함한다. 또 다른 예에 의하면, 그 방법은 혼합물을 용광로에 위치시키는 단계를 더 포함한다. 또 다른 예에 의하면, 그 방법은 소정의 제1 온도로 혼합물을 가열하는 단계, 및 소정의 제2 온도로 혼합물을 냉각시키는 단계를 포함한다. 또 다른 예에 의하면, 결정화 공정을 시작하는 단계는, 용융 표면에 결정질의 시드를 삽입하는 단계를 포함한다. 또 다른 예에 의하면, 결정은 AxM(1-x)Al3B4O12를 포함한다. x는 0 이상, 0.1 이하이고, A는 Sc, Y, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택되며, M은 Sc, Y, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 또 다른 예에 의하면, 그 방법은 방법 100에 따라 이행된다.According to yet another embodiment of the present invention, a method of making a compound for nonlinear optics used at 350 nm and below comprises providing a plurality of materials. The plurality of materials include a yttrium containing compound, which may be decomposed into at least yttrium oxide upon heating. The method also includes mixing a plurality of materials to form a mixture based on at least information relating to a predetermined ratio, starting a crystallization process in the mixture to form crystals, and yttrium from the mixture. Removing the crystals. For example, the plurality of materials include yttrium oxide. In another example, the plurality of materials further comprise boron oxide. In another example, the method further comprises placing the mixture in the furnace. In another example, the method includes heating the mixture to a predetermined first temperature, and cooling the mixture to a predetermined second temperature. In another example, initiating the crystallization process includes inserting a crystalline seed into the molten surface. In another example, the crystal comprises A x M (1-x) Al 3 B 4 O 12 . x is greater than or equal to 0 and less than or equal to 0.1, A is selected from the group consisting of Sc, Y, La, Yb, and Lu, and M is selected from the group consisting of Sc, Y, La, Yb, and Lu. According to another example, the method is implemented according to method 100.

본 발명의 다음 추가적인 실시예에 대하여, 나타내는 바와 같은 약어가 이용된다:For the following additional embodiments of the present invention, abbreviations as used are used:

mm : 밀리미터 mm : millimeter

NLO : 비선형 광학 NLO : Nonlinear Optics

nm : 나노미터 nm : nanometer

ppm : parts per million ppm : parts per million

SHG : 2차 고조파 발생 SHG : 2nd harmonic generation

또한 다음의 추가적인 실시예에 대하여, 오직 읽는 사람의 이해를 돕기 위해 다음의 정의가 제공되며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해 되는 용어의 의미보다 좁지 않도록 의도된다.In addition, for the following additional embodiments, the following definitions are provided only to aid the reader in understanding, and are not intended to be narrower than the meaning of the terms understood by one of ordinary skill in the art.

알루미늄- 보레이트 NLO 결정( Aluminum - Borate NLO Crystal ): 알루미늄 및 보레이트를 포함하는 화학식을 갖는 NLO 결정. 알루미늄-보레이트 NLO 결정의 예는, 이트륨, 루테튬, 또는 YAl3(BO3)4, LuAl3(BO3)4, 및 Y(1-x)LuxAl3(BO3)4(여기에서 x는 0보다 큰 정수)와 같은 이들의 조합을 포함하는 화학 구조를 갖는 알루미늄-보레이트 NLO 결정을 포함한다. Aluminum- borate NLO Crystals ( Aluminum - Borate NLO Crystal ): NLO crystal having a chemical formula comprising aluminum and borate. Examples of aluminum-borate NLO crystals are yttrium, lutetium, or YAl 3 (BO 3 ) 4 , LuAl 3 (BO 3 ) 4 , and Y (1-x) Lu x Al 3 (BO 3 ) 4 (where x Comprises an aluminum-borate NLO crystal having a chemical structure comprising a combination thereof, such as an integer greater than zero).

레이저 빔( Laser Beam ): 레이저 디바이스에 의해 생산된 광자의 빔. 레이저 빔은, 예를 들면, 실질적으로 평행성(collimated)이 있고, 실질적으로 단색성(monochromatic)이 있으며, 또한 실질적으로 간섭성(coherent)이 있다. A laser beam (Laser Beam ): Beam of photons produced by the laser device. The laser beam is, for example, substantially collimated, substantially monochromatic, and substantially coherent.

몰리브덴 함유 화합물( Molybdenum - Containing Compound ): 원소 몰리브덴, 또는 산화 몰리브덴과 같은 몰리브덴을 포함하는 화학식을 갖는 화합물. Molybdenum - Containing Compounds Compound ): A compound having a chemical formula comprising elemental molybdenum or molybdenum such as molybdenum oxide.

비선형 광학 결정( Nonlinear Optical Crystal ): 빛 에너지에 응답하여 비선형 분극을 나타내는 결정. 이 결정은, 초기 물질을 포함하고, 또한 하나 또는 그 이상의 2차 물질을 포함할 수 있다. Non-linear optical crystal (Nonlinear Optical Crystal ): A crystal exhibiting nonlinear polarization in response to light energy. This crystal includes the initial material and may also include one or more secondary materials.

초기 물질( Primary Material ): 비선형 광학 특성을 갖는 결정질 화합물. 초기 물질은 NLO 결정에서 결정 격자의 대부분을 형성한다. 초기에 합성되거나 분리된 것과 같은 초기 물질은, 전형적으로 분말 형태로 존재한다. 초기 분말 물질은, 원하는 파장의 빛의 발생 및/또는 방사를 위해 적절한 크기 및 적절한 순도의 NLO 결정을 형성하도록 재결정화되어야 한다. 대신에, 초기 물질은 재결정화 공정 중 에 전구체로부터 형성될 수 있다. Primary substance Material ): A crystalline compound having nonlinear optical properties. Initial materials form most of the crystal lattice in NLO crystals. Initial materials, such as initially synthesized or separated, are typically present in powder form. The initial powder material must be recrystallized to form NLO crystals of appropriate size and of appropriate purity for the generation and / or emission of light of the desired wavelength. Instead, the initial material may be formed from the precursor during the recrystallization process.

전구체 물질( Precursor Material ): 초기 물질을 형성하기 위해 다른 전구체 물질과 결합될 수 있는 물질. 예를 들면, Y2O3, B2O3, 및 Al2O3는, YAl3(BO3)4의 형성을 위한 전구체 물질이다. Precursor materials (Precursor Material ): A material that can be combined with other precursor materials to form an initial material. For example, Y 2 O 3 , B 2 O 3 , and Al 2 O 3 are precursor materials for the formation of YAl 3 (BO 3 ) 4 .

2차 물질( Secondary Material ): 초기 물질 이외에 NLO 결정에 함유된 원소나 화합물. 2차 물질은 (도펀트와 같이) 의도적으로 편입되거나, (오염물질과 같이) 비의도적으로 편입될 수 있다. 2차 물질은, 결정 격자의 구성요소일 수 있거나, 또는 결정 격자 밖에 존재할 수 있다. Secondary material Material ): Elements or compounds contained in NLO crystals other than the initial material. Secondary materials may be intentionally incorporated (such as dopants) or unintentionally incorporated (such as contaminants). The secondary material may be a component of the crystal lattice, or may exist outside the crystal lattice.

전이 금속 함유 화합물( Transition - Metal Containing Compound ): 전이 금속 원소, 또는 산화 전이 금속과 같은 전이 금속을 포함하는 화학식을 갖는 화합물. The transition metal-containing compound (Transition - Metal Containing Compound ): A compound having a chemical formula comprising a transition metal element, or a transition metal such as an oxidized transition metal.

텅스텐 함유 화합물( Tungsten - Containing Compound ): 텅스텐 원소, 또는 산화 텅스텐과 같은 텅스텐을 포함하는 화학식을 갖는 화합물. Tungsten-containing compound (Tungsten - Containing Compound ): A compound having a chemical formula comprising tungsten element or tungsten such as tungsten oxide.

개시된 실시예들은, 비선형 광학 결정, 특히 비선형 광학 결정의 광학 특성을 방해하는 오염 물질과 같은, 알려진 비선형 광학 결정과 관련된, 감소된 양의 일정한 오염 물질을 갖는 비선형 광학 결정과 관계가 있다.The disclosed embodiments relate to nonlinear optical crystals having a reduced amount of constant contaminants associated with known nonlinear optical crystals, such as contaminants that interfere with the nonlinear optical crystals, in particular the optical properties of the nonlinear optical crystals.

여기에서 설명된 것은, NLO 결정의 실시예, 및 이 결정을 만들고 이용하는 방법의 실시예들이다. 설명된 실시예들은, 레이저 적용예를 포함하나 이에 한정되지 않는 다양한 적용예에 유용하다.Described herein are embodiments of an NLO decision, and examples of how to make and use this decision. The described embodiments are useful for a variety of applications, including but not limited to laser applications.

모든 NLO 결정은, 적어도 초기 물질을 갖는 결정 격자를 포함한다. NLO 결 정은, 또한 하나 또는 그 이상의 2차 물질을 포함할 수 있다. 초기 물질은, 예를 들면, 결정의 광학 특성을 변화시키기 위해 다양한 도펀트로 도프된다. 초기 물질의 예는, 다음의 것을 포함하나, 이에 한정되지는 않는다: YAl3(BO3)4, LuAl3(BO3)4, BaB2O4, BaAl2B2O7, K2Al2B2O7, CaAl2B2O7, SrAl2B2O7, TiOPO4, KTiOAsO4, RbTiOPO4, RbTiOAsO4, CsTiOAsO4, LiNbO3, KNbO3, AgGaS2, AgGaSe2, KH2PO4, KD2PO4, NH4PO4, CsH2AsO4, CsD2AsO4, LiIO3, 및 LiTaO3. 이 NLO 물질은, 단독으로 또는 조합하여 이용될 수 있다.All NLO crystals include a crystal lattice with at least an initial material. The NLO decision may also include one or more secondary materials. The initial material is doped with various dopants, for example, to change the optical properties of the crystal. Examples of initial materials include, but are not limited to, YAl 3 (BO 3 ) 4, LuAl 3 (BO 3 ) 4 , BaB 2 O 4 , BaAl 2 B 2 O 7 , K 2 Al 2 B 2 O 7 , CaAl 2 B 2 O 7 , SrAl 2 B 2 O 7 , TiOPO 4 , KTiOAsO 4 , RbTiOPO 4 , RbTiOAsO 4 , CsTiOAsO 4 , LiNbO 3 , KNbO 3 , AgGaS 2 , AgGaSe 2 , KH 2 PO 4 , KD 2 PO 4 , NH 4 PO 4 , CsH 2 AsO 4 , CsD 2 AsO 4 , LiIO 3 , and LiTaO 3 . These NLO materials can be used alone or in combination.

알루미늄-보레이트 NLO 결정 중에서, 이트륨, 루테튬, 또는 YAl3(BO3)4, LuAl3(BO3)4, 및 Y(1-x)LuxAl3(BO3)4(여기에서 x는 0보다 큰 정수)와 같은 이들의 조합을 포함하는 화학 구조를 갖는 알루미늄-보레이트 NLO 결정은 특히, 실질적으로 300nm, 전형적으로는 실질적으로 250 nm, 및 더욱 전형적으로는 실질적으로 175 nm보다 짧은 파장의 빛의 발생 및/또는 방사에, 매우 적합하다.Among the aluminum-borate NLO crystals, yttrium, lutetium, or YAl 3 (BO 3 ) 4 , LuAl 3 (BO 3 ) 4 , and Y (1-x) Lu x Al 3 (BO 3 ) 4 , where x is 0 Aluminum-borate NLO crystals having a chemical structure comprising a combination of these, such as greater integers), in particular, light having a wavelength substantially shorter than 300 nm, typically substantially 250 nm, and more typically substantially 175 nm. It is very suitable for the generation and / or radiation of.

알루미늄-보레이트 NLO 결정을 포함하는 NLO 결정의 활용은, 첫째로 그들의 광학 특성으로부터 파생된다. 원하는 광학 특성을 달성하기 위해, 비교적 연속적인 결정 구조를 갖고 결점이 거의 없는 단결정을 성장시키는 것이 종종 필요하다. 더욱이, 대부분의 적용예는, NLO 단결정이, 예를 들면 레이저와 같은 광학 디바이스에 호환성 있는 결정을 만드는데 충분한 크기와 같은, 일정한 크기가 될 것을 필요로 한다. 어떤 유용한 NLO 결정은, 실질적으로 0.1 mm3, 전형적으로는 실질적으 로 1 mm3, 더욱 전형적으로는 실질적으로 5 mm3 보다 큰 부피를 갖는다.The utilization of NLO crystals, including aluminum-borate NLO crystals, is first derived from their optical properties. In order to achieve the desired optical properties, it is often necessary to grow single crystals with relatively continuous crystal structure and few defects. Moreover, most applications require that the NLO single crystal be of constant size, such as sufficient to make a crystal compatible with an optical device such as a laser, for example. Some useful NLO crystals have a volume substantially greater than 0.1 mm 3 , typically substantially 1 mm 3 , more typically substantially 5 mm 3 .

초기 물질이 적절한 크기 및 순도의 단결정을 형성하기 위해 재결정화되기 전에, 초기 물질은 비결정질 물질 또는 매우 작은 결정을 포함하는 분말 형태로 존재할 수 있다. 재결정화 공정은, 분말 형태의 초기 물질로 시작할 수 있고 또는 대신에, 초기 물질을 형성하기 위해 결합될 수 있는 전구체 물질로 시작할 수 있다. 예를 들면, 혼합물을 형성하기 위해 용매와 전구체 물질을 결합하고, 다음으로 그 혼합물로부터 초기 물질을 결정화하는 것이 가능하다. 유용한 전구체 물질은, 초기 물질의 화학 구조에서 각 원소의 산화물을 포함한다. 예를 들면, YAl3(BO3)4를 형성하는데 있어서, 전구체 물질은 다음을 포함할 수 있다: Y2O3, B2O3, 및 Al2O3. 이 전구체 물질은, 예를 들면 Sigma-Aldrich(St.Louis, Missouri)로부터, 상업적으로 이용할 수 있다.Before the initial material is recrystallized to form single crystals of appropriate size and purity, the initial material may be present in the form of a powder containing amorphous material or very small crystals. The recrystallization process may begin with the precursor material in the form of powder or may instead be combined with the precursor material to form the initial material. For example, it is possible to combine the solvent and precursor material to form a mixture, and then crystallize the initial material from the mixture. Useful precursor materials include oxides of each element in the chemical structure of the initial material. For example, in forming YAl 3 (BO 3 ) 4 , the precursor material may include: Y 2 O 3 , B 2 O 3 , and Al 2 O 3 . This precursor material is commercially available, for example from Sigma-Aldrich (St. Louis, Missouri).

본 명세서는, 전구체 물질, 또는 분말 형태와 같이 NLO 결정 적용예에 적절한 형태로 아직 있지 않은, 즉 가공되지 않은 형태의 초기 물질로부터, 알루미늄-보레이트 NLO 결정과 같이, 유용한 NLO 결정을 성장시키는 방법의 실시예를 설명한다. 어떤 실시예들은, 전구체 물질 또는 초기 물질을 혼합물을 형성하기 위해 용매와 혼합하는 단계를 포함한다. 다음으로 이 혼합물이 냉각되고, 혼합물이 냉각됨에 따라 NLO 결정이 성장한다. 용매는 초기 물질의 원소 성분이 결정 형태로 결합할 수 있는 매개물을 제공한다. 용매 없이, YAl3(BO3)4 및 LuAl3(BO3)4를 포함하는 많은 초기 물질이, 고온에서 일정하지 않게 분해되는 경향이 있다.This disclosure provides methods of growing useful NLO crystals, such as aluminum-borate NLO crystals, from precursor materials, or from initial materials in raw form that are not yet in a form suitable for NLO crystal applications, such as powder form. An Example is described. Some embodiments include mixing a precursor material or initial material with a solvent to form a mixture. This mixture is then cooled and NLO crystals grow as the mixture is cooled. The solvent provides a medium through which the elemental components of the initial material can bind in crystalline form. Without solvents, many initial materials, including YAl 3 (BO 3 ) 4 and LuAl 3 (BO 3 ) 4 , tend to disintegrate unsteadily at high temperatures.

용매는, 전구체 물질의 용해도를 촉진시킴으로써 결정화 공정을 촉진하도록 선택될 수 있다. 전구체 물질이 산성일 때, 용매가 염기성이면 용해도가 커진다. 유사하게, 전구체 물질이 염기성일때, 용매가 산성이면 용해도가 커진다. 용매의 pH는, 용해도를 촉진시키기 위해 조절될 수 있지만, 강알칼리성이나 강산성은 결정 성장에 해로운 효과를 가질 수 있다.The solvent may be selected to promote the crystallization process by promoting solubility of the precursor material. When the precursor material is acidic, the solubility increases if the solvent is basic. Similarly, when the precursor material is basic, the solubility is high if the solvent is acidic. The pH of the solvent may be adjusted to promote solubility, but strong alkalinity or strong acidity may have a detrimental effect on crystal growth.

종래에, 용매는 오로지 결정화 공정에 대한 효과를 위해 선택되었다. 결정은 결정화 공정 중에 용매로부터 분리되기 때문에, 용매의 선택은 공정에 의해 생산된 결정에 대하여 효과가 거의 없거나 전혀 없다고 생각되었다. 놀랍게도, 종래의 용매에 존재하는 일정한 원소가, 이 용매를 포함하는 혼합물로부터 성장한 결정으로 편입된다는 것이 발견되었다. 예를 들면, K2MoO2에서 성장한 YAl3(BO3)4 결정은, 2차 물질로서 산화 몰리브덴을 함유한다. 또한, 비록 작은 양으로 존재할지라도, 이 오염 물질 중 어떤 것은, 이 용매를 포함하는 혼합물로부터 성장한 결정의 광학 특성에 실질적으로 영향을 미칠 수 있다는 것이 발견되었다. 예를 들면, 이 오염 물질은, 원하는 파장의 빛의 발생 및/또는 방사를 방해할 수 있다. 종래의 YAl3(BO3)4 결정은, 결정이 370 nm보다 짧은 파장의 빛을 발생 및/또는 방사하는 것을 막는 오염 물질을 함유한다.In the past, solvents were chosen solely for the effect on the crystallization process. Since the crystals were separated from the solvent during the crystallization process, it was thought that the choice of solvent had little or no effect on the crystals produced by the process. Surprisingly, it has been found that certain elements present in conventional solvents are incorporated into crystals grown from mixtures comprising these solvents. For example, YAl 3 (BO 3 ) 4 crystals grown on K 2 MoO 2 contain molybdenum oxide as a secondary material. It has also been found that even if present in small amounts, any of these contaminants can substantially affect the optical properties of crystals grown from mixtures comprising this solvent. For example, this contaminant may interfere with the generation and / or emission of light of a desired wavelength. Conventional YAl 3 (BO 3 ) 4 crystals contain contaminants that prevent the crystals from generating and / or emitting light of wavelengths shorter than 370 nm.

일정한 오염 물질이 없거나, 또는 적어도 실질적으로 없는 혼합물에서 결정을 성장시킴으로써, 개선된 광학 특성을 갖는 결정을 생산하는 것이 가능하다. 예를 들면, 실질적으로 300 nm, 전형적으로는 실질적으로 250 nm, 또한 더욱 전형적 으로는 실질적으로 175 nm보다 짧은 파장과 같이, 종래의 알루미늄-보레이트 결정으로 획득할 수 없는 짧은 파장의 레이저 빛을 발생 및/또는 방사하는, YAl3(BO3)4 및 LuAl3(BO3)4 결정과 같은, 알루미늄-보레이트 결정을 성장시키는 것이 가능하다.By growing crystals in a mixture free of, or at least substantially free of, certain contaminants, it is possible to produce crystals with improved optical properties. For example, it generates laser light of short wavelengths not obtainable with conventional aluminum-borate crystals, such as wavelengths substantially less than 300 nm, typically substantially 250 nm, and more typically substantially less than 175 nm. And / or it is possible to grow aluminum-borate crystals, such as YAl 3 (BO 3 ) 4 and LuAl 3 (BO 3 ) 4 crystals, which emit.

일정한 오염 물질은, 다른 것보다 NLO 결정의 광학 특성에 더 유해하다. 예를 들면, 어떤 오염 물질은, 실질적으로 300 nm, 전형적으로는 실질적으로 250 nm, 또한 더욱 전형적으로는 실질적으로 175 nm보다 짧은 파장과 같은, 짧은 파장의 빛의 발생 및/또는 방사를 방해한다. 어떤 오염 물질은, NLO 결정이 짧은 파장의 빛을 흡수하는 것을 막고, 따라서 이 짧은 파장에서의 주파수 혼합 공정을 억제한다. 종래의 용매에서 성장한 결정에 편입된 오염 물질 중 어떤 것은, 전자기 스펙트럼의 자외선 영역에서 전하 이동 전이를 나타내는 원소를 함유하는 화합물이다. 이 화합물은, 자외선 파장의 빛의 발생 및/또는 방사를 방해한다. 어떤 적용을 위해, 해로운 오염 물질은, 이트륨, 란탄, 및 루테튬 이외의 전이 금속 원소 및/또는 란탄족 원소를 함유하는 화합물을 포함한다. 표 2는, 종래의 용매로 성장한 YAl3(BO3)4 결정에서의 다른 원소의 농도를 나타낸다. 나타난 바와 같이, YAl3(BO3)4 결정은, 250 ppmw의 몰리브덴을 함유한다.Certain contaminants are more harmful to the optical properties of NLO crystals than others. For example, certain contaminants interfere with the generation and / or emission of short wavelengths of light, such as wavelengths substantially less than 300 nm, typically substantially 250 nm, and more typically substantially less than 175 nm. . Some contaminants prevent the NLO crystals from absorbing short wavelengths of light, thus inhibiting the frequency mixing process at these short wavelengths. Some of the contaminants incorporated into crystals grown in conventional solvents are compounds containing elements that exhibit charge transfer transitions in the ultraviolet region of the electromagnetic spectrum. This compound interferes with the generation and / or radiation of light of ultraviolet wavelengths. For certain applications, harmful contaminants include compounds containing transition metal elements and / or lanthanide elements other than yttrium, lanthanum, and lutetium. Table 2 shows the concentrations of other elements in the YAl 3 (BO 3 ) 4 crystals grown in a conventional solvent. As shown, YAl 3 (BO 3 ) 4 crystals contain 250 ppmw of molybdenum.

Figure 112006083192968-PCT00002
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개시된 실시예 중 어떤 것에 의하면, 특별한 용매가 결정화 공정에 이용된다. 이 용매는, 성장하는 결정에 편입될 수 있는 오염 물질이 실질적으로 없을 수 있고, 이 결정의 광학 특성을 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 이 용매는, 이트륨, 란탄, 및 루테튬 이외의, 모든 전이 금속 원소 및 란탄족 원소가 실질적으로 없을 수 있다. 어떤 실시예에 의하면, 이 용매는 몰리브덴 함유 화합물이 실질적으로 없다. 어떤 실시예에 의하면, 용매는 LaB3O6, MgB2O4, LiF, 또는 이들의 조합을 포함한다. 용매 LaB3O6, MgB2O4, 및 LiF는, 특히 YAl3(BO3)4 결정을 형성하는데 유용하다.According to any of the disclosed embodiments, special solvents are used in the crystallization process. This solvent can be substantially free of contaminants that can be incorporated into growing crystals and can change the optical properties of these crystals. For example, this solvent may be substantially free of all transition metal elements and lanthanide elements other than yttrium, lanthanum, and lutetium. In some embodiments, the solvent is substantially free of molybdenum containing compounds. In some embodiments, the solvent comprises LaB 3 O 6 , MgB 2 O 4 , LiF, or a combination thereof. The solvents LaB 3 O 6 , MgB 2 O 4 , and LiF are particularly useful for forming YAl 3 (BO 3 ) 4 crystals.

표 3은, 몰리브덴이 실질적으로 없는 용매에서 성장한 YAl3(BO3)4 결정의 다른 원소의 농도를 나타낸다. 나타난 바와 같이, YAl3(BO3)4 결정은, 0.15 ppmw의 몰리브덴을 함유한다.Table 3 shows the concentrations of other elements of YAl 3 (BO 3 ) 4 crystals grown in a solvent substantially free of molybdenum. As shown, YAl 3 (BO 3 ) 4 crystals contain 0.15 ppmw of molybdenum.

Figure 112006083192968-PCT00003
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여러 결정-성장 기술은, 바람직한 특성을 갖는 NLO 결정을 생산하기 위해 특별히 선택된 용매와 함께 이용될 수 있다. 어떤 실시예에 의하면, 전구체 물질 및 용매, 또는 가공되지 않은 형태의 초기 물질 및 용매를 혼합함으로써 형성된 혼합물은, 혼합물의 용융점 이상의 온도로 가열된다. 혼합물의 용융점은, 용매의 형태와 양, 및 전구체 물질 또는 초기 물질의 형태와 양에 따라 다양하다. 또한, 용융점 및 (용융 점도(melt viscosity) 및 용융 크리핑(melt creeping)과 같은)다른 용융 특성은, 다양한 첨가물을 혼합물로 삽입함으로써 다양해질 수 있다. 어떤 유용한 첨가물은, 알칼리 금속염 및 알칼리 토금속염이다. 예를 들면, 이 염은 산화물, 플루오르화물(fluorides), 또는 염화물(chlorides)일 수 있다. 첨가물은, 형성되는 결정의 하나 이상, 아마도 복수의 원하는 광학 특성을 방해하지 않도록 선택된다. 예를 들면, 짧은 파장의 2차 고조파 생성을 의도한 NLO 결정의 형성을 위한 첨가물은, 결정이 이 짧은 파장의 빛을 흡수하는 것을 막지 않도록 선택된다.Several crystal-growth techniques can be used with specially selected solvents to produce NLO crystals with desirable properties. In some embodiments, the mixture formed by mixing the precursor material and solvent, or the raw material and solvent in raw form, is heated to a temperature above the melting point of the mixture. The melting point of the mixture varies depending on the form and amount of the solvent and the form and amount of the precursor material or initial material. In addition, the melting point and other melting properties (such as melt viscosity and melt creeping) can be varied by inserting various additives into the mixture. Some useful additives are alkali metal salts and alkaline earth metal salts. For example, these salts can be oxides, fluorides, or chlorides. The additive is chosen so as not to interfere with one or more, possibly a plurality of, desired optical properties of the crystals formed. For example, additives for the formation of NLO crystals intended to produce second harmonics of short wavelengths are selected so as not to prevent the crystals from absorbing light of this short wavelength.

결정-성장 공정의 어떤 실시예에 의하면, 시드가 용융된 혼합물로 삽입되고, 다음으로 제1 온도로부터 제2 온도로 천천히 냉각된다. 시드는, 전형적으로 초기 물질의 작은 결정이고, 종종 균질 배열의 결정 구조를 갖는다. 어떤 실시예에 의하면, 시드는, 혼합물이 제1 온도로부터 제2 온도로 냉각됨에 따라, 용융된 혼합물 내에서 부유한다. 혼합물이 냉각됨에 따라, 초기 물질은 결정화한다. 결정화는, 시드의 결정 배열에 합치하는 균질 결정 배열을 갖는 단결정으로서 시드 주위에서 일어날 수 있다.According to some embodiments of the crystal-growth process, the seeds are inserted into the molten mixture and then slowly cooled from the first temperature to the second temperature. Seeds are typically small crystals of the initial material and often have a homogeneous array of crystal structures. In some embodiments, the seed floats in the molten mixture as the mixture cools from the first temperature to the second temperature. As the mixture cools, the initial material crystallizes. Crystallization can occur around the seed as a single crystal with a homogeneous crystal arrangement that matches the crystal arrangement of the seed.

결정 성장의 대부분은, 혼합물이 제1 온도로부터 제2 온도로 냉각되는 동안의 성장 기간에 걸쳐 일어난다. 제1 온도는, 혼합물의 용융점 부근 또는 그 이상의 온도일 수 있다. 제2 온도는 혼합물의 용융점보다 낮은 온도일 수 있는데, 예를 들면, 이는 혼합물의 용융점보다 실질적으로 5 ℃ 내지 100 ℃ 더 낮은 온도이다. 성장 기간 지속은, 초기 물질, 용매, 및 원하는 결정의 크기에 의존한다. 전형적으로, 결정은 시간당 실질적으로 0.2 내지 실질적으로 0.3 mm의 속도로 성장할 것이다. 적절한 성장 기간은, 전형적으로는 실질적으로 10 시간보다 길다. 실질적으로 2 시간보다 긴 부분과 같이, 성장 기간의 일부 중에, 혼합물은 실질적으로 시간당 2 ℃보다 작은 냉각 구배로 냉각될 수 있다.Most of the crystal growth occurs over the growth period while the mixture is cooled from the first temperature to the second temperature. The first temperature may be at or near the melting point of the mixture. The second temperature may be a temperature lower than the melting point of the mixture, for example, it is substantially 5 ° C. to 100 ° C. lower than the melting point of the mixture. The duration of growth period depends on the size of the initial material, the solvent, and the desired crystals. Typically, the crystals will grow at a rate of substantially 0.2 to substantially 0.3 mm per hour. Suitable growth periods are typically substantially longer than 10 hours. During portions of the growth period, such as portions that are substantially longer than 2 hours, the mixture may be cooled with a cooling gradient that is substantially less than 2 ° C. per hour.

표 4는, 혼합물의 주요한 용융 특성과 함께, (초기 물질로서) YAl3(BO3)4와 용매의 다른 결합을 함유하는 혼합물의 여러 예를 열거한다. 각 혼합물에 대해, 표 4는 용융점, 성장 온도 범위(즉, 제1 온도와 제2 온도 사이의 범위), 및 적절한 성장 기간의 예시를 열거한다.Table 4 lists several examples of mixtures containing different combinations of YAl 3 (BO 3 ) 4 and a solvent (as initial material), along with the main melting properties of the mixture. For each mixture, Table 4 lists examples of melting points, growth temperature ranges (ie, ranges between the first and second temperatures), and appropriate growth periods.

Figure 112006083192968-PCT00004
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표 4에 의해 나타난 혼합물 중에, 혼합물 1-4로부터 형성된 결정은, 다양한 크리핑 정도를 나타냈다. 혼합물 5로부터 성장한 결정은, 적은 크리핑을 나타냈다.In the mixture represented by Table 4, the crystals formed from mixtures 1-4 exhibited varying degrees of creeping. Crystals grown from mixture 5 showed little creep.

일반적으로, 짧은 파장에서의 SHG를 의도한 NLO 결정의 성장에 있어서, 이트륨, 란탄, 및 루테튬 이외의, 전이 금속 원소 및/또는 란탄족 원소를 함유하지 않는 용매를 선택하는 것이 유리하다. 그러나, 전이 금속을 함유하는 일부 용매는, 초기 물질의 용융 균질성을 촉진하는데에 특히 효과적이다. 그러므로, 일정한 경우에, 해로운 원소를 함유하는 용매의 유익한 효과로, NLO 결정으로의 해로운 원소의 가능한 편입에 의해 야기된 결정의 광학 특성에 대한 잠재적 방해를 가중하는 것이 적절하다. 전이 금속을 함유하는 용매의 이용은, 용매로부터 성장한 NLO 결정이 매우 짧은 파장에서 SHG에 이용되도록 의도되지 않은 경우에 특히 적절하다. 예를 들면, 실질적으로 300 nm보다 긴 파장에서의 SHG에 이용되는 NLO 결정의 성장에 대해, 텅스텐을 포함하는 용매가 결정-성장 공정의 어떤 실시예에 이용될 수 있다. YAl3(BO3)4 결정의 성장에 매우 적합한 한 텅스텐 함유 용매는 Li2WO4인데, 이것은 B2O3와 함께 이용될 수 있다. Li2WO4 및 B2O3를 편입시키는, 표 4에 기술된 바와 같은 혼합물 6으로부터 성장한 결정은, 특히 높은 품질을 갖는다.In general, in the growth of NLO crystals intended for SHG at short wavelengths, it is advantageous to select a solvent that does not contain transition metal elements and / or lanthanide elements other than yttrium, lanthanum, and lutetium. However, some solvents containing transition metals are particularly effective at promoting melt homogeneity of the initial material. Therefore, in certain cases, with the beneficial effects of solvents containing harmful elements, it is appropriate to weight the potential disturbances to the optical properties of the crystal caused by the possible incorporation of the harmful elements into the NLO crystals. The use of a solvent containing a transition metal is particularly suitable when the NLO crystals grown from the solvent are not intended to be used for SHG at very short wavelengths. For example, for the growth of NLO crystals used for SHG at wavelengths substantially greater than 300 nm, a solvent comprising tungsten may be used in any embodiment of the crystal-growth process. One tungsten containing solvent that is very suitable for the growth of YAl 3 (BO 3 ) 4 crystals is Li 2 WO 4 , which can be used with B 2 O 3 . Crystals grown from mixture 6 as described in Table 4, incorporating Li 2 WO 4 and B 2 O 3 , have particularly high quality.

표 5는, 표 4에 예시된 혼합물 6으로부터 성장한 YAl3(BO3)4 결정의 다른 원소의 농도를 나타낸다. 텅스텐은, 550 ppmw로 편입되었다.Table 5 shows the concentrations of other elements of YAl 3 (BO 3 ) 4 crystals grown from the mixture 6 illustrated in Table 4. Tungsten was incorporated at 550 ppmw.

Figure 112006083192968-PCT00005
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텅스텐 용매와 함께 성장한 NLO 결정의 광학 특성에 대한 텅스텐의 효과를 평가함에 있어서, 도 5를 고려하는 것이 도움이 된다. 도 5는, 텅스텐과 함께 성장한 YAl3(BO3)4 결정(YAB-W)의 퍼센트 투과율을, 몰리브덴을 함유하는 YAl3(BO3)4 결정(YAB-Mo)의 퍼센트 투과율 및 모든 전이 금속 오염 물질이 실질적으로 없는 YAl3(BO3)4 결정(YAB-La)의 퍼센트 투과율과 비교하여 도시한다. 도시된 바와 같이, YAB-W 결정은, YAB-La 결정이 빛을 흡수하기 시작하는 파장보다 길지만, YAB-Mo 결정이 빛을 흡수하기 시작하는 파장보다는 짧은 파장의 빛을 흡수하기 시작한다. 많은 적용예에 대하여, 보다 짧은 파장의 흡수가 바람직하다. 이 적용예에 대하여, YAB-W 결정은 YAB-Mo 결정에 비교될 때 바람직하지만, YAB-La 결정보다는 열등하다.In evaluating the effect of tungsten on the optical properties of NLO crystals grown with tungsten solvent, it is helpful to consider FIG. 5. 5 shows the percent transmission of YAl 3 (BO 3 ) 4 crystals (YAB-W) grown with tungsten, the percent transmission of YAl 3 (BO 3 ) 4 crystals (YAB-Mo) containing molybdenum and all transition metals. Shown relative to the percent transmission of YAl 3 (BO 3 ) 4 crystals (YAB-La) substantially free of contaminants. As shown, YAB-W crystals are longer than the wavelength at which the YAB-La crystals begin to absorb light, but begin to absorb light at wavelengths shorter than the wavelength at which the YAB-Mo crystals begin to absorb light. For many applications, shorter wavelength absorption is desirable. For this application, YAB-W crystals are preferred when compared to YAB-Mo crystals, but are inferior to YAB-La crystals.

개시된 방법을 이용하여 결정을 형성한 후, 균질 결정 구조가 X-선 회절에 의해 증명될 수 있다. 결정의 광학 특성은, 레이저 빔에 결정을 위치시킴으로써 분석될 수 있다. 예를 들면, YAl3(BO3)4 결정은, 2차 고조파 빛의 생산을 확인하기 위해 이 방식으로 분석될 수 있다.After forming the crystals using the disclosed method, the homogeneous crystal structure can be demonstrated by X-ray diffraction. The optical properties of the crystal can be analyzed by placing the crystal in the laser beam. For example, YAl 3 (BO 3 ) 4 crystals can be analyzed in this way to confirm the production of second harmonic light.

개시된 방법에 의해 형성된 NLO 결정은, 실질적으로 300 nm, 전형적으로는 실질적으로 250 nm, 및 더욱 전형적으로는 실질적으로 175 nm보다 짧은 파장과 같은, 원하는 파장의 빛의 발생 및/또는 방사를 방해하는 어떤 원소가 실질적으로 없고/없거나, 실질적으로 100 ppmw, 전형적으로는 실질적으로 50 ppmw, 및 더욱 전형적으로는 실질적으로 10 ppmw보다 적게 함유된, 알루미늄-보레이트 NLO 결정과 같은, NLO 결정을 포함한다. 원하는 파장의 빛의 발생 및/또는 방사를 방해하는 2차 물질은, 예를 들면, 이트륨, 란탄, 및 루테튬 이외의, 전이 금속 원소 및 란탄족 원소일 수 있다. 또한 결정은, 몰리브덴 함유 화합물의 농도에 의해 분류될 수 있다. 개시된 방법에 의해 형성된 어떤 결정은, 어떠한 몰리브덴 함유 화합물이 실질적으로 없고/없거나, 실질적으로 100 ppmw, 전형적으로는 실질적으로 50 ppmw, 및 더욱 전형적으로는 실질적으로 10 ppmw보다 적게 함유되어 있다.NLO crystals formed by the disclosed method interfere with the generation and / or emission of light of a desired wavelength, such as wavelengths substantially less than 300 nm, typically substantially 250 nm, and more typically substantially less than 175 nm. NLO crystals, such as aluminum-borate NLO crystals, which are substantially free of any element and / or contain substantially 100 ppmw, typically substantially 50 ppmw, and more typically substantially less than 10 ppmw. Secondary materials that interfere with the generation and / or emission of light of a desired wavelength can be, for example, transition metal elements and lanthanide elements other than yttrium, lanthanum, and lutetium. Crystals can also be classified by the concentration of molybdenum containing compounds. Certain crystals formed by the disclosed method are substantially free of any molybdenum containing compound and / or contain substantially less than 100 ppmw, typically substantially 50 ppmw, and more typically substantially less than 10 ppmw.

이 명세서에 설명된 결정은, 많은 유용한 적용예를 갖는다. 예를 들면, 이트륨, 루테튬, 또는 이들의 조합을 포함하는 화학 구조를 갖는 알루미늄-보레이트 NLO 결정과 같은, 알루미늄-보레이트 NLO 결정은, 도 6에 도시된 레이저 디바이스와 같은 레이저 디바이스로 편입될 수 있다. 일정한 조건 하에서, 이 결정은 짧은 파장의 레이저 빔을 발생 및/또는 방사할 수 있다.The crystals described in this specification have many useful applications. For example, aluminum-borate NLO crystals, such as aluminum-borate NLO crystals having a chemical structure comprising yttrium, lutetium, or a combination thereof, may be incorporated into a laser device, such as the laser device shown in FIG. 6. . Under certain conditions, this crystal can generate and / or emit a short wavelength laser beam.

레이저 빔은, 반도체 기판을 포함하여, 기판 표면의 이상을 감지하는데 이용될 수 있다. 이것은, 예를 들면, 래스터 패턴(raster pattern)과 같이, 패턴을 갖는 레이저 빔을 기판 표면 전체로 향하게 하고, 반사된 빛의 일치성을 측정함으로써 행해진다. 레이저 빔이, 입자와 같은 기판 표면의 이상을 만나면, 반사된 빛은 흩어질 것이다. 더 짧은 파장 레이저 빔은, 더 작은 이상을 감지할 수 있기 때문에 특히 유용하다. 이것은, 크기가 감소함에 따라 디바이스 기능에 불리하게 영향을 미칠 수 있는 이상의 크기가 또한 감소하는, 반도체 산업에서 중요하다.The laser beam can be used to detect abnormalities of the substrate surface, including the semiconductor substrate. This is done, for example, by directing a laser beam having a pattern to the entire substrate surface, such as a raster pattern, and measuring the coincidence of the reflected light. If the laser beam encounters an abnormality on the substrate surface, such as particles, the reflected light will scatter. Shorter wavelength laser beams are particularly useful because they can detect smaller anomalies. This is important in the semiconductor industry, as the size decreases, the size of anomalies that may adversely affect device functionality also decreases.

더 짧은 파장 레이저 빔은 또한, 기판에 작은 직경의 구멍을 뚫는데 이용될 수 있다. 이 레이저 빔은, 더 긴 파장 레이저 빔보다 작은 면적에서 더 큰 에너지를 집중시키고, 따라서 기판에 더 큰 에너지를 가할 수 있다. 기판에 작은 직경의 구멍을 뚫는 능력은, 예를 들면, 인쇄 회로 기판상의 형태 제작에 유용하다.Shorter wavelength laser beams can also be used to drill small diameter holes in the substrate. This laser beam concentrates more energy in a smaller area than the longer wavelength laser beam, and thus can apply more energy to the substrate. The ability to drill small diameter holes in a substrate is useful for forming shapes on printed circuit boards, for example.

본 발명의 일정한 실시예에 대하여, 설명된 것은 이트륨, 란탄, 및 루테튬 이외의, 전이 금속 원소 및/또는 란탄족 원소를 포함하는 화합물과 같이, NLO 결정의 광학 특성에 불리하게 영향을 미치는 낮은 농도의 오염 물질을 갖는, 알루미늄-보레이트 NLO 결정을 포함하는, 비선형 광학(NLO) 결정이다. 낮은 농도의 이 오염 물질을 갖는 어떤 NLO 결정은, 매우 짧은 파장의 2차 고조파를 발생할 수 있다. 또한, 설명된 것은 이 NLO 결정을 만드는 방법의 실시예이다. 어떤 실시예는, 해로운 오염 물질이 실질적으로 없는 용매를 포함하는 혼합물로부터, 알루미늄-보레이트 NLO 결정과 같은 NLO 단결정을 성장시키는 단계를 포함한다. 설명된 NLO 결정은, 예를 들면, 레이저 디바이스에 이용될 수 있다.For certain embodiments of the present invention, what has been described is low concentrations that adversely affect the optical properties of NLO crystals, such as compounds containing transition metal elements and / or lanthanide elements other than yttrium, lanthanum, and lutetium Non-linear optical (NLO) crystals, including aluminum-borate NLO crystals, with contaminants of. Some NLO crystals with low concentrations of this contaminant can generate very short wavelength second harmonics. Also described is an embodiment of a method of making this NLO decision. Some embodiments include growing NLO single crystals, such as aluminum-borate NLO crystals, from a mixture comprising a solvent substantially free of harmful contaminants. The described NLO determination can be used, for example, in a laser device.

여기에서 설명된 예시 및 실시예는, 단지 예시적 목적을 위한 것이며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 그 빛의 다양한 수정 또는 변형이 제안될 것이고, 이는 본 출원의 내용 및 조항과 특허청구범위 내에 포함될 것이라는 점이 이해된다.The examples and embodiments described herein are for illustrative purposes only, and various modifications or variations of the light will be suggested to those skilled in the art, which are provided by the contents and provisions of the present application and the patents. It is understood that it will be included within the scope of the claims.

Claims (103)

350 nm 및 그 미만에서 이용되는 비선형 광학용 화합물에 있어서,For nonlinear optics compounds used at 350 nm and below, YAl3B4O12를 포함하는 비선형 광학용 물질을 포함하되,Non-linear optics material comprising YAl 3 B 4 O 12 , 1000 ppm(parts per million) 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없는 화합물.Compounds free of molybdenum-containing impurities greater than 1000 parts per million. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 500 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없는 화합물.Compound free of more than 500 ppm molybdenum-containing impurities. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 100 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없는 화합물.Compound free of molybdenum-containing impurities of 100 ppm or more. 제3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 10 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없는 화합물.Compounds free of molybdenum-containing impurities of at least 10 ppm. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 1 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없는 화합물.Compounds free of molybdenum-containing impurities of at least 1 ppm. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 몰리브덴 함유 불순물이 실질적으로 없는 화합물.Compounds substantially free of molybdenum-containing impurities. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 이용은, 실질적으로 350 내지 160 나노미터(nm) 범위의 파장과 관련된 화합물.The use is associated with a wavelength substantially in the range of 350 to 160 nanometers (nm). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 이용은, 350 nm 이하의 광학 방사선을 발생하는 디바이스와 관련된 화합물.The use relates to a device that generates optical radiation of 350 nm or less. 제8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 디바이스는, NLO 시스템을 포함하는 화합물.The device comprises a NLO system. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 디바이스는, 레이저 시스템과 관련된 화합물을 포함하는 화합물.The device comprises a compound associated with a laser system. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 디바이스는, 광원과 관련된 화합물을 포함하는 화합물.The device comprises a compound associated with a light source. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 350 nm 이하에서 이용되는 삼방정계(trigonal crystal class)와 관련된 화합물.Compounds associated with the trigonal crystal class used below 350 nm. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 350 nm 이하에서 이용되는 공간군(space group) R32와 관련된 화합물.Compounds associated with space group R32 used below 350 nm. 제1항에 있어서,The method of claim 1, Ce, Nd, 및 Yb로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 도펀트(dopant)를 더 포함하는 화합물.A compound further comprising a dopant comprising at least one selected from the group consisting of Ce, Nd, and Yb. 제14항에 있어서,The method of claim 14, NYAB를 포함하는 화합물.Compounds comprising NYAB. 제14항에 있어서,The method of claim 14, Yb:YAB를 포함하는 화합물.A compound comprising Yb: YAB. 제14항에 있어서,The method of claim 14, Ce:YAB를 포함하는 화합물.Compounds comprising Ce: YAB. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 실질적으로 0.001 mm3보다 큰 부피를 갖는 화합물.A compound having a volume substantially greater than 0.001 mm 3 . 제18항에 있어서,The method of claim 18, 실질적으로 0.01 mm3보다 큰 부피를 갖는 화합물.A compound having a volume substantially greater than 0.01 mm 3 . 제19항에 있어서,The method of claim 19, 실질적으로 0.1 mm3보다 큰 부피를 갖는 화합물.A compound having a volume substantially greater than 0.1 mm 3 . 제20항에 있어서,The method of claim 20, 실질적으로 1 mm3보다 큰 부피를 갖는 화합물.Compound having a volume substantially greater than 1 mm 3 . 350 nm 및 그 미만에서 이용되는 비선형 광학용 화합물에 있어서,For nonlinear optics compounds used at 350 nm and below, Y(1-x)MxAl3B4O12를 포함하는 비선형 광학용 물질을 포함하되,Non-linear optics material comprising Y (1-x) M x Al 3 B 4 O 12 , x는 0과 같거나 그보다 크고, 0.1과 같거나 그보다 작으며, M은 Sc, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택되고,x is equal to or greater than 0, equal to or less than 0.1, M is selected from the group consisting of Sc, La, Yb, and Lu, 1000 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없는 화합물.1000 ppm or more molybdenum-containing impurities free. 350 nm 및 그 미만에서 이용되는 비선형 광학용 화합물에 있어서,For nonlinear optics compounds used at 350 nm and below, Yb(1-x)MxAl3B4O12를 포함하는 비선형 광학용 물질을 포함하되,Non-linear optics material comprising Yb (1-x) M x Al 3 B 4 O 12 , x는 0과 같거나 그보다 크고, 0.1과 같거나 그보다 작으며, M은 Sc, Y, La, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택되고,x is greater than or equal to 0 and greater than or equal to 0.1, M is selected from the group consisting of Sc, Y, La, and Lu, 1000 ppm 이상의 몰리브덴(molybdenum) 함유 불순물이 없는 화합물.A compound free of molybdenum-containing impurities of at least 1000 ppm. 350 nm 및 그 미만에서 이용되는 비선형 광학용 화합물에 있어서,For nonlinear optics compounds used at 350 nm and below, Lu(1-x)MxAl3B4O12를 포함하는 비선형 광학용 물질을 포함하되,Non-linear optics materials including Lu (1-x) M x Al 3 B 4 O 12 , x는 0과 같거나 그보다 크고, 0.1과 같거나 그보다 작으며, M은 Sc, Yb, 및 La로 구성된 그룹으로부터 선택되고,x is equal to or greater than 0, equal to or less than 0.1, M is selected from the group consisting of Sc, Yb, and La, 1000 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없는 화합물.1000 ppm or more molybdenum-containing impurities free. 350 nm 및 그 미만에서 이용되는 비선형 광학용 화합물에 있어서,For nonlinear optics compounds used at 350 nm and below, Sc(1-x)MxAl3B4O12를 포함하는 비선형 광학용 물질을 포함하되,Non-linear optics materials including Sc (1-x) M x Al 3 B 4 O 12 , x는 0과 같거나 그보다 크고, 0.1과 같거나 그보다 작으며, M은 Y, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택되고,x is equal to or greater than 0, equal to or less than 0.1, M is selected from the group consisting of Y, La, Yb, and Lu, 1000 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없는 화합물.1000 ppm or more molybdenum-containing impurities free. 350 nm 및 그 미만에서 이용되는 비선형 광학용 화합물에 있어서,For nonlinear optics compounds used at 350 nm and below, AxM(1-x)Al3B4O12를 포함하는 비선형 광학용 물질을 포함하되,Non-linear optics material comprising A x M (1-x) Al 3 B 4 O 12 , x는 0과 같거나 그보다 크고, 0.1과 같거나 그보다 작으며,x is equal to or greater than 0, equal to or less than 0.1, A는, Sc, Y, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택되고,A is selected from the group consisting of Sc, Y, La, Yb, and Lu, M은, Sc, Y, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택되며,M is selected from the group consisting of Sc, Y, La, Yb, and Lu, 1000 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없는 화합물.1000 ppm or more molybdenum-containing impurities free. 제26항에 있어서,The method of claim 26, M은, La인 화합물.M is La. 제26항에 있어서,The method of claim 26, M은, Lu인 화합물.M is Lu. A compound. 제26항에 있어서,The method of claim 26, M은, Sc인 화합물.M is Sc. 제26항에 있어서,The method of claim 26, M은, Y인 화합물.M is Y; 제26항에 있어서,The method of claim 26, M은, Yb인 화합물.M is Yb. 제26항에 있어서,The method of claim 26, A는, Sc인 화합물.A is a compound of Sc. 제26항에 있어서,The method of claim 26, A는, Y인 화합물.A is Y. 제26항에 있어서,The method of claim 26, A는, La인 화합물.A is La; 제26항에 있어서,The method of claim 26, A는, Yb인 화합물.A is Yb. 제26항에 있어서,The method of claim 26, A는, Lu인 화합물.A is a compound which is Lu. 제26항에 있어서,The method of claim 26, 500 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없는 화합물.Compound free of more than 500 ppm molybdenum-containing impurities. 제37항에 있어서,The method of claim 37, 100 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없는 화합물.Compound free of molybdenum-containing impurities of 100 ppm or more. 제38항에 있어서,The method of claim 38, 10 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없는 화합물.Compounds free of molybdenum-containing impurities of at least 10 ppm. 제39항에 있어서,The method of claim 39, 1 ppm 이상의 몰리브덴 함유 불순물이 없는 화합물.Compounds free of molybdenum-containing impurities of at least 1 ppm. 제40항에 있어서,The method of claim 40, 몰리브덴 함유 불순물이 실질적으로 없는 화합물.Compounds substantially free of molybdenum-containing impurities. 제26항에 있어서, The method of claim 26, 상기 이용은, 실질적으로 350 내지 160 나노미터(nm) 범위의 파장과 관련된 화합물.The use is associated with a wavelength substantially in the range of 350 to 160 nanometers (nm). 제26항에 있어서, The method of claim 26, 상기 이용은, 350 nm 이하의 광학 방사선을 발생하는 디바이스와 관련된 화 합물.The use is related to a device that generates optical radiation of 350 nm or less. 제43항에 있어서,The method of claim 43, 상기 디바이스는, NLO 시스템을 포함하는 화합물.The device comprises a NLO system. 제43항에 있어서,The method of claim 43, 상기 디바이스는, 레이저 시스템과 관련된 화합물을 포함하는 화합물.The device comprises a compound associated with a laser system. 제43항에 있어서,The method of claim 43, 상기 디바이스는, 광원과 관련된 화합물을 포함하는 화합물.The device comprises a compound associated with a light source. 제26항에 있어서,The method of claim 26, 350 nm 이하에서 이용되는 삼방정계와 관련된 화합물.Compounds associated with trigonal systems used below 350 nm. 제26항에 있어서,The method of claim 26, 350 nm 이하에서 이용되는 공간군 R32와 관련된 화합물.Compounds associated with space group R32 used below 350 nm. 제26항에 있어서,The method of claim 26, Ce 및 Nd로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 도펀트를 더 포함하는 화합물.A compound further comprising a dopant comprising at least one selected from the group consisting of Ce and Nd. 제26항에 있어서,The method of claim 26, 상기 이용은, 실질적으로 350 nm 내지 160 nm 범위의 파장과 관련된 화합물.The use is substantially related to wavelengths in the range from 350 nm to 160 nm. 제26항에 있어서,The method of claim 26, 실질적으로 0.001 mm3보다 큰 부피를 갖는 화합물.A compound having a volume substantially greater than 0.001 mm 3 . 제51항에 있어서,The method of claim 51, 실질적으로 0.01 mm3보다 큰 부피를 갖는 화합물.A compound having a volume substantially greater than 0.01 mm 3 . 제52항에 있어서,The method of claim 52, wherein 실질적으로 0.1 mm3보다 큰 부피를 갖는 화합물.A compound having a volume substantially greater than 0.1 mm 3 . 제53항에 있어서,The method of claim 53, 실질적으로 1 mm3보다 큰 부피를 갖는 화합물.Compound having a volume substantially greater than 1 mm 3 . 실질적으로 0.1 mm3보다 큰 부피를 갖는 비선형 광학 결정에 있어서,For nonlinear optical crystals having a volume substantially greater than 0.1 mm 3 , 실질적으로 300 nm보다 짧은 파장의 빛을 발생 및/또는 방사하는 비선형 광학 결정의 능력을 억제하는 원소를, 실질적으로 100 ppmw(ppm by weight)보다 적게 포함하는 비선형 광학 결정.A nonlinear optical crystal comprising substantially less than 100 ppmw (ppm by weight) of an element that inhibits the ability of the nonlinear optical crystal to generate and / or emit light having a wavelength substantially shorter than 300 nm. 제55항에 있어서,The method of claim 55, 알루미늄-보레이트(aluminum-borate) 비선형 광학 결정인 비선형 광학 결정.Nonlinear optical crystals that are aluminum-borate nonlinear optical crystals. 제55항에 있어서,The method of claim 55, 이트륨(yttrium) 및/또는 루테튬(lutetium)을 포함하는 알루미늄-보레이트 비선형 광학 결정인 비선형 광학 결정.A nonlinear optical crystal, which is an aluminum-borate nonlinear optical crystal comprising yttrium and / or lutetium. 실질적으로 0.1 mm3보다 큰 부피를 갖는 알루미늄-보레이트 비선형 광학 결정에 있어서,For aluminum-borate nonlinear optical crystals having a volume substantially greater than 0.1 mm 3 , 이트륨, 란탄(lanthanum), 및 루테튬 이외의, 전이 금속 원소 및/또는 란탄족 원소를 함유하는 화합물을 실질적으로 100 ppmw보다 적게 포함하는 알루미늄-보레이트 비선형 광학 결정.An aluminum-borate nonlinear optical crystal comprising substantially less than 100 ppmw of a compound containing transition metal elements and / or lanthanide elements other than yttrium, lanthanum, and lutetium. 제58항에 있어서,The method of claim 58, 실질적으로 1 mm3보다 큰 부피를 갖는 알루미늄-보레이트 비선형 광학 결정.Aluminum-borate nonlinear optical crystals having a volume substantially greater than 1 mm 3 . 실질적으로 0.1 mm3보다 큰 부피를 갖는 알루미늄-보레이트 비선형 광학 결정에 있어서,For aluminum-borate nonlinear optical crystals having a volume substantially greater than 0.1 mm 3 , 단일 몰리브덴 함유 화합물을 실질적으로 100 ppmw보다 적게 포함하는 알루 미늄-보레이트 비선형 광학 결정.An aluminum-borate nonlinear optical crystal comprising substantially less than 100 ppmw of a single molybdenum containing compound. 실질적으로 0.1 mm3보다 큰 부피를 갖는 YAl3(BO3)4 결정에 있어서,For YAl 3 (BO 3 ) 4 crystals having a volume substantially greater than 0.1 mm 3 , 실질적으로 300 nm보다 짧은 파장의 빛을 발생 및/또는 방사하는 YAl3(BO3)4 결정의 능력을 억제하는 원소를, 실질적으로 100 ppmw보다 적게 포함하는 비선형 광학 결정.A nonlinear optical crystal comprising substantially less than 100 ppmw of an element that inhibits the ability of a YAl 3 (BO 3 ) 4 crystal to generate and / or emit light having a wavelength substantially shorter than 300 nm. 비선형 광학 결정에 있어서,In nonlinear optical crystals, 초기 물질, 및 실질적으로 300 nm보다 짧은 파장의 빛을 발생 및/또는 방사하는 비선형 광학 결정의 능력을 억제하는 원소를 실질적으로 100 ppmw보다 적게 포함하되,Substantially less than 100 ppmw of an initial material and an element that inhibits the ability of the nonlinear optical crystal to generate and / or emit light having a wavelength substantially shorter than 300 nm, 레이저 디바이스에 의해 발생된 레이저 빔의 파장을 변경하는데 유용한 비선형 광학 결정.Nonlinear optical crystals useful for changing the wavelength of a laser beam generated by a laser device. 제62항에 있어서,The method of claim 62, 알루미늄-보레이트 비선형 광학 결정인 비선형 광학 결정.Nonlinear Optical Crystals, which are aluminum-borate nonlinear optical crystals. 제62항에 있어서,The method of claim 62, YAl3(BO3)4 결정인 비선형 광학 결정.Nonlinear optical crystals that are YAl 3 (BO 3 ) 4 crystals. 실질적으로 1 mm3보다 큰 부피를 갖는 알루미늄-보레이트 비선형 광학 결정에 있어서,For aluminum-borate nonlinear optical crystals having a volume substantially greater than 1 mm 3 , 제1 파장의 입력 레이저 빔을 제2 파장의 출력 레이저 빔으로 변환할 수 있되,The input laser beam of the first wavelength can be converted into the output laser beam of the second wavelength, 상기 제2 파장은, 실질적으로 200 nm보다 짧은 알루미늄-보레이트 비선형 광학 결정.And said second wavelength is substantially shorter than 200 nm. 제65항에 있어서,66. The method of claim 65, YAl3(BO3)4 결정인 알루미늄-보레이트 비선형 광학 결정.Aluminum-borate nonlinear optical crystals that are YAl 3 (BO 3 ) 4 crystals. 실질적으로 1 mm3보다 큰 부피를 갖는 알루미늄-보레이트 비선형 광학 결정에 있어서,For aluminum-borate nonlinear optical crystals having a volume substantially greater than 1 mm 3 , 제1 파장의 입력 레이저 빔을 제2 파장의 출력 레이저 빔으로 변환할 수 있되,The input laser beam of the first wavelength can be converted into the output laser beam of the second wavelength, 상기 제2 파장은, 실질적으로 500 nm보다 짧고,The second wavelength is substantially shorter than 500 nm, 상기 알루미늄-보레이트 비선형 광학 결정은, 초기 물질 이외에 텅스텐 함유 화합물을 포함하는 알루미늄-보레이트 비선형 광학 결정.The aluminum-borate nonlinear optical crystal is an aluminum-borate nonlinear optical crystal comprising a tungsten containing compound in addition to the initial material. 비선형 광학 결정을 만드는 방법에 있어서,In the method of making a nonlinear optical crystal, 초기 물질, 및 실질적으로 300 nm 보다 짧은 파장의 빛을 발생 및/또는 방사하는 비선형 광학 결정의 능력을 억제하는 원소가 실질적으로 없는 용매를 제공하는 단계; 및Providing a starting material, and a solvent substantially free of elements that inhibit the ability of the non-linear optical crystal to generate and / or emit light having a wavelength substantially shorter than 300 nm; And 실질적으로 300 nm 보다 짧은 파장의 빛을 발생 및/또는 방사하는 상기 비선형 광학 결정의 능력을 억제하는 원소가 실질적으로 없는 비선형 광학 결정을 형성하기 위해 상기 초기 물질을 재결정화하는 단계를 포함하는 방법.Recrystallizing the initial material to form a nonlinear optical crystal that is substantially free of elements that inhibit the ability of the nonlinear optical crystal to generate and / or emit light having a wavelength substantially shorter than 300 nm. 알루미늄-보레이트 비선형 광학 결정을 만드는 방법에 있어서,In the method of making an aluminum-borate nonlinear optical crystal, 초기 물질, 및 실질적으로 300 nm 보다 짧은 파장의 빛을 발생 및/또는 방사하는 비선형 광학 결정의 능력을 억제하는 원소가 실질적으로 없는 용매를 제공하는 단계; 및Providing a starting material and a solvent that is substantially free of elements that inhibit the ability of the nonlinear optical crystal to generate and / or emit light having a wavelength substantially shorter than 300 nm; And 실질적으로 300 nm 보다 짧은 파장의 빛을 발생 및/또는 방사하는 상기 비선형 광학 결정의 능력을 억제하는 원소가 실질적으로 없는 알루미늄-보레이트 비선형 광학 결정을 형성하기 위해 상기 초기 물질을 재결정화하는 단계를 포함하는 방법.Recrystallizing the initial material to form an aluminum-borate nonlinear optical crystal that is substantially free of elements that inhibit the ability of the nonlinear optical crystal to generate and / or emit light of wavelengths substantially less than 300 nm. How to. 제69항에 있어서,The method of claim 69, wherein 상기 용매는, LaB3O6, MgB2O4, LiF, 또는 이들의 조합을 포함하는 방법.The solvent comprises LaB 3 O 6 , MgB 2 O 4 , LiF, or a combination thereof. 제69항에 있어서,The method of claim 69, wherein 상기 용매는, 단일 몰리브덴 함유 화합물이 실질적으로 없는 방법.The solvent is substantially free of a single molybdenum containing compound. 제69항에 있어서,The method of claim 69, wherein 상기 초기 물질은, YAl3(BO3)4인 방법.The initial material is YAl 3 (BO 3 ) 4 . 제72항에 있어서,The method of claim 72, 상기 용매는, LaB3O6를 포함하는 방법.The solvent comprises LaB 3 O 6 . 제69항에 있어서,The method of claim 69, wherein 상기 초기 물질은, LuAl3(BO3)4인 방법.The initial material is LuAl 3 (BO 3 ) 4 . 제74항에 있어서,The method of claim 74, wherein 상기 용매는, LaB3O6를 포함하는 방법.The solvent comprises LaB 3 O 6 . 제69항에 있어서,The method of claim 69, wherein 상기 초기 물질을 재결정화하는 단계는, 혼합물을 형성하기 위해 용매와 상기 초기 물질을 혼합하는 단계, 및 시드(seed)를 상기 혼합물로 삽입하는 단계를 포함하는 방법.Recrystallizing the initial material comprises mixing the initial material with a solvent to form a mixture, and inserting a seed into the mixture. 제76항에 있어서,77. The method of claim 76, 상기 시드는, 본질적으로 상기 초기 물질로 구성되는 방법.Said seed consisting essentially of said initial material. 제76항에 있어서,77. The method of claim 76, 시드를 상기 혼합물로 삽입하는 단계는, 상기 시드를 상기 혼합물 내에 부유시키는 단계를 포함하는 방법.Inserting a seed into the mixture comprises floating the seed into the mixture. 제76항에 있어서,77. The method of claim 76, 상기 초기 물질을 재결정화하는 단계는, 상기 혼합물을 냉각시키는 단계, 및 상기 혼합물로부터 상기 알루미늄-보레이트 비선형 광학 결정을 회수하는 단계를 더 포함하는 방법.Recrystallizing the initial material further comprises cooling the mixture, and recovering the aluminum-borate nonlinear optical crystal from the mixture. 제79항에 있어서,The method of claim 79, 상기 혼합물을 냉각시키는 단계는, 성장 기간에 걸쳐, 상기 혼합물의 용융점 또는 그 이상의 제1 온도로부터, 상기 혼합물의 상기 용융점 이하의 제2 온도로 상기 혼합물을 냉각시키는 단계를 포함하되,Cooling the mixture includes cooling the mixture from a first temperature above or above the melting point of the mixture, over a growth period, to a second temperature below the melting point of the mixture, 상기 성장 기간은, 실질적으로 10 시간보다 긴 방법.Wherein said growth period is substantially longer than 10 hours. 제80항에 있어서,The method of claim 80, 상기 제2 온도는, 상기 혼합물의 상기 용융점보다 실질적으로 5 ℃ 내지 100 ℃ 더 낮은 방법.The second temperature is substantially 5 ° C. to 100 ° C. lower than the melting point of the mixture. 제80항에 있어서,The method of claim 80, 상기 혼합물은, 상기 성장 기간의 일부 중에서 실질적으로 시간당 2 ℃보다 낮은 냉각 구배로 냉각되고,The mixture is cooled to a cooling gradient substantially less than 2 ° C. per hour in a portion of the growth period, 상기 성장 기간의 상기 일부는, 실질적으로 2 시간보다 긴 방법.Said portion of said growth period being substantially longer than two hours. YAl3(BO3)4 결정을 만드는 방법에 있어서,In the method of making a YAl 3 (BO 3 ) 4 crystal, 혼합물을 형성하기 위해, 이트륨, 란탄, 및 루테튬 이외의, 전이 금속 원소 및/또는 란탄족 원소를 함유하는 화합물이 실질적으로 없는 용매와 YAl3(BO3)4를 혼합하는 단계;Mixing YAl 3 (BO 3 ) 4 with a solvent substantially free of compounds containing transition metal elements and / or lanthanide elements other than yttrium, lanthanum, and lutetium to form a mixture; 시드를 상기 혼합물로 삽입하는 단계;Inserting a seed into the mixture; 성장 기간에 걸쳐, 상기 혼합물의 용융점 또는 그 이상의 제1 온도로부터 상기 혼합물의 상기 용융점 이하의 제2 온도로 상기 혼합물을 냉각시키는 단계; 및Cooling the mixture from a first temperature above or above the melting point of the mixture over a growth period to a second temperature below the melting point of the mixture; And 상기 혼합물을 냉각시킨 후, 상기 혼합물로부터 YAl3(BO3)4 결정을 회수하는 단계를 포함하되,After cooling the mixture, recovering YAl 3 (BO 3 ) 4 crystals from the mixture, 상기 성장 기간은, 실질적으로 10시간보다 긴 방법.Wherein said growth period is substantially longer than 10 hours. 제83항에 있어서,84. The method of claim 83, 상기 용매는, LaB3O6, MgB2O4, LiF, 또는 이들의 조합을 포함하는 방법.The solvent comprises LaB 3 O 6 , MgB 2 O 4 , LiF, or a combination thereof. 알루미늄-보레이트 비선형 광학 결정을 만드는 방법에 있어서,In the method of making an aluminum-borate nonlinear optical crystal, 텅스텐을 포함하는 용매와 초기 물질을 제공하는 단계; 및Providing a solvent and an initial material comprising tungsten; And 이트륨, 란탄, 루테튬, 및 텅스텐 이외의, 전이 금속 원소 및/또는 란탄족 원소를 함유하는 화합물이 실질적으로 없는 알루미늄-보레이트 비선형 광학 결정을 형성하기 위해 상기 초기 물질을 재결정화하는 단계를 포함하는 방법.Recrystallizing the initial material to form an aluminum-borate nonlinear optical crystal that is substantially free of compounds containing transition metal elements and / or lanthanide elements other than yttrium, lanthanum, lutetium, and tungsten . 제85항에 있어서,86. The method of claim 85, 상기 초기 물질은, YAl3(BO3)4인 방법.The initial material is YAl 3 (BO 3 ) 4 . 제86항에 있어서,87. The method of claim 86, 상기 용매는, Li2WO4를 포함하는 방법.The solvent comprises Li 2 WO 4 . 제87항에 있어서,88. The method of claim 87 wherein 상기 용매는, B2O3를 더 포함하는 방법.The solvent further comprises B 2 O 3 . YAl3(BO3)4 결정을 만드는 방법에 있어서,In the method of making a YAl 3 (BO 3 ) 4 crystal, 단일 몰리브덴 함유 화합물이 실질적으로 없는 용매와 YAl3(BO3)4를 제공하는 단계; 및Providing YAl 3 (BO 3 ) 4 with a solvent substantially free of a single molybdenum containing compound; And 단일 몰리브덴 함유 화합물의 몰리브덴을 실질적으로 10 ppmw보다 적게 포함하는 YAl3(BO3)4 결정을 형성하기 위해 YAl3(BO3)4를 재결정화하는 단계를 포함하는 방법.Comprises the step of recrystallizing the YAl 3 (BO 3) 4 to form substantially contains less than 10 ppmw of molybdenum of a molybdenum-containing compound single YAl 3 (BO 3) 4 crystal. 350 nm 및 그 미만에서 이용되는 비선형 광학용 화합물을 만드는 방법에 있어서,In the method of making a compound for nonlinear optics used at 350 nm and below, 가열시 적어도 산화 란탄으로 분해될 수 있는 란탄 함유 화합물을 포함하는 복수의 물질을 제공하는 단계;Providing a plurality of materials comprising a lanthanum containing compound that can be decomposed into at least lanthanum oxide upon heating; 적어도 소정의 비율과 관련된 정보에 기초하여 혼합물을 형성하기 위해 상기 복수의 물질을 혼합하는 단계;Mixing the plurality of materials to form a mixture based on at least information relating to the predetermined ratio; 결정을 형성하기 위해 상기 혼합물에서 결정화 공정을 시작하는 단계; 및Starting a crystallization process on the mixture to form crystals; And 란탄을 포함하는 상기 결정을 상기 혼합물로부터 제거하는 단계를 포함하는 방법.Removing said crystal comprising lanthanum from said mixture. 제90항에 있어서,91. The method of claim 90, 상기 복수의 물질은, 산화 란탄을 포함하는 방법.Wherein said plurality of materials comprises lanthanum oxide. 제91항에 있어서,92. The method of claim 91 wherein 상기 복수의 물질은, 산화 붕소를 더 포함하는 방법.The plurality of materials further comprise boron oxide. 제90항에 있어서,91. The method of claim 90, 용광로에 상기 혼합물을 위치시키는 단계를 더 포함하는 방법.Positioning the mixture in a furnace. 제90항에 있어서,91. The method of claim 90, 상기 혼합물을 소정의 제1 온도로 가열하는 단계; 및Heating the mixture to a predetermined first temperature; And 상기 혼합물을 소정의 제2 온도로 냉각시키는 단계를 더 포함하는 방법.Cooling the mixture to a predetermined second temperature. 제90항에 있어서,91. The method of claim 90, 상기 결정화 공정을 시작하는 단계는, 용융 표면에 결정질의 시드를 삽입하는 단계를 포함하는 방법.Initiating the crystallization process includes inserting a crystalline seed into the molten surface. 제90항에 있어서,91. The method of claim 90, 상기 결정은, AxM(1-x)Al3B4O12를 포함하되,The crystals include A x M (1-x) Al 3 B 4 O 12 , x는, 0보다 크거나 같고, 0.1보다 작거나 같으며,x is greater than or equal to 0 and less than or equal to 0.1, A는, Sc, Y, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택되고,A is selected from the group consisting of Sc, Y, La, Yb, and Lu, M은, Sc, Y, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택되는 방법.M is selected from the group consisting of Sc, Y, La, Yb, and Lu. 350 nm 및 그 미만에서 이용되는 비선형 광학용 화합물을 만드는 방법에 있어서,In the method of making a compound for nonlinear optics used at 350 nm and below, 가열시, 적어도 산화 이트륨으로 분해될 수 있는 이트륨 함유 화합물을 포함하는 복수의 물질을 제공하는 단계;Providing a plurality of materials comprising a yttrium containing compound that, upon heating, can be at least decomposed into yttrium oxide; 적어도 소정의 비율과 관련된 정보에 기초하여 혼합물을 형성하기 위해 상기 복수의 물질을 혼합하는 단계;Mixing the plurality of materials to form a mixture based on at least information relating to the predetermined ratio; 결정을 형성하기 위해 상기 혼합물에서 결정화 공정을 시작하는 단계; 및Starting a crystallization process on the mixture to form crystals; And 이트륨을 포함하는 상기 결정을 상기 혼합물로부터 제거하는 단계를 포함하는 방법.Removing the crystal comprising yttrium from the mixture. 제97항에 있어서,97. The method of claim 97, 상기 복수의 물질은, 산화 이트륨을 포함하는 방법.Wherein the plurality of materials comprises yttrium oxide. 제98항에 있어서,99. The method of claim 98, 상기 복수의 물질은, 산화 붕소를 더 포함하는 방법.The plurality of materials further comprise boron oxide. 제97항에 있어서,97. The method of claim 97, 용광로에 상기 혼합물을 위치시키는 단계를 더 포함하는 방법.Positioning the mixture in a furnace. 제97항에 있어서,97. The method of claim 97, 상기 혼합물을 소정의 제1 온도로 가열하는 단계; 및Heating the mixture to a predetermined first temperature; And 상기 혼합물을 소정의 제2 온도로 냉각시키는 단계를 더 포함하는 방법.Cooling the mixture to a predetermined second temperature. 제97항에 있어서,97. The method of claim 97, 상기 결정화 공정을 시작하는 단계는, 용융 표면에 결정질의 시드를 삽입하는 단계를 포함하는 방법.Initiating the crystallization process includes inserting a crystalline seed into the molten surface. 제97항에 있어서,97. The method of claim 97, 상기 결정은, AxM(1-x)Al3B4O12를 포함하되,The crystals include A x M (1-x) Al 3 B 4 O 12 , x는, 0보다 크거나 같고, 0.1보다 작거나 같으며,x is greater than or equal to 0 and less than or equal to 0.1, A는, Sc, Y, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택되고,A is selected from the group consisting of Sc, Y, La, Yb, and Lu, M은, Sc, Y, La, Yb, 및 Lu로 구성된 그룹으로부터 선택되는 방법.M is selected from the group consisting of Sc, Y, La, Yb, and Lu.
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