DE102009001450B4

DE102009001450B4 - System mit einer Laserquelle und einer Oberschwingungen erzeugenden Vorrichtung

Info

Publication number: DE102009001450B4
Application number: DE102009001450.0A
Authority: DE
Inventors: Takashi Yoshino
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2022-05-19
Anticipated expiration: 2029-03-11
Also published as: US7859743B2; US20090231679A1; DE102009001450A1; CN101539704A; JP4646333B2; JP2009222963A

Abstract

System mit
einer Laserquelle und
einer Vorrichtung mit einer periodischen Domäneninversionsstruktur, die angepasst ist, eine Wellenlänge eines Laserstrahls von der Laserquelle umzuwandeln, um Oberschwingungen zu erzeugen, wobei:
Domäneninversionsebenen der periodischen Domäneninversionsstruktur und die Lichtausbreitungsrichtung des Laserstrahls sich mit einem Winkel θ in einem Bereich von 80 Grad bis 89 Grad schneiden, und
die Vorrichtung und die Laserquelle zwischen sich einen Resonator bilden, so dass die Vorrichtung und die Laserquelle innerhalb des Resonators angeordnet sind.

Description

Über die gesamte Technologieskala optischer Informationsverarbeitung wird zur Verwirklichung der hochdichten optischen Aufzeichnung ein Blaulichtlaser benötigt, der blaues Licht mit einer Wellenlänge von ungefähr 400 bis 430 nm bei einer Ausgabe von 30 mW oder mehr stabil oszilliert, wofür derzeit das Entwicklungsrennen läuft. Als blaue Lichtquelle erwartet man eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung in einer Bauart mit optischem Wellenleiter, bei der ein Laser, der rotes Licht als Grundwelle oszilliert, sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Oberschwingung in einem quasi-phasenangepassten System kombiniert sind.
Ein nichtlinearer optischer Kristall wie etwa ein Einkristall aus Lithiumniobat oder Lithiumtantalat weist eine hohe sekundäre nichtlineare optische Konstante auf. Wenn in den vorstehend angeführten Kristallen eine periodische Domänenpolarisationsinversionsstruktur ausgebildet wird, kann eine Vorrichtung für die Erzeugung einer zweiten Oberschwingung bzw. Frequenzverdopplung (SHG: Second Harmonic Generation) für ein quasi-phasenangepasstes (QPM: Quasi Phased Matched) System verwirklicht werden. Wenn zudem innerhalb dieser periodischen Domäneninversionsstruktur ein Wellenleiter ausgebildet wird, kann eine hocheffiziente SHG-Vorrichtung verwirklicht werden und zudem in der optischen Kommunikationstechnologie, in der Medizinwissenschaft, in der Fotochemie und bei verschiedenen optischen Messungen über einen breiten Bereich angewendet werden.
In dem Aufsatz „IQEC/CLEO-PR 2005, Tokyo, Japan, 11.-15. Juli 2005, post-deadline paper PDG-2“ ist eine Technologie offenbart, bei der eine Grundwelle von einer DFB-Laserdiode durch eine Kondensorlinse kondensiert wird, Oberschwingungen (grünes Licht) durch Bestrahlen der Welle auf eine optische PPLN-Wellenleitervorrichtung erhalten werden, und diese Oberschwingungen kondensiert werden, um dadurch oszilliert zu werden. Die optische PPLN-Wellenleitervorrichtung wird durch Ausbilden eines optischen Wellenleiters in einem einkristallinen MgO-dotierten Lithiumniobatsubstrat und Ausbilden einer periodischen Domäneninversionsstruktur innerhalb dieses optischen Wellenleiters erhalten. Eine einfallsseitige Endfläche und eine projektionsseitige Endfläche der optischen Wellenleitervorrichtung aus einkristallinem Lithiumniobat werden poliert, so dass sie gegenüber einer Ebene senkrecht zu dem optischen Wellenleiter stark geneigt sind. Dadurch wird der Einfall von Rücklicht auf eine Laseroszillationsquelle vermieden.
Der vorliegende Anmelder offenbarte zudem, dass die periodische Domäneninversionsstruktur auf einem Vollkristallsubstrat mit einer Z-Platte aus einkristallinem Lithiumniobat ausgebildet wird, woraus eine Oberschwingungen erzeugende Vorrichtung hergestellt wird (vergleiche Druckschrift JP 2005-70192 A ). Der vorliegende Anmelder offenbarte außerdem, dass ein optischer Wellenleiter in Kanalbauart auf einem einkristallinen dünnen Lithiumniobat-Y-Substrat mit einem Schrägschnitt von 5 Grad ausgebildet wird, und die periodische Domäneninversionsstruktur innerhalb dieses optischen Wellenleiters ausgebildet ist, um dadurch die Oberschwingungen erzeugende Vorrichtung zu erhalten (vergleiche Druckschrift WO 2006/41172 A1 ).
Einschlägiger Stand der Technik dazu kann beispielsweise in der Druckschrift WO 2006/112303 A1 aufgefunden werden, welche eine Kurzwellen-Lichtquelle offenbart. Darüber hinaus offenbaren die Druckschriften JP 2002-258 340 A ein optisches Wellenlängenkonversionselement, Verfahren zur Herstellung desselben, Kurzwellen-lichtquelle und optisches System, US 2006/0133767 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Domänen-Inversion-Teilen und optische Vorrichtungen, US 5 652 674 A ein Verfahren zur Herstellung eines Domänen-invertierten-Bereichs, optische Wellenlängen-Konversionsvorrichtung zur Verwendung desselben und Verfahren zur Herstellung dieser Vorrichtung, und US 5 836 073 A ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Wellenlängenwandlervorrichtung.
Wenn jedoch eine zweite Oberschwingungen erzeugende Vorrichtung mit einer Weitbereichshalbleiterlaserlichtquelle optisch gekoppelt wird, und eine Wellenlängenumwandlung in der periodischen Domäneninversionsstruktur durchgeführt wird, können die Oberschwingungen in einigen Fällen instabil oszillieren.
Wenn außerdem eine volumenkristalline Vorrichtung mit einer Z-Platte aus einkristallinem Lithiumniobat auf die Weitbereichshalbleiterlaserquelle optisch gekoppelt wird, und eine Wellenlängenumwandlung in der periodischen Domäneninversionsstruktur durchgeführt wird, können in einigen Fällen die Oberschwingungen instabil oszillieren. Wenn die volumenkristalline Vorrichtung verwendet wird, werden eine Lichtquelle und ein Resonator ausgebildet, so dass die vorstehend beschriebene instabile Oszillation vermieden werden kann. Dabei zeigt sich jedoch, dass ein Grundwellenlaserstrahl durch die periodische Domäneninversionsstruktur reflektiert und gestreut wird, wobei er verloren geht und somit die Wellenlängenumwandlungseffizienz verringert.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die instabile Oszillation von Oberschwingungen bei einer Oberschwingungen erzeugenden Vorrichtung mit einer periodischen Domäneninversionsstruktur zur Umwandlung einer Wellenlänge von Laserlicht zur Erzeugung von Oberschwingungen zu vermeiden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein System gemäß Patentanspruch 1 bereitgestellt. Die vorliegenden Erfinder untersuchten die Ursache der instabilen Oszillation des Grundwellenlaserstrahls und fanden Folgendes heraus. Die Beschreibung erfolgt unter Bezugnahme auf die 1 und 2. Die periodische Domäneninversionsstruktur 8 wird durch alternatives Ausbilden einer Anzahl von Domäneninversionsteilen 6 und Polarisationsnichtinversionsteilen 7 erhalten. Bei dem Beispiel nach 1 wird ein optischer Wellenleiter 2 in Kanalbauart in eine Richtung senkrecht zu einer Domäneninversionsebene P angeordnet, und den Grundwellenlaserstrahl lässt man auf eine Endfläche des Wellenleiters in eine durch den Pfeil L angezeigte Richtung fallen, und sich durch den Wellenleiter ausbreiten.
Dabei fanden die Erfinder jedoch heraus, dass aufgrund des Beugungsphänomens innerhalb der periodischen Domäneninversionsstruktur 8 ein Teil der auf den optischen Wellenleiter einfallenden Grundwelle zu zurückkehrendem Licht (Rücklicht) wird, und auf die Laserquelle einfällt, wobei Resonanz erzeugt wird und dadurch die Grundwelle instabil oszilliert. Ein derartiges Beugungsphänomen wird durch eine periodische Struktur der periodischen Domäneninversionsstruktur verursacht. Das Beugungsphänomen und das Rücklicht wurden jedoch nicht im Stand der Technik erkannt, und die Erfinder identifizierten erstmalig das Rücklicht als Ursache für die instabile Oszillation der Grundwelle auf der Grundlage ihrer Erkenntnisse.
Nachstehend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

1 eine Draufsicht von einem Zustand, bei dem eine periodische Domäneninversionsstruktur 8 auf einer Oberfläche eines optischen Wellenleitersubstrates ausgebildet ist;
2(a) eine Schnittansicht entlang der Linie IIa-IIa aus 1, und 2(b) eine Schnittansicht entlang der Linie IIb-IIb aus 1;
3 eine Draufsicht eines Zustands, bei dem eine periodische Domäneninversionsstruktur 18 auf einer Oberfläche eines optischen Wellenleitersubstrates ausgebildet ist;
4(a) eine Schnittansicht entlang der Linie IVa-IVa aus 3, und 4(b) eine Schnittansicht entlang der Linie IVb-IVb aus 3;
5(a) eine Draufsicht von einem Zustand, bei dem eine periodische Domäneninversionsstruktur 28 auf einer Oberfläche 10e eines volumenkristallinen optischen Wellenleitersubstrates 10 gemäß einem Vergleichsbeispiel ausgebildet ist, und 5(b) eine Schnittansicht entlang der Linie Vb-Vb aus 5(a); und
6(a) eine Draufsicht von einem Zustand, bei dem eine periodische Domäneninversionsstruktur 38 auf der Oberfläche 10e des volumenkristallinen optischen Wellenleitersubstrates 10 ausgebildet ist, das in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet werden kann, und 6(b) eine Schnittansicht entlang der Linie VIb-VIb aus 6(a).

Nachstehend ist die Erfindung näher beschrieben.
1 und die 2(a) und 2(b) betreffen ein Beispiel aus dem Stand der Technik. 1 zeigt eine Draufsicht von einem Zustand, bei dem eine periodische Domäneninversionsstruktur 8 auf einer Oberfläche eines optischen Wellenleitersubstrates ausgebildet ist. 2(a) zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie IIa-IIa aus 1, und 2(b) zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie IIb-IIb aus 1.
Bei diesem Beispiel haftet eine untere Oberfläche eines optischen Wellenleitersubstrates 35 an einer oberen Oberfläche eines separaten Stützsubstrates 41 über eine Haftschicht 40 an. Eine Anzahl von Domäneninversionsteilen 6 und polarisationsnichtinvertierenden Teilen 7 sind alternativ in einer Lichtausbreitungsrichtung L ausgebildet, wodurch eine periodische Domäneninversionsstruktur 8 ausgebildet ist. Zu Zwecken der Bezugnahme ist in 1 ein Zustand gezeigt, bei dem Elektrodenstücke 5 einer kammförmigen Elektrode zur Ausbildung von Domäneninversionsteilen 6, einer Einspeisungselektrode 3 und einer Gegenelektrode 4 ausgebildet sind. Wenn eine vorbestimmte Spannung zwischen der Einspeiseelektrode 3 und der Gegenelektrode 4 angelegt wird, erstrecken sich die Domäneninversionsteile 6 jeweils von den Punkten der Anzahl von Elektrodenstücken 5.
Die Grenzebenen zwischen den Domäneninversionsteilen und den Domänennichtinversionsteilen sind Domäneninversionsebenen. Bei dem bekannten Beispiel ist der durch die Richtung P der Domäneninversionsebene auf der Oberfläche des Substrates und der Lichtausbreitungsrichtung L ausgebildete Winkel θ ein rechter Winkel. Wenn dabei ein Beugungsphänomen innerhalb der periodischen Domäneninversionsstruktur erzeugt wird, fällt Rücklicht auf die Laserquelle, und daher oszilliert ein Laserstrahl (Grundwelle) aufgrund des Rücklichts instabil.
3 und die 4(a) und 4(b) betreffen ein Beispiel, das in dem erfindungsgemäßen System verwendet werden kann. 3 zeigt eine Draufsicht von einem Zustand, bei dem eine periodische Domäneninversionsstruktur 18 auf einer Oberfläche eines optischen Wellenleitersubstrates ausgebildet ist. 4(a) zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie IVa-IVa aus 3, und 4(b) zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie IVb-IVb aus 3.
Bei dem vorliegenden Beispiel haftet die untere Oberfläche des optischen Wellenleitersubstrates 35 an der oberen Oberfläche des separaten Stützsubstrates 41 über die Haftschicht 40 an. Auf der unteren Oberfläche des optischen Wellenleitersubstrates 35 kann eine untere Mantelschicht ausgebildet sein, und eine obere Mantelschicht oder eine Pufferschicht können ferner auf der oberen Oberfläche des Substrates 35 ausgebildet sein. Zudem kann die obere Oberfläche des Substrates 35 an einem (nicht gezeigten) Oberseitensubstrat über die obere Mantelschicht anhaften.
Eine Anzahl von Domäneninversionsteilen 6A und Polarisationnichtinversionsteilen 7A sind in der Lichtausbreitungsrichtung L alternierend ausgebildet, wodurch eine periodische Domäneninversionsstruktur 18 ausgebildet wird. Aus Zwecken der Bezugnahme ist in 3 ein Zustand gezeigt, bei dem Elektrodenstücke 5A einer kammförmigen Elektrode zur Ausbildung von Domäneninversionsteilen 6A, die Einspeiseelektrode 3 und die Gegenelektrode 4 ausgebildet sind. Wenn eine vorbestimmte Spannung zwischen der Einspeiseelektrode 3 und der Gegenelektrode 4 angelegt wird, erstrecken sich die Domäneninversionsteile 6A jeweils von den Punkten einer Anzahl der Elektrodenstücke 5A.
Grenzebenen zwischen den Domäneninversionsteilen 6A und den Domänennichtinversionsteilen 7A sind Domäneninversionsebenen, und die Domäneninversionsebene kann beispielsweise durch einen Nassätzvorgang beobachtet werden. Bei dem vorliegenden Beispiel liegt der durch die Richtung P der Domäneninversionsebene auf der Substratoberfläche und der Lichtausbreitungsrichtung L ausgebildete Winkel θ in einem Bereich von 80° bis 89°. Selbst falls dabei das Beugungsphänomen innerhalb der periodischen Domäneninversionsstruktur auftritt, kann Rücklicht zu einer Laserquelle vermieden werden, und daher kann der Laserstrahl (Grundwelle) davor bewahrt werden, instabil zu oszillieren.
Die 5(a) und 5(b) betreffen ein Beispiel aus dem Stand der Technik. 5(a) zeigt eine Draufsicht von einem Zustand, bei dem eine periodische Domäneninversionsstruktur 28 auf eine Oberfläche 10e eines volumenkristallinen optischen Wellenleitersubstrates 10 ausgebildet ist. 5(b) zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie Vb-Vb aus 5(a).
Bei diesem Beispiel sind eine Anzahl von Domäneninversionsteilen 16 und Polarisationsnichtinversionsteilen 17 in der Ausbreitungsrichtung L einer Grundwelle A alternierend ausgebildet, wodurch eine periodische Domäneninversionsstruktur 28 ausgebildet ist.
Grenzebenen zwischen den Domäneninversionsteilen 16 und den Polarisationsnichtinversionsteilen 17 sind Domäneninversionsebenen. Die Grundwelle fällt von einer Einfallsoberfläche 10a ein, und Oberschwingungen werden von einer Projektionsoberfläche 10b projiziert. Jedes Domäneninversionsteil 16 erstreckt sich von der unteren Oberfläche 10e zu der oberen Oberfläche 10f des Substrates 10, und erstreckt sich weiter zwischen den Seitenoberflächen 10c und 10d.
Bei dem konventionellen Beispiel ist der durch die Richtung P der Domäneninversionsebene und der Lichtausbreitungsrichtung L ausgebildete Winkel ein rechter Winkel. Wenn dabei ein Beugungsphänomen innerhalb der periodischen Domäneninversionsstruktur erzeugt wird, fällt Rücklicht auf die Laserquelle und der Laserstrahl (die Grundwelle) oszilliert aufgrund des Rücklichts instabil. Wenn zwischen dieser Vorrichtung und der Laserquelle ein Resonator hergestellt wird, kann Rücklicht vermieden werden. Dabei steigt jedoch der Verlust bei der Lichtausbreitung aufgrund der Reflexion und Streuung des Laserstrahls innerhalb der periodischen Domäneninversionsstruktur an.
Die 6(a) und 6(b) betreffen ein Beispiel, das in dem erfindungsgemäßen System verwendet werden kann.
6(a) zeigt eine Draufsicht von einem Zustand, bei dem eine periodische Domäneninversionsstruktur 38 auf der Oberfläche 10e des volumenkristallinen optischen Wellenleitersubstrates 10 ausgebildet ist. 6(b) zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie VIb-VIb aus 6(a).
Bei dem vorliegenden Beispiel sind eine Anzahl von Domäneninversionsteilen 16A und Polarisationsnichtinversionsteilen 17A in der Ausbreitungsrichtung L der Grundwelle A alternierend ausgebildet, wodurch die periodische Domäneninversionsstruktur 38 ausgebildet ist. Grenzebenen zwischen den Domäneninversionsteilen 16A und den Domänennichtinversionsteilen 17A sind Domäneninversionsebenen. Die Grundwelle fällt von der Einfallsoberfläche 10a ein, und die Oberschwingungen werden von der Projektionsoberfläche 10b projiziert. Jedes Domäneninversionsteil 16A erstreckt sich von der oberen Oberfläche 10e zu der unteren Oberfläche 10f des Substrates 10, und erstreckt sich weiter zwischen den Seitenoberflächen 10c und 10d.
Bei dem erfindungsgemäßen Beispiel legt der durch die Richtung P der Domäneninversionsebene und der Lichtausbreitungsrichtung L ausgebildete Winkel θ in einem Bereich von 80° bis 89°. Selbst falls hierbei ein Beugungsphänomen innerhalb der periodischen Domäneninversionsstruktur auftritt, kann Rücklicht zu einer Laserquelle vermieden werden, und der Laserstrahl (Grundwelle) kann daher davor bewahrt werden, instabil zu oszillieren. Da außerdem ein Resonator zwischen dieser Vorrichtung und der Laserquelle hergestellt wird, kann der Verlust von Lichtausbreitung aufgrund von Reflexion und Streuung des Laserstrahls innerhalb der periodischen Domäneninversionsstruktur unterdrückt werden.
Für den Laserstrahl der Grundwelle werden vorzugsweise ein Halbleiterlaser, ein Nd-dotierter YAG-Laser oder ein Nd-dotierter YVO₄-Laser verwendet.
Der durch die Richtung der Domäneninversionsebene innerhalb der periodischen Domäneninversionsstruktur und der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls ausgebildete Winkel θ beträgt vorzugsweise 89 Grad oder weniger und noch bevorzugter 87 Grad oder weniger. Unter dem Gesichtspunkt, dass die Störung einer Wellenfront in der Ausbreitungsrichtung unterdrückt wird, beträgt der Winkel θ ferner vorzugsweise 80 Grad oder mehr und noch bevorzugter 82 Grad oder mehr.
Die periodische Domäneninversionsstruktur kann innerhalb eines optischen Wellenleiters in Kanalbauart ausgebildet sein. Dabei kann der Wellenleiter eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung in Gratbauart sein, die aus der Haftschicht oder dem Substrat projiziert. Ferner wird ein nichtlinearer optischer Kristall verarbeitet, in dem beispielsweise durch eine spanende Verarbeitung oder eine Laserstrahlverarbeitung formgebend verarbeitet wird, um dadurch den Wellenleiter zu erhalten. Ein dreidimensionaler optischer Wellenleiter wird über die Haftschicht aus amorphen Materialien an dem Substrat angehaftet. Alternativ kann der optische Wellenleiter durch einen Metalldiffusionsvorgang wie etwa einen Titandiffusionsvorgang oder einen Protonenaustauschvorgang ausgebildet sein.
Ferner kann der optische Wellenleiter in Kanalbauart aus einer X-Platte oder einer versetzten X-Platte (einer Y-Platte oder einer versetzten Y-Platte) aus ferroelektrischem Einkristall ausgebildet sein. Bei den Beispielen gemäß den 3 und 4 ist die Domäneninversionsrichtung P beispielsweise die Richtung der Z-Achse des ferroelektrischen Einkristalls. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt ein Versatzwinkel der X-Platte vorzugsweise 10 Grad oder weniger.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die periodische Domäneninversionsstruktur in einem volumenkristallinen Substrat aus einem ferroelektrischen Einkristall bereitgestellt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der volumenkristalline Einkristall vorzugsweise als Z-Platte verwendet. Im Einzelnen ist gemäß dem Beispiel nach 6(a) der das Substrat 10 bildende ferroelektrische Einkristall in der Richtung (Z-Achse) senkrecht zu der Papierebene polarisiert.
Der ferroelektrische Einkristall unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, solange er Licht modulieren kann; Lithiumniobat, Lithiumtantalat, eine Festkörperlösung aus Lithiumniobat und Lithiumtantalat, Kaliumlithiumniobat, KTP, GaAs, Quarz und dergleichen seien jedoch beispielhaft genannt.
Zur weiteren Verbesserung des Widerstands des optischen Wellenleiters gegen optische Beschädigung beinhaltet der ferroelektrische Einkristall ein oder mehr Metallelemente aus der durch Magnesium (Mg), Zink (Zn), Scandium (Sc) und Indium (In) gebildeten Gruppe, wobei Magnesium am bevorzugtesten ist. Der ferrorelektrische Einkristall beinhaltet ein Element der seltenen Erden als Dotierstoff. Das Element der seltenen Erden wirkt als zusätzliches Element zur Laseroszillation. Das Element der seltenen Erden ist vorzugsweise Nd, Er, Tm, Ho, Dy oder Pr.
Die Materialien für die Schichten des unteren Mantels und des oberen Mantels beinhalten Siliziumoxid, Magnesiumfluorid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid und Tantalpentoxid.
Das Material für die Haftschicht 40 kann ein anorganisches Haftmittel, ein organisches Haftmittel oder eine Kombination aus anorganischen und organischen Haftmitteln sein.
Spezifische Beispiele für das Material des Stützsubstrates 41 unterliegen keinen besonderen Beschränkungen, beinhalten aber Lithiumniobat, Lithiumtantalat, ein Glas wie etwa Quarzglas, Quarz, Silizium oder dergleichen. Unter dem Gesichtspunkt einer Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten können dabei die Materialien für die ferroelektrische Schicht und das Stützsubstrat vorzugsweise dieselben sein, und einkristallines Lithiumniobat ist besonders bevorzugt.
BEISPIELE
(Beispiel 1)
Eine Oberschwingungen erzeugende Vorrichtung gemäß den 3 und 4 wurde hergestellt. Im Einzelnen wurden Elektroden 3, 4 und 5A sowie eine periodische Domäneninversionsstruktur 18 mit einer Periode von 6,6 µm auf einem 0,5 mm dicken und mit 5% MgO dotierten Lithiumniobat-Y-Substrat mit einem Schrägschnitt von 5 Grad ausgebildet. Das Haftmittel 40 wurde auf ein 0,5 mm dickes undotiertes Lithiumniobatsubstrat 41 aufgebracht. Danach wurde das vorstehend beschriebene MgO-dotierte Lithiumniobatsubstrat auf das Substrat geklebt, und die Oberfläche des MgO-dotierten Lithiumniobatsubstrats wurde abgetragen und poliert, bis dessen Dicke 3,7 µm erreichte. Auf diese Weise wurde ein dünnes optisches Wellenleitersubstrat 35 hergestellt.
Nachfolgend wurde ein optischer Wellenleiter 2 in Gratbauart auf diesem Substrat 35 durch Laserabtragung ausgebildet. Bei dieser Gelegenheit wurde der optische Wellenleiter 2 derart verarbeitet, dass die Lichtausbreitungsrichtung L einen Winkel von 85 Grad bezüglich der Z-Achse des Kristalls ausbildete. Nach Ausbildung des optischen Wellenleiters wurde ein 0,5 µm dicker oberer Mantel aus SiO₂ durch Zerstäubung ausgebildet. Nachdem die Vorrichtung in eine Länge von 9 mm und eine Breite von 1,0 mm durch eine Chipschneideeinrichtung geschnitten wurde, wurden die Endflächen der Vorrichtung poliert, wodurch die Antireflexionsschichten ausgebildet wurden. Ein durch die Richtung der Domäneninversionsebene P und der optischen Ausbreitungsrichtung L ausgebildeter Winkel betrug 85 Grad.
Die optischen Eigenschaften dieses optischen Wellenleiters wurden unter Verwendung eines Halbleiterlasers gemessen. Die Oszillationsausgabe der Laserquelle wurde auf 350 mW eingestellt, und das Grundlicht wurde auf die Endfläche des Wellenleiters durch eine Linse kondensiert; folglich wurde eine SHG-Ausgabe von 110 mW erhalten. Die Wellenlänge des Grundlichts betrug zu diesem Zeitpunkt 1063,5 nm. Der Oszillationszustand des Halbleiterlaserstrahls war stabil, und es wurde keine Leistungsvariation beobachtet.
(Vergleichsbeispiel 1)
Die in den 1 und 2 gezeigte Vorrichtung wurde mit demselben Ablauf wie bei Beispiel 1 hergestellt. Es versteht sich jedoch, dass der Unterschied zu Beispiel 1 darin lag, dass bei der Ausbildung des optischen Wellenleiters 2 in Gratbauart der Wellenleiter 2 derart verarbeitet wurde, dass die Lichtausbreitungsrichtung P einen rechten Winkel bezüglich der Z-Achse des Kristalls bildete. Ein durch die Richtung P der Domäneninversionsebene und der Lichtausbreitungsrichtung L gebildeter Winkel ist ein rechter Winkel.
Wenn die optischen Eigenschaften dieser Vorrichtung gemessen wurden, stabilisierte sich die Oszillation der Halbleiterlaserquelle nicht, und daher wurde lediglich eine Ausgabe von 54 mW im Gegensatz zu einer Eingabe von 350 mW erhalten.
(Beispiel 2)
Die Vorrichtung nach 6 wurde hergestellt. Im Einzelnen wurde eine periodische Domäneninversionsstruktur 38 mit einer Periode von 6,9 µm auf dem Z-Substrat aus einem 0,5 mm dicken und mit 5% MgO-dotierten Lithiumniobateinkristall ausgebildet. Das Substrat wurde mit einer Chipschneideeinrichtung in Vorrichtungen geschnitten, und eine Vorrichtung mit einer Länge von 2 mm und einer Breite von 3,0 mm wurde hergestellt. Dabei bildete die Richtung der Domäneninversionsebene einen Winkel θ von 82 Grad bezüglich der Lichtausbreitungsrichtung aus. Danach wurden die Endflächen der Vorrichtung poliert, und die Antireflexionsschichten zur Vermeidung von Reflexion der Wellenlängen von 1062 nm und 531 nm wurden auf der Einfallsseite ausgebildet, wodurch eine volumenkristalline Vorrichtung erhalten wurde.
Diese volumenkristalline Vorrichtung und eine Nd-dotierte YAG-Laservorrichtung wurden innerhalb eines Resonators angeordnet, und durch den Halbleiterlaserstrahl mit einer Wellenlänge von 808 nm angeregt. Der Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 531 nm wurde mit einer Ausgabe von 100 mW im Gegensatz zu einer Anregungslichtleistung von 1 W erhalten.
(Vergleichsbeispiel 2)
Die Vorrichtung gemäß 5 wurde auf dieselbe Weise wie bei Beispiel 2 hergestellt. Es versteht sich, dass beim Ausschneiden des Substrates die Vorrichtung derart verarbeitet wurde, dass die Richtung P der Domäneninversionsebene einen rechten Winkel bezüglich der Lichtausbreitungsrichtung L bildete. Die optischen Eigenschaften dieser Vorrichtung wurden innerhalb des Resonators auf dieselbe Weise wie bei Beispiel 1 gemessen. Der Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 531 nm wurde erhalten, aber nur eine Ausgabe von 30 mW wurde im Gegensatz zu der Anregungslichtleistung von 1 W erhalten.
(Beispiel 3)
Eine periodische Domaneninversionsstruktur mit einer Periode von 6,6 µm wurde auf einem 0,5 mm dicken und mit 5% MgO dotierten Lithiumniobat-Y-Substrat mit einem Schrägschnitt von 5 Grad auf dieselbe Weise wie bei Beispiel 1 ausgebildet. Danach wurde ein Haftmittel auf einem undotierten Lithiumniobatsubstrat mit einer Dicke von 0,5 mm aufgebracht, an das das vorstehend beschriebene MgO-dotierte Lithiumniobatsubstrat geklebt wurde. Die Oberfläche des MgO-dotierten Lithiumniobatsubstrates wurde abgetragen und poliert, bis dessen Dicke 3,7 µm erreichte.
Nachfolgend wurde ein optischer Wellenleiter in Gratbauart auf diesem Substrat durch das Laserabtragungsverfahren ausgebildet. Bei dieser Gelegenheit wurde der optische Wellenleiter derart verarbeitet, dass eine Lichtausbreitungsrichtung einen Winkel von 80 Grad bezüglich der Z-Achse des Kristalls ausbildete. Nach Ausbildung des optischen Wellenleiters wurde ein 0,5 µm dicker oberer Mantel aus SiO₂ durch einen Zerstäubungsvorgang ausgebildet. Nachdem die Vorrichtung in eine Länge von 12 mm und eine Breite von 1,4 mm durch eine Chipschneideeinrichtung geschnitten wurde, wurden die Endflächen der Vorrichtung poliert, wodurch die Antireflexionsschichten ausgebildet wurden.
Die optischen Eigenschaften dieses optischen Wellenleiters wurden unter Verwendung des Halbleiterlasers gemessen. Die Oszillationsausgabe des Lasers wurde auf 350 mW eingestellt, und das Grundlicht wurde auf die Endfläche des Wellenleiters durch eine Linse kondensiert; im Ergebnis wurde eine SHG-Ausgabe von 160 mW erhalten. Die Wellenlänge des Grundlichts betrug zu diesem Zeitpunkt 1062,9 nm.
(Beispiel 4)
Die Vorrichtung gemäß 6 wurde hergestellt. Eine periodische Domäneninversionsstruktur mit einer Periode von 6,9 µm wurde auf einer 0,5 mm dicken und mit 5% MgO dotierten Lithiumniobat-Z-Substrat ausgebildet. Dieses Substrat wurde in eine Länge von 2 mm und eine Breite von 3,0 mm durch eine Chipschneideeinrichtung geschnitten. Zu diesem Zeitpunkt wurde das Substrat derart verarbeitet, dass die Richtung der Domäneninversionsebene einen Winkel von 89 Grad bezüglich der Lichtausbreitungsrichtung ausbildete. Danach wurden die Endflächen der Vorrichtung zur Ausbildung der Antireflexionsschicht zur Vermeidung einer Reflexion der Wellenlängen von 1062 nm und 531 nm auf der Einfallsseite poliert.
Diese volumenkristalline Vorrichtung und eine Nd-dotierte YAG-Laservorrichtung wurden innerhalb eines Resonators angeordnet, und durch den Halbleiterlaserstrahl mit einer Wellenlänge von 808 nm angeregt. Der Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 531 nm wurde mit einer Ausgabe von 100 mW gegenüber einer Anregungslichtleistung von 1· W erhalten.
(Vergleichsbeispiel 4)
Bei dem vierten Beispiel wurde beim Ausschneiden des Substrats die Vorrichtung derart verarbeitet, dass die Richtung der Domäneninversionsebene einen Winkel von 78 Grad bezüglich der Lichtausbreitungsrichtung ausbildete. Die Vorrichtung wurde ähnlich zu vorstehender Beschreibung in dem Resonator angeordnet, und die optischen Eigenschaften dieser Vorrichtung wurden gemessen. Der Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 531 nm wurde lediglich mit einer Ausgabe von 19 mW gegenüber einer Anregungslichtleistung von 1 W erhalten.
Somit ist vorstehend eine Oberschwingungen erzeugende Vorrichtung beschrieben, die eine periodische Domäneninversionsstruktur 18 zum Umwandeln einer Wellenlänge eines Laserstrahls zur Erzeugung von Oberschwingungen umfasst. Ein durch eine Domäneninversionsebene P der periodischen Domäneninversionsstruktur 8 und einer Ausbreitungsrichtung L des Laserstrahls ausgebildeter Winkel θ liegt in einem Bereich von 80 Grad bis 89 Grad.

Claims

System mit einer Laserquelle und einer Vorrichtung mit einer periodischen Domäneninversionsstruktur, die angepasst ist, eine Wellenlänge eines Laserstrahls von der Laserquelle umzuwandeln, um Oberschwingungen zu erzeugen, wobei: Domäneninversionsebenen der periodischen Domäneninversionsstruktur und die Lichtausbreitungsrichtung des Laserstrahls sich mit einem Winkel θ in einem Bereich von 80 Grad bis 89 Grad schneiden, und die Vorrichtung und die Laserquelle zwischen sich einen Resonator bilden, so dass die Vorrichtung und die Laserquelle innerhalb des Resonators angeordnet sind.
System nach Anspruch 1, wobei die periodische Domäneninversionsstruktur innerhalb eines optischen Wellenleiters in Kanalbauart ausgebildet ist.
System nach Anspruch 2, wobei der optische Wellenleiter in Kanalbauart aus einer X-Platte, einer versetzten X-Platte, einer Y-Platte oder einer versetzten Y-Platte aus einem ferroelektrischen Einkristall ausgebildet ist, wobei die Domäneninversionsebenen in einer Draufsicht, die eine obere Oberfläche der Vorrichtung zeigt, in der Z-Richtung bereitgestellt sind.
System nach Anspruch 1, wobei die periodische Domäneninversionsstruktur innerhalb eines volumenkristallinen Substrates mit einem ferroelektrischen Einkristall ausgebildet ist.
System nach Anspruch 4, wobei das volumenkristalline Substrat eine Z-Platte eines ferroelektrischen Einkristalls ist, der in einer Z-Richtung polarisiert ist, wobei die Z-Richtung senkrecht zu einer oberen Oberfläche der Z-Platte ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sich in einer Draufsicht, die eine obere Oberfläche der Vorrichtung zeigt, die Domäneninversionsebenen und die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls mit einem Winkel in einem Bereich von 80 Grad bis 89 Grad schneiden.