DE69006835T2 - Zweite harmonische Welle erzeugende Vorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung. - Google Patents
Zweite harmonische Welle erzeugende Vorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Zweite-Harmonische-Welle-Erzeugungseinrichtung, umfassend einen Wellenleiter, und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Zweite-Harmonische-Welle-Erzeugungseinrichtung.
- Im besonderen betrifft die Erfindung eine Zweite-Harmonische- Welle-Erzeugungseinrichtung (auf die nachstehend als "ZHE-Einrichtung" Bezug genommen wird) von einer Dünnfilmwellenleiterstruktur mit einem hohen Umwandlungswirkungsgrad.
- Eine ZHE-Einrichtung nutzt nichtlineare optische Effekte eines nichtliniearen optischen Kristallmaterials zur Umwandlung der Wellenlänge λ eines einfallenden Laserlichts in die Wellenlänge 1/2 λ aus, welche ausgegeben wird. Da das ausgegebene Licht eine halbe Wellenlänge des einfallenden Lichts hat, kann die Einrichtung in einem optischen Plattenspeicher und CD-Spieler verwendet werden, um eine vierfache Erhöhung in der Aufzeichnungsdichte zu erreichen, und sie kann in einem Laserdrucker und in der Photolithographie mit erhöhter Auflösung verwendet werden.
- Bis jetzt ist ein Masse-Einkristall aus einem nichtliniearen optischen Material, der einen Gaslaser mit hoher Ausgangsleistung als eine Lichtquelle verwendet, als eine ZHE-Einrichtung verwendet worden. Jedoch ist bei den kürzlichen Zunahmen im Bedarf an kompakten optischen Plattensystemen und Laserdruckern und, da ein Gaslaser einen externen Modulator zur optischen Modulation erfordert und nicht für eine kompakte Ausbildung geeignet ist, eine ZHE-Einrichtung begehrt worden, die die Verwendung eines Halbleiterlasers ermöglicht, welcher direkt moduliert werden kann und in den Kosten niedriger sowie leichter als ein Gaslaser zu handhaben ist.
- Wenn ein Halbleiterlaser als eine Lichtquelle verwendet wird, ist, da der Halbleiterlaser eine niedrige Ausgangsleistung von mehreren mW bis zu mehreren zehn mW hat, eine ZHB-Einrichtung von einer Dünnfilmwellenleiterstruktur gebraucht worden, welche einen besonders hohen Umwandlungswirkungsgrad hat.
- Die Erzeugung der zweiten harmonischen optischen Welle unter Verwendung eines Dünnfilmwellenleiters hat Vorteile insofern, als: (1) Energie von Licht, das auf den Dünnfilm konzentriert ist, verwendet werden kann, (2) da die optische Welle innerhalb des Dünnfilms eingeschlossen ist und nicht diffundiert, ist eine Wechselwirkung über eine lange Strecke möglich, und (3) eine Substanz, welche im Massezustand keine Phasenanpassung erzeugen kann, wird fähig, eine Phasenanpassung unter Verwendung von Modendispersion des Dünnfilms zu erzeugen (Miyama und Miyazaki; Technical Report of the Electronic Communication Society, OQE75- 6 (1975), Miyazaki, Hoshino und Akao; Proceedings of Electromagnetic Field Theorv Research Conference, EMT-78-5 (1978)).
- Jedoch ist es, um eine ZHE-Einrichtung einer Dünnfilmwellenleiterstruktur zu erhalten, bis jetzt notwendig gewesen, Experimente mit Substraten von unterschiedlichen Materialien und Dünnfilmwellenleiterschichten von unterschiedlichen Materialien und Dicken bei einer konkreten Grundwellenlänge auszuführen, um Bedingungen zum Erzeugen einer Zweite-Harmonische-Welle zu finden und die Struktur zu bestimmen, was demgemäß sehr unrationelle Arbeit erfordert.
- Aus US-A-3 586 872 ist eine Zweite-Harmonische-Welle-Erzeugungseinrichtung bekannt, die Mittel aufweist, welche einen optischen Wellenleiter bilden, der einen dünnen Film umfaßt, welcher über einem Substrat von unterschiedlicher Brechungszahl gelagert ist, wobei die Dicke des Films und die Brechungszahlen des Films und des Substrats derart sind, daß Phasenanpassungsbedinungen in dem Substrat zwischen den abklingenden Feldern einer Eingangspumpwelle und einer angeregten Welle von unterschiedlicher Wellenlänge, die sich in Moden unterschiedlicher Ordnung in dem Film fortpflanzen, vorgesehen werden.
- Im besonderen offenbart US-A-3 586 872 eine Zweite-Harmonische Welle-Erzeugungseinrichtung, die eine dünne ZnS-Filmwellenleiterschicht umfaßt, welche auf einem ZnO-Substrat ausgebildet ist. Während der Fortpflanzung des Crundbündels und des harmonischen Bündels in dem Wellenleiterfilm treten ihre abklingenden Felder an der Crenzfläche zwischen dem Film und dem Substrat in Wechselwirkung. Das Licht der Grundwelle tritt daher mit dem Film in Wechselwirkung. Diese Einrichtung hat die folgenden Parameter: Dicke der Dünnfilmwellenleiterschicht T = 1,06 um; Grundwellenlänge λ = 1,098 um, ordentliche Brechungszahl des Substrats bei der Grundwellenlänge noS1 = 1,9411; ordentliche Brechungszahl der Wellenleiterschicht bei der Grundwellenlänge noF1 = 2,2899; außerordentliche Brechungszahl des Substrats bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge neS2 = 2,0521; und außerordentliche Brechungszahl der Wellenleiterschicht bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge neF2 = 2,4038. Demgemäß erfüllt diese Einrichtung die Bedingungen
- Jedoch tritt in einer solchen Zweite-Harmonische-Welle-Brzeugungseinrichtung gemäß US-A-3 586 872 eine nichtlineare Wechselwirkung in dem Substrat (auf eine solche Schwingung wird als eine "Cerenkov-Strahlung" Bezug genommen) für eine Cerenkov- Strahlung auf, so daß die Form des Ausgangsbündels ungünstigerweise nichtkreisförmig ist. Dieses wird aus einem Artikel von P. K. Tien, dem Erfinder der Referenz US-A-3 586 872, und anderen erfahren. Dieser Artikel ist in Applied Physics Letters, Band 17, Nr. 10, 15. November 1970, Seiten 447 - 450 veröffentlicht worden. Wenn das Ausgangsbündel nicht kreisförmig ist, kann die Einrichtung, zum Beispiel bei optischen Platten und Laserdruckern, nicht angewandt werden.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Zweite-Harmonische- Welle-Erzeugungseinrichtung, umfassend einen aus einem doppelbrechenden Einkristalldünnfilm hergestellten Wellenleiter zum Einschließen von Licht innerhalb des Dünnfilmwellenleiters und Bewirken, daß das Licht damit in Wechselwirkung tritt, um eine harmonische Welle zu erzeugen, die auch in dem Wellenleiter eingeschlossen ist, wobei der Dünnfilm, der ein Material umfaßt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus LiNbO&sub3;, α-Quarz, Sr0,25Ba0,75Nb2O6 (SBN25), KTiOPO&sub4; (KTP), β-BaB&sub2;O&sub4; (BBO), KB&sub5;O&sub8; 4H&sub2;O (KB5), KH&sub2;PO&sub4; (KDP), KD&sub2;PO&sub4; (KD*P), NH&sub4;H&sub2;PO&sub4; (ADP), C&sub5;H&sub2;AsO&sub4; (CDA), C&sub5;D&sub2;AsO&sub4; (CD*A), RbH&sub2;PO&sub4; (RDP), RbH&sub2;AsO&sub4; (RDA), BeSO&sub4; 4H&sub2;O, LiClO&sub4; 3H&sub2;O, LiIO&sub3;, α-LiCdBO&sub3;, LiB&sub3;O&sub5; (LBO), Harnstoff, Poly-p- nitroanilin (p-PNA), Polydiacetylen (DCH), 4-(N,N-Dimethylamino)-3-acetamidonitrobenzol (DAN), 4-Nitrobenzaldehydhydrazin (NBAH), 3-Methoxy-4-nitrobenzaldehydhydrazin und 2-Methyl-4- nitroanilin (MNA) besteht, auf einem Substrat ausgebildet ist, das aus einem Material hergestellt ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus LiTaO&sub3;, SiO&sub2;, Aluminiumoxid, Nd&sub3;Ga&sub5;O&sub1;&sub2;, KTP, BBC, LBO, KDP, Sodaglas, Borsilicatglas und Polymethylmethacrylat (PMMA) besteht, wobei die Zweite-Harmonische-Welle- Erzeugungseinrichtung die folgende Gleichung (A) oder (B) erfüllt,
- oder
- worin
- Tum: eine Dicke der Dünnfilmwellenleiterschicht
- λum: eine Laser-Grundwellenlänge
- noS1: eine ordentliche Brechungszahl des Substrats bei der Grundwellenlänge (λum)
- noF1: eine ordentliche Brechungszahl der Dünnfilmwellenleiterschicht bei der Grundwellenlänge (λum)
- neS2: eine außerordentliche Brechungszahl des Substrats bei einer Zweite-Harmonische-Wellenlänge (λum/2)
- neF2: eine außerordentliche Brechungszahl der Dünnfilmwellenleiterschicht bei der Zweite-Harmonischen-Wellenlänge (λum/2)
- N&sub1; in Gleichung (A) ist
- und N&sub2; in Gleichung (B) ist
- Die Erfinder haben intensive Studien ausgeführt und haben gefunden, daß eine Zweite-Harmonische-Welle sehr leistungsstark erzeugt werden kann, indem eine spezielle Beziehung zwischen einer Grundwellenlänge (λum), einer Dicke (Tum) der Dünnfilmwellenleiterschicht, einer ordentlichen Brechungszahl (noS1) des Substrats bei der Grundwellenlänge (λum), einer ordentlichen Brechungszahl (noF1) der Dünnfilmwellenleiterschicht bei der Grundwellenlänge (λum), einer außerordentlichen Brechungszahl (neS2) des Substrats bei einer Zweite-Harmonische-Wellenlänge (λum/2), und einer außerordentlichen Brechungszahl (neF2) der Dünnfilmwellenleiterschicht bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge (λum/2) erfüllt wird, so daß sie demgemäß die vorliegende Erfindung zustandegebracht haben.
- Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Zweite-Harmonische-Welle-Erzeugungseinrichtung, die einen Wellenleiter umfaßt, zur Verfügung gestellt, welches Verfahren umfaßt:
- (a) Ausbilden eines doppelbrechenden Einkristalldünnfilms aus einem Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus LiNbO&sub3;, α-Quarz, Sr0,25Ba0,75Nb&sub2;O&sub6; (SBN25), KTiOPO&sub4; (KTP), β- BaB&sub2;O&sub4; (BBO), KB&sub5;O&sub8; 4H&sub2;O (KB&sub5;), KH&sub2;PO&sub4; (KDP), KD&sub2;PO&sub4; (KD*P), NH&sub4;H&sub2;PO&sub4; (ADP), C&sub5;H&sub2;AsO&sub4; (CDA), C&sub5;D&sub2;AsO&sub4; (CD*A), RbH&sub2;PO&sub4; (RDP), RbH&sub2;AsO&sub4; (RDA), BeSO&sub4; 4H&sub2;O, LiClO&sub4; 3H&sub2;O, LiIO&sub3;, α- LiCdBO&sub3;, LiB&sub3;O&sub5; (LBO), Harnstoff, Poly-p-nitroanilin (p- PNA), Polydiacetylen (DCH), 4-(N,N-Dimethylamino)-3-acetamidonitrobenzol (DAN), 4-Nitrobenzaldehydhydrazin (NBAH), 3-Methoxy-4-nitrobenzaldehydhydrazin und 2-Methyl-4-nitroanilin (MNA) besteht, auf einem Substrat, das aus einem Material hergestellt ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus LiTaO&sub3;, SiO&sub2;, Aluminiumoxid, Nd&sub3;Ga&sub5;O&sub1;&sub2;, KTP, BBO, LBO, KDP, oder dergleichen, Sodaglas, Borsilicatglas und Polymethylmethacrylat (PMMA) besteht; und
- (b) Trockenätzen des Dünnfilms, wodurch die Dicke des Dünnfilms eingestellt wird, um eine Dünnfilmwellenleiterschicht auszubilden, die die folgende Gleichung (A) oder (B) erfüllt,
- worin
- Tum: eine Dicke der Dünnfilmwellenleiterschicht
- λum: eine Laser-Grundwellenlänge
- noS1: eine ordentliche Brechungszahl des Substrats bei der Grundwellenlänge (λum)
- noF1: eine ordentliche Brechungszahl der Dünnfilmwellenleiterschicht bei der Grundwellenlänge (λum)
- neS2: eine außerordentliche Brechungszahl des Substrats bei einer Zweite-Harmonische-Wellenlänge (λum/2)
- neF2 eine außerordentliche Brechungszahl der Dünnfilmwellenleiterschicht bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge (λum/2)
- N&sub1; in Gleichung (A) ist
- und N&sub2; in Gleichung (B) ist
- Bis jetzt ist bei der Herstellung einer ZHE-Einrichtung die Dicke des Dünnfilmwellenleiters durch optisches Polieren des Films eingestellt worden. Durch intensive Studien haben die Erfinder gefunden, daß eine Trockenätztechnik am geeignetsten als ein Bearbeitungsverfahren ist, welches einfacher als Trockenätzung ist und eine niedrige Oberflächenrauhigkeit sowie eine gleichförmige Filmdicke ermöglicht.
- Die erfinderische ZHE-Einrichtung, umfassend ein Substrat und eine auf dem Substrat ausgebildete Dünnfilmwellenleiterschicht, welche eine Struktur hat, die die obige Gleichung (A) oder (B) der ordentlichen Brechungszahlen für eine Grundwelle und der außerordentlichen Brechungszahlen für eine Zweite-Harmonische- Welle des Substrats und der Dünnfilmwellenleiterschicht, und der Dicke der Dünnfilmwellenleiterschicht erfüllt, kann die Zweite- Harmonische-Welle aus einer speziellen Grundwellenlänge erzeugen.
- Die erfinderische ZHE-Einrichtung muß eine Dünnfilmwellenleiterschicht haben, die auf einem Substrat ausgebildet ist.
- Dies ist nicht nur so, weil die Erzeugung der Zweite-Harmonische-Welle in der ZHE-Einrichtung, bei welcher die Dünnfilmwellenleiterschicht auf dem Substrat ausgebildet ist, die Vorteile hat, daß die Energie des auf den Dünnfilm konzentrierten Lichts ausgenutzt werden kann und, da die optische Welle innerhalb des Dünnfilms eingeschlossen ist und nicht diffundiert, eine Wechselwirkung über eine lange Entfernung hergestellt werden kann, sondern auch, weil eine Phasenanpassung durch Modendispersion des Dünnfilms möglich ist, selbst wenn eine Substanz verwendet wird, welche keine Phasenanpassung erzeugen kann, wenn sie in einem Masseeinkristall in einer ZHE-Einrichtung nach dem Stande der Technik verwendet wird.
- In der erfinderischen ZHE-Einrichtung ist es erforderlich, daß die Grundwellenlänge (λum), die Dicke (Tum) der Dünnfilmwellenleiterschicht, die ordentliche Brechungszahl (noS1) des Substrats bei der Grundwellenlänge (λum), die ordentliche Brechungszahl (noF1) der Dünnfilmwellenleiterschicht bei der Grundwellenlänge (λum), die außerordentliche Brechungszahl (neS2) des Substrats bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge (λum/2), und die außerordentliche Brechungszahl (neF2) der Dünnfilmwellenleiterschicht bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge (λum/2) die Gleichung erfüllen
- worin N&sub1; in Gleichung (A) oben
- ist
- und N&sub2; in Gleichung (B) oben
- ist.
- Dieses ist so, weil in der ZHE-Einrichtung, welche die auf dem Substrat ausgebildete Dünnfilmwellenleiterschicht umfaßt, der Umwandlungswirkungsgrad zu der Zweite-Harmonische-Wellenlänge so niedrig ist, daß sie im praktischen Gebrauch nicht verwendet werden kann, sofern nicht die Struktur der Einrichtung entweder die Gleichung (A) oder die Gleichung (B) erfüllt.
- Im besonderes ist es, um einen hohen Umwandlungswirkungsgrad zu der Zweite-Harmonische-Wellenlänge zu erhalten, vorzuziehen, daß die Grundwellenlänge (λum), die Dicke (Tum) der Dünnfilmwellenleiterschicht, die ordentliche Brechungszahl (noS1) des Substrats bei der Grundwellenlänge (λum), die ordentliche Brechungszahl (noF1) der Dünnfilmwellenleiterschicht bei der Grundwellenlänge (λum), die außerordentliche Brechungszahl (neS2) des Substrats bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge (λum/2), und die außerordentliche Brechungszahl (neF2) der Dünnfilmwellenleiterschicht bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge (λum/2),
- die Gleichung (A') unten erfüllen, und es ist im besonderen vorteilhaft, die Gleichung (A") unten zu erfüllen.
- worin N&sub1; in Gleichung (A') und Gleichung (A") oben
- ist.
- Andererseits ist es, wenn
- vorzuziehen, die Gleichung (B') unten zu erfüllen, und es ist im besonderen vorteilhaft, die Gleichung (B') unten zu erfüllen.
- worin N&sub2; in Gleichung (B') und Gleichung (B") oben
- ist.
- Es ist erforderlich, daß die Dünnfilmwellenleiterschicht der erfinderischen ZHE-Einrichtung durch Trockenätzung eines auf dem Substrat ausgebildeten Films ausgebildet wird.
- Dies ist deswegen so, weil die Trockenätzungstechnik eine gute Wiederholbarkeit der Ätzrate hat und eine Bearbeitungsgenauigkeit über dem 1 um-Niveau hat.
- Trockenätzungstechniken umfassen Ionenstrahlät zung, Plasmaätzung, und Reaktivionenstrahlätzung, und die Ionenstrahlätzung ist im besonderen vorzuziehen. Die Ionenstahlätzung verwendet ein Plasma, das einen Faden oder ECR (Elektronen-Cyclotron-Resonanz) erzeugt, welcher bzw. welche als ein Ionenstrahl zum Ätzen eines zu bearbeitenden Materials ausgestrahlt wird.
- Die Ionenstrahlätzung ist nicht nur fähig, die Ätzrate auf 0,01 bis 0,001 um/h zu reduzieren, sondern hat auch eine gute Wiederholbarkeit und gibt fast keine Beschädigungen an dem Material, das bearbeitet wird.
- Es ist im besonderen vorzuziehen, daß die Bearbeitungsgenauigkeit der Filmdicke (Tum) ±10,01 bis ±10,05 um sein soll, und die Ionenstrahlätzung ist als ein Bearbeitungsverfahren das geeigneste, welches eine solche Hochpräzisionsbearbeitung ermöglicht und die optischen Eigenschaften der Dünnfilmwellenleiterschicht nicht verschlechtert.
- Die am meisten vorzuziehende ZHE-Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine Dicke der auf dem Substrat ausgebildeten Dünnfilmwellenleiterschicht, die durch Trockenätzung auf 96,3 bis 103,9% der Phasenanpassungsfilmdicke eingestellt ist.
- Der Grund, warum es vorzuziehen ist, die Dicke der Dünnfilmwellenleiterschicht auf 96,3 bis 103,9% der Phasenanpassungsfilmdicke einzustellen, besteht darin, daß die Filmdicke innerhalb des Bereichs den höchsten ZHE-Umwandlungswirkungsgrad gibt.
- Es ist vorzuziehen, daß die Dicke der Dünnfilmwellenleiterschicht 98,2 bis 102,0% einer bestimmten Filmdicke (Tum) ist, vorzugsweise 99,2 bis 100,8%.
- In der Erfindungs-ZHE-Einrichtung ist es vorzuziehen, daß der Einfallswinkel (Θ) der Grundwelle zu der optischen Achse (Z- Achse) der Dünnfilmwellenleiterschicht innerhalb des Bereichs von 0 ± 15º oder 90 ± 15º ist.
- Dieses ist so, weil der Umwandlungswirkungsgrad zu der Zweite-Harmonische-Welle extrem hoch ist, wenn der Einfallswinkel (Θ) der Grundwelle innerhalb des obigen Bereichs ist. Es ist besonders vorteilhaft, daß der Einfallswinkel der Grundwelle innerhalb des Bereichs von 0 ± 5º oder 90 ± 5º ist.
- Die Wellenlänge (λ) der auf die Erfindungs-ZHE-Einrichtung einfallenden Grundwelle ist vorzugsweise 0,4 bis 1,6 um.
- Dieses ist so, weil, obwohl eine kürze Wellenlänge als die Grundwellenlänge (λ) vorteilhafter ist, die Erzeugung einer Laserwelle durch einen Halbleiterlaser mit einer Wellenlänge, die kürzer als 0,4 um ist, in hohem Maße schwierig ist, und wenn eine Grundwelle verwendet wird, deren Wellenlänge länger als 1,6 um ist, ist sie, da die erhaltene Zweite-Harmonische-Wellenlänge 1/2 der Grundwellenlänge beträgt, innerhalb eines Wellenlängenbereichs, der leicht direkt mittels eines Halbleiterlasers erzeugt werden kann, was keine Vorteile der Verwendung der ZHE- Einrichtung hat. Es ist vorteilhaft, daß die Wellenlänge (λ) der Grundwelle 0,6 bis 1,3 um ist, welches relativ leicht von einer Halbleiterlaserlichtquelle zu erhalten ist, und insbesondere ist 0,68 bis 0,94 um praktisch vorzuziehen.
- Die Erfindungs-ZHE-Einrichtung hat vorzugweise eine Dicke (T) der Dünnfilmwellenleiterschicht von 0,1 bis 20 um.
- Dieses ist so, weil es, wenn die Dicke (T) der Dünnfilmwellenleiterschicht kleiner als 0,1 um ist, schwierig ist, die Grundwelle anzulegen, und aufgrund eines niedrigen Einfallswirkungsgrads ist es schwierig, einen beträchtlich hohen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad zu erhalten. Wenn die Dicke (T) größer als 20 um ist, hat sie andererseits eine niedrige optische Leitungsdichte und demgemäß einen niedrigen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad. Jeder Fall ist unerwünscht für eine ZHE-Einrichtung. Es ist im besonderen vorteilhaft, daß die Dünnfilmwellenleiterschicht eine Dicke von 0,5 bis 10 um hat, und eine Dicke von 1 bis 8 um ist praktisch vorzuziehen.
- Eine Vielfalt an optischen Materialien kann in dem Substrat und der Dünnfilmwellenleiterschicht, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, benutzt werden; die Dünnfilmwellenleiterschicht kann zum Beispiel hergestellt sein aus LiNbO&sub3;, α- Quarz, KTiOPO&sub4; (KTP), β-BaB&sub2;O&sub4; (BBO), KB&sub5;O&sub8; 4H&sub2;O (KB&sub5;), KH&sub2;PO&sub4; (KDP), KD&sub2;PO&sub4; (KD*P), NH&sub4;H&sub2;PO&sub4; (ADP), C&sub5;H&sub2;AsO&sub4; (CDA), C&sub5;D&sub2;AsO&sub4; (CD*A), RbH&sub2;PO&sub4; (RDP), RbH&sub2;AsO&sub4; (RDA), BeSO&sub4; 4H&sub2;O, LiClO&sub4; 3H&sub2;O, LiIO&sub3;, α-LiCdBO&sub3;, LiB&sub3;O&sub5; (LBO), Harnstoff, Poly-p-nitroanilin (p- PNA), Polydiacetylen (DCH), 4-(N,N-Dimethylamin)-3-acetamidonitrobenzol (DAN), 4-Nitrobenzaldehydhydrazin (NBAH), 3-Methoxy- 4-nitrobenzaldehydhydrazin und 2-Methyl-4-nitroanilin (MNA), oder dergleichen; und das Substrat kann zum Beispiel hergestellt sein aus LiTaO&sub3;, LiNbO&sub3; ausgebildet mit einem LiTaO&sub3;-Dünnfilm, SiO&sub2;, Aluminiumoxid, KTP, BBO, LBO, KDP, oder dergleichen, Sodaglas, Borsilicatglas, Polymethylmethacrylat (PMMA), oder dergleichen.
- Diese Materialien für das Substrat und die Dünnfilmwellenleiterschicht können mit einem anderen Element kombiniert sein, wie Na, Cr, Mg, Nd, Ti oder dergleichen, um ihre Brechungszahlen einzustellen.
- Die Hinzufügung von Na, Cr, Nd, Ti oder dergleichen kann die Brechungszahlen der Dünnfilmwellenleiterschicht und des Substrats erhöhen, und die Hinzufügung von Mg, V oder dergleichen kann die Brechungszahl der Dünnfilmwellenleiterschicht und des Substrats herabsetzen.
- Ein solches anderes Element, wie Na, Cr, Mg, Nd, Ti, V oder dergleichen, wird vorzugsweise unter Verwendung des Verfahrens hinzugefügt, in welchem das Rohmaterial und die Verunreinigung vorher gemischt werden und die Dünnfilmwellenleiterschicht auf dem Substrat durch derartiges, wie eine FPE-(Flüssigphasen-Epitaxial)-Technik, ausgebildet wird, oder eine Diffusionstechnik zum Diffundieren einer Verunreinigung, wie Na, Mg, Nd, Ti, V oder dergleichen, in das Substrat oder die Dünnfilmwellenleiterschicht verwendet wird.
- Materialkombinationen von Dünnfilmwellenleiterschicht/Substrat, die für die Verwendung in der Erfindungs-ZHE-Einrichtung geeignet sind, umfassen LiNbO&sub3;/LiTaO&sub3;, 2-Methyl-4-nitroanilin (MNA)/Aluminiumoxid; KTiOPO&sub4; (KTP)/Aluminiumoxid, β-BaB&sub2;O&sub4; (BBO)/ Aluminiumoxid; 4-(N,N-Dimethylamin)-3-acetamidonitrobenzol (DAN)/SiO&sub2;; 4-(N,N-Dimethylamin)-3-acetamidonitrobenzol (DAN)/ Polymethylmethacrylat (PMMA); LiB&sub3;O&sub5; (LBO)/BBO; LBO/Aluminiumoxid; RbH&sub2;PO&sub4; (RDP)/KH&sub2;PO&sub4; (KDP); und Poly-p-nitroanilin (p- PNA)/PMMA.
- Über allem ist eine Kombination eines LiTaO&sub3;-Einkristallsubstrats oder eines LiNbO&sub3;-Einkristallsubstrats, das mit einem LiTaO&sub3;-Einkristalldünnfilm ausgebildet ist, mit LiNbO&sub3; als der Dünnfilmwellenleiterschicht zur Verwendung in der ZHE-Einrichtung der vorliegenden Erfindung insbesondere vorzuziehen.
- Dieses ist so, weil das LiNbO&sub3; groß in der nichtlinearen optischen Konstanten und klein im optischen Verlust ist und zu einem gleichförmigen Dünnfilm ausgebildet werden kann, und LiTaO&sub3; dem LiNbO&sub3; gleichartig in der Kristallstruktur ist, es leicht ist, einen Dünnfilm aus LiNbO&sub3; darauf auszubilden, und es leicht ist, einen nichtteuren Kristall hoher Qualität zu erhalten.
- Wenn ein LiNbO&sub3;-Einkristallsubstrat, das mit einem LiTaO&sub3;-Einkristalldünnfilm ausgebildet ist, als das Substrat verwendet wird, ist es vorzuziehen, daß das LiNbO&sub3;-Einkristallsubstrat von einer optischen Qualität ist.
- Das LiNbO&sub3;-Einkristallsubstrat von optischer Qualität bezieht sich auf eines, welches Verunreinigungsgehalte, wie Eisen, von 2 ppm oder weniger hat, sowie eine Brechungszahlverteilung von 10&supmin;&sup4;/cm (lokal ≤ 10&supmin;&sup5;), und eine Rohmaterialreinheit von 99,999% oder höher.
- Der Grund, warum das Einkristallsubstrat vorzugweise von einer optischen Qualität ist, besteht darin, daß durch Ausbilden eines LiTaO&sub3;-Einkristalldünnfilms auf einem LiNbO&sub3;-Einkristallsubstrat von optischer Qualität die Kristallinität des LiNbO&sub3;-Einkristallsubstrats auf den LiTaO&sub3;-Einkristalldünnfilm übertragen wird, so daß dadurch ein LiTaO&sub3;-Einkristalldünnfilm von optischer Qualität erhalten wird, und durch Ausbilden eines LiNbO&sub3;- Einkristalls auf dem LiTaO&sub3;-Einkristalldünnfilm von optischer Qualität die Kristallinität des LiTaO&sub3;-Einkristalldünnfilms auf den LiNbO&sub3;-Einkristall übertragen wird, so daß dadurch eine Dünnfilmwellenleiterschicht mit besonders erhöhter Lichtfortpflanzung, erhöhten elektrooptischen Wirkungen und erhöhten nichtlinearen optischen Wirkungen erhalten wird.
- Der LiTaO&sub3;-Einkristalldünnfilm hat vorzugsweise eine Dicke von 0,2 bis 30 um.
- Dieses ist so, weil, wenn die Dicke des LiTaO&sub3;-Einkristalldünnfilms kleiner als 0,2 um ist, geführtes Licht die Tendenz hat, zu lecken, und, wenn der Dünnfilm dicker als 30 um ist, die Kristallinität die Tendenz hat, herabgesetzt zu sein.
- Es ist im besonderen vorzuziehen, daß der LiTaO&sub3;-Einkristalldünnfilm eines Dicke von 0,5 bis 10 um hat, und eine Dicke von 1 bis 5 um ist vorteilhaft.
- Es ist vorzuziehen, daß die Dünnfilmwellenleiterschicht und das Substrat in der Erfindungs-ZHE-Einrichtung individuell gitterangepaßt sind.
- Die Gitteranpassung besteht darin, die Gitterkonstante der Dünnfilmwellenleiterschicht auf 99,81 bis 100,07% der Gitterkonstanten des Substrats einzustellen.
- Eine solche Gitteranpassung ermöglicht die Ausbildung eines Dünnfilms mit keiner Gitterabweichung oder keinen Mikrorissen.
- In der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren zum Erreichen einer Gitteranpasssung nicht speziell beschränkt, aber es wird für eine ZHE-Einrichtung, die ein LiTaO&sub3;-Substrat (einschließlich eines LiNbO&sub3;-Substrats, das mit einem LiTaO&sub3;-Dünnfilm ausgebildet ist) und eine LiNbO&sub3;-Dünnfilmwellenleiterschicht umfaßt, vorteilhafterweise durch Hinzufügen eines anderen Elements zu der LiNbO&sub3;-Dünnfilmwellenleiterschicht ausgeführt, um die Gitterkonstante zu erhöhen, oder, im Gegenteil, durch Hinzufügen eines anderen Elements zu dem LiTaO&sub3;-Substrat, um die Gitterkonstante herabzusetzen.
- Das andere Element, das zu der LiNbO&sub5;-Dünnfilmwellenleiterschicht hinzugefügt wird, ist vorzugsweise Na und Mg.
- Dieses ist so, weil Na- und Mg-Atome oder -Ionen eine Wirkung haben, die Gitterkonstante von LiNbO&sub3; durch Substitution von oder feste Auflösung in LiNbO&sub3; zu erhöhen, und demgemäß kann eine Gitteranpassung zwischen der LiNbO&sub3;-Dünnfilmwellenleiterschicht und dem LiTaO&sub3;-Substrat durch Einstellen der Zusammensetzung von Na und Ng erreicht werden.
- Mg hat eine Wirkung, zu verhindern, daß der Dünnfilm optisch beschädigt wird, und die Verwendung desselben ist vorteilhaft, um eine ZHE-Ausgangsgröße hoher Leistungsfähigkeit zu erhalten.
- Die Gehalte an Na und Mg sind vorzugsweise 0,1 bis 4,8 Mol-% bzw. 0,8 bis 10,8 Mol-% zu LiNbO&sub3;.
- Dieses ist so, weil, wenn der Na-Gehalt kleiner als 0,1 Mol-% ist, eine Gitteranpassung zwischen dem LiNbO&sub3;-Dünnfilm und dem LiTaO&sub3;-Substrat unabhängig von dem Mg-Gehalt nicht erreicht wird, und wenn der Na-Gehalt 4,8 Mol-% übersteigt die Gitterkonstante die Tendenz hat, zu groß zu werden. Demgemäß ergibt kein Fall eine Gitteranpassung zwischen dem LiNbO&sub3;-Dünnfilm und dem LiTaO&sub3;-Substrat.
- Wenn der Mg-Gehalt kleiner als 0,8 Mol-% ist, hat die Wirkung, optische Beschädigungen zu verhindern, die Tendenz, ungenügend zu sein, und ein Mg-Gehalt, der 10,8 Mol-% übersteigt, hat die Tendenz, eine Ablagerung von auf LiNbO&sub3; basierenden Kristallen zu bewirken, so daß demgemäß ein solcher hoher Gehalt an Mg nicht hinzugefügt werden kann.
- Es ist vorzuziehen, Ti als das andere Element, das zu dem LiTaO&sub3;-Substrat hinzugefügt wird, zu verwenden.
- Dieses ist so, weil Ti eine Wirkung hat, die Gitterkonstante des LiTaO&sub3;-Substrats herabzusetzen.
- Der Ti-Gehalt ist vorzugsweise 5,0 bis 7,0 Mol-%.
- Dieses ist so, weil ein Ti-Gehalt außerhalb des obigen Bereichs keine Gitteranpassung mit dem LiTaO&sub3;-Substrat oder der Dünnf ilmwellenleiterschicht liefert.
- Weiterhin ist es vorzuziehen, den LiNbO&sub3;-Dünnfilm auf der (0001)-Oberfläche des LiTaO&sub3;-Substrats auszubilden.
- Die (0001)-Oberfläche bezieht sich auf die Oberfläche, welche senkrecht zu der c-Achse des Kristalls ist.
- Der Grund, warum die (0001)-Oberfläche des LiTaO&sub3;-Substrats als die Wachstumsoberfläche des LiNbO&sub3;-Dünnfilms verwendet wird, besteht darin, daß die (0001)-Oberfläche nur die a-Achse umfaßt, und demgemäß wird eine Gitteranpassung mit dem LiNbO&sub3;-Dünnfilm dadurch erreicht, daß lediglich die Gitterkonstante der a-Achse variiert wird.
- Die Gitterkonstante (a-Achse) des auf dem LiTaO&sub3;-Substrat ausgebildeten LiNbO&sub3;-Dünnfilms ist vorzugsweise 99,81 bis 100,7%, vorzugsweiser 99,92 bis 100,3%, der Gitterkonstanten (a-Achse) des LiTaO&sub3;-Substrats.
- Dieses ist so, weil es, wenn die Gitterkonstante außerhalb des obigen Bereichs ist, schwierig ist, eine Anpassung der Gitterkonstanten von LiTaO&sub3; und LiNbO&sub3; zu erreichen.
- Wenn ein mit einem LiTaO&sub3;-Dünnfilm ausgebildetes LiNbO&sub3;-Substrat als das LiTaO&sub3;-Substrat verwendet wird, ist es vorteilhaft, daß der LiTaO&sub3;-Dünnfilm und das LiNbO&sub3; gitterangepaßt werden.
- Die Erfindungs-ZHE-Einrichtung ist vorzugsweise aus einem Kanaltyp-Wellenleiter mit einer Breite von 1 bis 10 um. Der Grund, warum eine ZHE-Einrichtung, die einen Wellenleiter vom Kanaltyp verwendet, vorteilhaft ist, besteht darin, daß diese Art von Einrichtung eine hohe optische Leistungsdichte gegenüber einem Plattentyp haben kann. Der Grund, warum eine Breite von 1 bis 10 um vorteilhaft ist, besteht darin, daß eine Breite die kleiner als 1 um ist, es schwierig macht, einfallendes Licht in den Wellenleiter einzuführen und niedrig in dem Einfallwirkungsgrad ist, was zu einem niedrigen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad führt, und, obwohl eine größere Breite einen höheren Einfallswirkungsgrad hat, eine Breite, die größer als 10 um ist, in der optischen Leistungsdichte niedrig ist, was zu einem niedrigen ZHE- Umwandlungswirkungsgrad führt.
- Von den Kanaltyp-ZHE-Einrichtungen ist eine Stegtyp-ZHE-Einrichtung besonders vorzuziehen.
- Dieses ist so, weil die Stegtypeinrichtung verglichen mit einem eingebetteten Typ leicht herzustellen ist, sehr leistungsfähig in der Lichteinschließung verglichen mit einem Ahbringungstyp ist, und es nicht benötigt einen unnötigen Plattenteil zu entfernen, wie es erforderlich ist für einen Rippentyp, m-geladenen Typ, so daß demgemäß die Bearbeitungszeit herabgesetzt und eine glatte Seitenoberfläche erhalten wird.
- Im allgemeinen bezieht sich der Stegtyp auf eine Konfiguration, in welcher eine Plattentyp-Wellenleiterschicht auf dem Substrat ausgebildet ist, wobei ein Wellenleiter-Musterteil (Kanalteil) der Plattentyp-Wellenleiterschicht dicker als andere Teile ausgebildet ist.
- Das Verhältnis von Dicke des Wellenleitermusterteils / Dicke der Plattentypwellenleiterschicht ist vorzugsweise 1/11 bis 1/1,3.
- Dieses ist so, weil eine Lichteinschließung schwierig ist, wenn die Dicke von dem Wellenleiterteil / Dicke der Plattentypwellenleiterschicht kleiner als der obige Bereich ist, und es ist schwierig, Laserlicht zu leiten, wenn das Verhältnis 1/1,3 übersteigt.
- Das Verhältnis von Dicke des Musterteils / Dicke der Plattentypwellenleiterschicht ist vorzugsweise 1/4 bis 1/1,4.
- Weiterhin hat die Erfindungs-ZHE-Einrichtung vorzugsweise einen auf der Einfallsoberfläche ausgebildeten wellenlängenselektiven Dünnfilm, welcher eine Grundlaserlichtdurchlässigkeit von 100% oder nahe an 100% hat und Licht, das im Bereich von 0,6 um bis weniger als die Grundwellenlänge liegt fast oder vollständig nicht durchläßt.
- Dieses ist so, weil Halbleiterlaser generell schwaches Laserlicht oder natürliches Licht von peripheren Wellenlängen, die andere als die zentrale Wellenlänge sind, emittieren und Licht dieser Wellenlängen normalerweise für die ZHE-Einrichtung unnötig ist.
- Die Erfindungs-ZHE-Einrichtung umfaßt vorzugsweise eine auf der Dünnfilmwellenleiterschicht ausgebildete plattierte Schicht.
- Dieses ist so, weil durch Ausbilden der plattierten Schicht auf der Dünnfilmwellenleiterschicht die plattierte Schicht nahezu symmetrisch ist hinsichtlich der Brechungszahl, die Feldverteilung des Lichts der Grundwelle und der Zweite-Harmonische- Welle symmetrisch gemacht werden kann, und eine Erniedrigung des Ausgangslichts der Zweite-Harmonische-Welle, selbst wenn die Dicke der Dünnfilmwellenleiterschicht nicht genau gleich der theoretischen Phasenanpassungsdicke ist, leichter gemacht werden kann, so daß dadurch eine ZHE-Einrichtung mit einer weiten Toleranz der Phasenanpassungsdicke und einem hohen Umwandlungswirkungsgrad erhalten wird.
- Die plattierte Schicht kann auch als eine schützende Schicht zum Verhindern des Streuens von Licht aufgrund von Beschädigungen der Wellenleiterschicht oder Anhaften von Staub wirken, kann vollständig verhindern, daß die Wellenleiterschicht zerspant, welches ein Problem beim Polieren der Endoberfläche ist, so daß dadurch die Ausbeuterate der Einrichtungsfertigung bemerkenswert verbessert wird.
- Weiterhin erfüllt die plattierte Schicht vorzugsweise die Gleichungen 1) und 2).
- nos - 0,50 ≤ noc ≤ nos - 0,05 ..... Gleichung 1)
- nes - 0,70 ≤ nec ≤ nes - 0,15 ..... Gleichung 2)
- worin
- nos: ordentliche Brechungszahl des Substrats bei der Laser- Grundwellenlänge (λum)
- noc: ordentliche Brechungszahl der plattierten Schicht bei der Laser-Grundwellenlänge (λum)
- nes: außerordentliche Brechungszahl des Substrats bei der Zweite- Harmonische-Wellenlänge (λum/2)
- nec: außerordentliche Brechungszahl der plattierten Schicht bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge (λum/2)
- Die Dicke der plattierten Schicht der Erfindungs-ZHE-Einrichtung ist vorzugsweise 0,2 bis 30 um. Dieses ist so, weil, wenn die Dicke kleiner als 0,2 um ist, geleitetes Licht durch die plattierte Schicht leckt, und, wenn die Dicke größer als 30 um ist, die Kristallinität der plattierten Schicht die Tendehz hat, erniedrig zu werden, was zu verschlechterten optischen Eigenschaften führt, und eine längere Zeit zur Ausbildung der plattierten Schicht erforderlich ist, was die Produktivität herabsetzt.
- Die plattierte Schicht hat vorzugsweise eine Dicke von 0,5 bis 10 pm, vorzugsweiser 1 bis 8 um.
- Die plattierte Schicht kann in der vorliegenden Erfindung aus verschiedenen optischen Materialien hergestellt sein, zum Beispiel ZnO, MgO, Al&sub2;O&sub3;, PMMA, SiO&sub2;, Borsilicatglas, Sodaglas oder dergleichen, wobei von diesen Materialien ZnO vorzuziehen ist.
- Die Erfindungs-ZHE-Einrichtung hat vorzugsweise ein Einfallsoberfläche, welche mit einer Antireflexionsauflage versehen ist, um eine Grundlaserdurchlässigkeit von 100% oder nahe an 100% zu erreichen.
- Die Antireflexionsauflage kann zum Beispiel hergestellt sein aus solchen Oxiden wie SiO&sub2;,, MgO, ZnO und Al&sub2;O&sub3;, solchen komplexen Oxiden, wie LiNbO&sub3;, LiTaO&sub3;, Y&sub3;Ga&sub5;O&sub1;&sub2; und Gd&sub3;Ga&sub5;O&sub1;&sub2;, oder solchen organischen Substanzen, wie PMMA und MNA, oder es kann ein mehrschichtiger Dünnfilm verwendet werden, der diese Materialien enthält. Die Auflageschicht kann mit gutem Vorteil durch ein Sputter-, Flüssigphasenepitaxial-, Ablagerungs-, MBE (Molekularstrahl-Epitaxial)-, MOCVD (Metall-organisches-chemisches Ablagerungs-)-, Ionenüberzugs-, LB-, Wirbelbeschichtungs- oder Tauchverfahren ausgebildet werden.
- Die Erfindungs-ZHE-Einrichtung hat vorzugsweise einen wellenlängenselektiven Dünnfilm (Filter) oder ein Polarisationsfilter, der bzw. das hinter der Lichtausgangsoberfläche oder direkt auf der Ausgangsoberfläche ausgebildet ist, welcher bzw. welches eine Zweite-Harmonische-Welle-Durchlässigkeit von 100% oder nahe an 100% hat und das Grundlaserlicht fast oder vollständig nicht durchläßt.
- Dieser bzw. dieses kann unnötiges Grundlaserlicht aus dem Ausgangslicht entfernen und leistungsfähig nur die erforderliche Zweite-Harmonische-Welle herausnehmen.
- Weiterhin durch Ausbilden des wellenlängenselektiven Dünnfilms direkt auf der Ausgangsoberfläche und Einstellen zur Erfüllung der Antireflexionsbedingungen auf die Zweite-Harmonische-Welle, Reflexionsverlust an der Ausgangsoberfläche aufgrund einer großen Differenz in der Brechungszahl zwischen den Lithiumniobat-Einkristalldünnfilm und Luft, so daß dadurch die ZHE-Ausgangsleistung vergrößert wird.
- Der wellenlängenselektive Dünnf ilm kann entweder in einer Position hinter und weg von der Ausgangsoberfläche oder fixiert auf der Ausgangsoberfläche mit einem geeigneten Klebemittel ausgebildet sein.
- Wenn den Dünnfilm auf der Ausgangsoberfläche mit einem Klebemittel fixiert ist, ist es vorzuziehen, daß die Brechungszahl und die Dicke des Klebemittels so eingestellt werden sollen, daß sie die Antireflexionsbedingungen für die Zweite-Harmonische- Welle erfüllen, um die ZHE-Ausgangsleistung zu erhöhen.
- Als der wellenlängenselektive Dünnfilm kann ein gefärbtes Glasfilter, ein wellenlängenselektiver Interferenzfilm, der auf ein Glassubstrat aufgebracht ist, oder dergleichen verwendet werden.
- Der wellenlängenselektive Dünnfilm kann hergestellt sein aus solchen Oxiden wie SiO&sub2;,, MgO, ZnO, Al&sub2;O&sub3; oder dergleichen, solchen komplexen Oxiden, wie LiNbO&sub3;, LiTaO&sub3;, Y&sub3;Ga&sub5;O&sub1;&sub2; und Gd&sub3;Ga&sub5;O&sub1;&sub2;, oder solchen organischen Substanzen wie PMMA und MNA, oder es kann ein mehrschichtiger Dünnfilm, der diese Materialien enthält, verwendet werden.
- Der wellenlängenselektive Dünnfilm kann durch ein Sputter-, Flüssigphasenepitaxial-, Ablagerungs-, MBE (Molekulars#trahl- Epitaxial)-, MOCVD (Metall-organisches-chemisches Ablagerungs)-, Ionenüberzugs-, LB-, Wirbelbeschichtungs- oder Tauchverfahren ausgebildet werden.
- Die Erfindungs-ZHE-Einrichtung ist vorzugsweise in einem einzigen Chip durch Verbinden mit einem Halbleiterlaserblankchip ausgebildet, so daß das Laserlicht auf die Dünnfilmwellenleiterschicht der ZHE-Einrichtung einfällt.
- Diese Konfiguration umfaßt eine Kanaltyp-ZHE-Einrichtung und eine Halbleiterlasereinrichtung, montiert auf den Block, wobei der Block an das Substrat der Kanaltyp-ZHE-Einrichtung so gebunden ist, daß die lichtemittierende Endoberfläche (von welcher Laserlicht emittiert wird) der Halbleiterlasereinrichtung nahe an der Kanalteil-Endoberfläche der Kanaltyp-ZHE-Einrichtung positioniert ist.
- Die Breite W und die Dicke T des Kanalteils der Kanaltyp-ZHE- Einrichtung, die Abweichung Δx in der Breitenrichtung zwischen der Mittellinie der Halbleiterlasereinrichtung und der Mittellinie des Kanalteils der Kanaltyp-ZHE-Einrichtung, die Abweichung ΔZ in der Dickenrichtung, und der Abstand ΔY zwischen dem lichtemittierenden Teil der Endoberfläche des Blankchips und dem Kanalteil der Endoberfläche der Kanaltyp-ZHE-Einrichtung sind wünschenswerterweise innerhalb der folgenden Bereiche:
- (W-2)um/2 ≤ ΔX ≤ (W-2) um/2
- 0um ≤ ΔY ≤ 4um
- Tum/2 ≤ ΔZ ≤ Tum/2
- Der Grund, warum diese Struktur wünschenswert ist, besteht darin, daß diese Struktur die Notwendigkeit einer komplizierten Einstellung der Laserlichtführung ausschaltet, so daß dadurch eine leicht zu handhabende Einrichtung erreicht wird.
- Der Grund, warum die Abweichung ΔX in der Breitenrichtung zwischen der Mittellinie der Halbleiterlasereinrichtung und der Mittellinie des Kanalteils der Kanaltyp-ZHE-Einrichtung, die Abweichung ΔZ in der Dickenrichtung, und der Abstand ΔY zwischen dem lichtemittierenden Teil der Endoberfläche des Blankchips und dem Kanalteil der Endoberfläche der Kanaltyp-ZHE-Einrichtung wünschenswerterweise innerhalb der obige Bereiche sind, besteht darin, daß ein praktischer Lasereinfallswirkungsgrad von über 50% innerhalb der obigen Bereiche erhalten wird.
- Die Mittellinie des Halbleiterlaserblankchips bezieht sich auf eine gerade Linie, welche senkrecht zu der lichtemittierenden Endoberfläche (von welcher Laserlicht emittiert wird) ist und sowohl die Breite als auch die Dicke des lichtemittierenden Teils des Halbleiterlasers halbiert.
- Die Mittellinie des Kanaltyp-Wellenleiters ist eine gerade Linie, welche senkrecht zu der Kanalteilendoberfläche ist und sowohl die Breite als auch die Dicke des Kanalteils halbiert.
- Die ΔX und ΔZ haben entweder positive oder negative Werte; definiert als ΔX = 0 und ΔZ 0 ist, wenn die Mittellinie des Halbleiterlaserblankchips genau mit der Mittellinie des Kanalteils des Kanaltypwellenleiters übereinstimmt, positiv, wenn sie in einer speziellen Richtung abweicht, und negativ, wenn sie in dem Umgekehrten der speziellen Richtung abweicht.
- Es ist wünschenswert, daß ΔY Null ist, aber im Hinblick auf die Schwierigkeit bei der Verarbeitung und die Wärmeausdehnung ist es vorzugsweise nicht kleiner als 0,01 um.
- Die Breite W und die Dicke T des Kanalteils der Kanaltyp-ZHE- Einrichtung, die Abweichung ΔX in der Breitenrichtung zwischen der Mittellinie der Halbleiterlasereinrichtung und der Mittellinie des Kanalteils der Kanaltyp-ZHE-Einrichtung, die Abweichung ΔZ in der Dickenrichtung, und der Abstand ΔY zwischen dem lichtemittierenden Teil der Endoberfläche des Blankchips und dem Kanalteil der Endoberf läche der Kanaltyp-ZHE-Einrichtung sind vorzugsweise innerhalb der folgenden Bereiche:
- (W-2)um/3 ≤ ΔX ≤ (W-2)um/3
- 0,05um ≤ ΔY ≤ 2um
- Tum/3 ≤ ΔZ ≤ Tum/3
- vorzugsweiser
- (W-2)um/4 ≤ ΔX ≤ (W-2)um/4
- 0,1um ≤ ΔY ≤ 0,5um
- Tum/4 ≤ ΔZ ≤ Tum/4
- Es ist wünschenswert, daß die Breite W und die Dicke T des Kanalteils der Kanaltyp-ZHE-Einrichtung jeweils sein sollen:
- 1um ≤ W ≤ 15um
- 0,2um ≤ T ≤ 6um
- Dieses ist so, weil, da der lichtemittierende Teil des Halbleiterlasers typischerweise 1 bis 2 um in der Breite und 0,1 bis 0,4 um in der Dicke mißt, sogar ein höherer Einfallswirkungsgrad durch Verwenden des Kanaltypwellenleiters innerhalb der obigen Bereiche erhalten werden kann.
- Die Breite W und die Dicke T des Kanalteils sind vorzugsweise jeweils innerhalb der Bereiche:
- 2um ≤ W ≤ 10um
- 0,4 um ≤ T ≤ 4 um
- vorzugsweiser
- 4u ≤ W ≤ 7um
- 1um ≤ T ≤ 2,5um
- Der Block ist vorzugsweise auf Silizium hergestellt.
- Dieses ist so, weil ein Siliziumblock einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der nahe an jenem des Halbleiterlaserblankchips ist, demgemäß gegenüber Wärmezyklen widerstandsfähig ist und leicht durch chemisches Ätzen und dergleichen bearbeitet werden kann.
- Der Block und die Kanaltyp-ZHE-Einrichtung sind vorzugsweise mit einem Klebemittel verbunden. Alternativ können der Block und das Substrat der Kanaltyp-ZHE-Einrichtung durch eine Befestigungsplatte verbunden sein.
- Weiterhin ist die mit dem Halbleiterlaserblankchip verbundene ZHE-Einrichtung vorzugsweise in einem Gehäuse eingeschlossen.
- Dieses ist so, weil durch Einschließen in einem Gehäuse die Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Stößte verbessert werden kann und die Lebensdauer des Halbleiterlasers verlängert werden kann.
- Es ist erforderlich, daß das Gehäuse ein Fenster hat, durch welches die Zweite-Harmonische-Welle aus dem Gehäuse ausgegeben wird.
- Das Fenster zum Ausgeben der Zweiten-Harmonischen-Welle aus dem Gehäuse ist wünschenswerterweise mit einem wellenlängenselektiven Filter versehen.
- Das wellenlängenselektive Filter bezieht sich auf einen wellenlängenselektiven Dünnfilm oder eine wellenlängenselektive Platte, welcher bzw. welche das Grundlaserlicht fast oder vollständig nicht durchläßt.
- Dieses ist so, weil ein solches Filter unnötiges Grundlaserlicht aus dem Ausgangslicht entfernen und nur die erforderliche Zweite-Harmonische-Welle leistungsfähig herausnehmen kann, während es eine luftdichte Abdichtung aufrechterhält.
- Daher kann die obige Konfiguration verglichen mit einem wellenlängenselektiven Filter, das auf dem oberen oder unteren Teil eines konventionellen abschließenden Fensterglases vorgesehen ist, ein vereinfachtes Verfahren, eine Verminderung in den Kosten, und eine verbesserte Durchlässigkeit der Zweiten-Harmonischen Welle liefern.
- Das Verfahren zum Herstellen der ZHE-Einrichtung gemaß der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
- In dem erfinderischen Verfahren zum Herstellen einer Zweite- Harmonische-Welle-Erzeugungseinrichtung, die eine auf einem Substrat ausgebildete Dünnfilmwellenleiterschicht hat, wird, nachdem der Dünnfilm auf dem Substrat ausgebildet ist, der Dünnfilm trockengeätzt, um die Filmdicke einzustellen, wodurch die Dünnfilmwellenleiterschicht ausgebildet wird, welche die folgende Gleichung (A) oder (B) erfüllt:
- worin
- Tum: eine Dicke der Dünnfilmwellenleiterschicht
- λum: eine Lasergrundwellenlänge
- noS1: eine ordentliche Brechungszahl des Substrats bei der Grundwellenlänge (λum)
- noF1: eine ordentliche Brechungszahl der Dünnfilmwellenleiterschicht bei der Grundwellenlänge (λum)
- neS2: eine außerordentliche Brechungszahl des Substrats bei einer Zweite-Harmonische-Wellenlänge (λum/2)
- neF2: eine außerordentliche Brechungszahl der Dünnfilmwellenleiterschicht bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge (λum/2)
- N&sub1; in Gleichung (A) ist
- und N&sub2; in Gleichung (B) ist
- Dieses ist so, weil eine ZHE-Einrichtung, die eine Dünnfilmwellenleiterschicht hat, welche auf einem Substrat ausgebildet ist, in dem Umwandlungswirkungsgrad zu der Zweite-Harmonische- Welle niedrig ist und demgemäß praktisch nicht brauchbar ist, sofern nicht die Einrichtung eine Struktur hat, welche entweder Gleichung (A) oder Gleichung (B) erfüllt.
- Insbesondere ist es, um einen hohen Umwandlungswirkungsgrad zu der Zweite-Harmonische-Wellenlänge zu erhalten, vorzuziehen, daß die Filmdicke so eingestellt werden soll, daß eine Dünnfilmwellenleiterschicht ausgebildet wird, welche entweder die folgende Gleichung (A') oder (B') erfüllt, und es ist im besonderen vorteilhaft, daß die Filmdicke so eingestellt werden soll, daß eine Dünnfilmwellenleiterschicht ausgebildet wird, welche entweder Gleichung (A") oder Gleichung (B") erfüllt:
- wenn
- worin N&sub1; in Gleichung (A') und Gleichung (A") oben
- ist.
- Andererseits, wenn
- worin N&sub2; in Gleichung (B') und Gleichung (B") oben
- ist.
- In den obigen Gleichungen gilt
- Tum: eine Dicke der Dünnfilmwellenleiterschicht
- λum: eine Lasergrundwellenlänge
- noS1: eine ordentliche Brechungszahl des Substrats bei der Grundwellenlänge (λum)
- noF1: eine ordentliche Brechungszahl der Dünnfilmwellenleiterschicht bei der Grundwellenlänge (λum)
- neS2: eine außerordentliche Brechungszahl des Substrats bei einer Zweite-Harmonische-Wellenlänge (λum/2)
- neF2: eine außerordentliche Brechungszahl der Dünnfilmwellenleiterschicht bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge (λum/2)
- In der vorliegenden Erfindung ist es notwendig, die Filmdickeneinstellung durch Trockenätzung zu machen.
- Dieses ist so, weil die Trockenätztechnik eine gute Wiederholbarkeit der Ätzrate hat und eine Bearbeitungsgenauigkeit über dem 1 um-Niveau hat.
- Trockätztechniken umfassen Ionenstrahlätzung, Plasmaätzung, und Reaktivionenstrahlätzung, und die Ionenstrahlätzung ist im besonderen vorzuziehen.
- Die Ionenstrahlätzung hat eine sehr hohe Bearbeitungsgenauigkeit von angenähert ± 0,001 um und ist demgemäß ein vorzuziehendes Bearbeitungsverfahren, um die Dicke der Dünnfilmwellenleiterschicht auf einen gewünschten Wert einzustellen.
- Die Ionenstrahlätzung ist nicht nur fähig, die Ätzrate auf 0,01 bis 0,001 um/h zu reduzieren, sondern hat auch eine gute Wiederholbarkeit und eine gleichförmige Ätzrate und gibt dem Material, das bearbeitet wird, fast keine Beschädigungen.
- Es ist besonders vorzuziehen, daß die Bearbeitungsgenauigkeit der Filmdicke (Tum) ± 0,01 bis ±0,05 um sein soll, und die Ionenstrahlätzung ist als ein Bearbeitungsverfahren das geeignetste, welches eine solche Hochpräzisionsbearbeitung ermöglicht und die optischen Eigenschaften der Dünnfilmwellenleiterschicht nicht verschlechtert.
- Die Trockenätzung wird vorzugsweise gefolgt von einer chemischen Ätzung.
- Dieses ist so, weil, wenn ein komplexes Oxid trockengeätzt wird, einige Atome leicht ausgestoßen werden, aber andere nicht, was zu Oberflächenunregelmäßigkeiten im atomaren Niveau führt, welche durch chemisches Ätzen entfernt werden können.
- Der Dünnfilm wird auf dem Substrat wünschenswerterweise durch ein Sputter- oder Flüssigphasenepitaxialverfahren ausgebildet, und die Verwendung eines Flüssigphasenepitaxialverfahrens ist besonders vorzuziehen.
- Dieses ist so, weil ein durch das Flüssigphasenepitaxialverfahren ausgebildeter Dünnfilm eine sehr gute Kristallinität hat.
- Die erfinderische Dünnfilmwellenleiterschicht ist wünschenswerterweise von einem Kanaltyp, vorzugsweise mit einer Breite von 1 bis 10 um.
- Dieses ist so, weil diese Art von Einrichtung eine hohe optische Leistungsdichte gegenüber einem Plattentyp haben kann. Der Grund, warum eine Breite von 1 bis 10 um vorteilhaft ist, ist, daß eine Breite, die kleiner als 1 um ist, schwierig zum Einführen von einfallendem Licht in den Wellenleiter und niedrig in dem Einfallswirkungsgrad ist, was zu einem niedrigen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad führt, und, obwohl eine größere Breite einen höheren Einfallswirkungsgrad hat, ist eine Breite, die größer als 10 um ist, in der optischen Leistungsdichte niedrig, was zu einem niedrigen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad führt.
- Der Kanaltypwellenleiter ist vorzugsweise von einem Stegtyp.
- Das ZHE-Einrichtungs-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann angewandt werden, um alle Arten von ZHE- Einrichtungen herzustellen, die eine Wellenleiterstruktur haben. Jedoch wird insbesondere eine Kanaltyp-ZHE-Einrichtung vorteilhafterweise mittels eines Verfahrens hergestellt, in welchem, nachdem ein Dünnfilm auf dem Substrat ausgebildet ist, die Dicke des Dünnfilms eingestellt wird, und eine Ätzmaske ausgebildet wird, gefolgt von Trockenätzen, oder eine Ätzmaske ausgebildet wird, gefolgt von Trockenätzen, und die Ätzmaske entfernt wird, gefolgt von Ionenstahlätzen.
- In dem ersteren Falle ist es vorzuziehen, die Dicke des Dünnfilms durch Trockenätzen einzustellen.
- In dem letzteren Verfahren wird, da eine Stufe durch Ausbildung einer Ätzmaske und Ionenstrahlätzung gebildet werden kann, das Verhältnis der Filmdicke zu der Stufengröße aus mikroskopischer Beobachtung bestimmt, und die Stufengröße wird von einem Stufenmesser gemessen, so daß dadurch eine Filmdickenmessung mit einer sehr hohen Genauigkeit ermöglicht wird.
- Dieses Verfahren ist vorteilhaft, um die Dünnfilmwellenleiterschicht mit einer Dicke zu erhalten, die nahe an dem gewünschten Wert ist.
- Vordem ist kein Instrument verfügbar gewesen, welches eine direkte und einfache Messung eines solchen Dünnfilms ermöglicht, und die Filmdicke ist unter Verwendung einer Skala eines Mikroskops gemessen worden. Jedoch beinhaltet die Skala des Mikroskops Fehler, und es ist demgemäß schwierig, eine Präzisionsmessung auszuführen.
- Das oben beschriebene Herstellungsverfahren kann solche Probleme des Standes der Technik ausschalten.
- Ein Harzdünnfilm oder eine Ti-Dünnfilm wird als die Ätzmaske verwendet, und der Ti-Dünnfilm ist besonderes vorzuziehen.
- Dieses ist so, weil Ti durch eine konventionelle Hochfrequenz- Sputtertechnik bei einer guten Wiederholbarkeit der Filmdicke leicht zu einem gleichförmigen, glatten Dünnfilm ausgebildet werden kann, mit einer chemischen Ätzlösung, welche konventionelle photolithographische Resistes nicht korrodiert, leicht geätzt werden kann, und eine niedrige Trockenätzrate hat, so daß es demgemäß stabil als eine Trockenätzmaske verwendet werden kann.
- Der Ti-Dünnfilm wird vorzugsweise als ein Wellenleitermuster auf der Dünnfilmwellenleiterschicht durch Photolithographie und Hochfrequenzsputtern ausgebildet.
- Zum Beispiel wird, nachdem eine lichtempfindliche Maske auf der Dünnfilmwellenleiterschicht ausgebildet worden ist, ein anderer Bereich als das Wellenleitermuster belichtet und entwickelt, ein Ti-Film wird durch Hochfrequenzsputtern ausgebildet, dann wird die lichtempfindliche Maske entfernt, oder, nachdem ein Ti- Dünnfilm auf der Dünnfilmwellenleiterschicht durch Hochfrequenzsputtern ausgebildet worden ist, wird ein Ätzresist längs des Wellenleitermusters ausgebildet, der Ti-Dünnfilm wird geätzt, und dann wird das Ätzresist entfernt.
- In der vorliegenden Erfindung wird, nachdem ein Dünnfilm auf dem Substrat ausgebildet ist, der Dünnfilm wünschenswerterweise einem optischen Polieren unterworfen.
- Dieses ist so, weil der Oberflächenzustand des ausgebildeten Dünnfilms durch optisches Polieren verbessert wird, so daß ein Verlust aufgrund von Laserlichtstreuung ausgeschaltet wird.
- Weiterhin wird der Film, bevor die Dicke des optisch polierten Dünnfilms eingestellt wird, vorzugsweise trockengeätzt, um vorher die Dicke nahe dem gewünschten Wert einzustellen.
- Dieses geschieht zum Reduzieren des Verhältnisses der erforderlichen Filmdicke zu der Stufengröße auf einen Wert, der so klein wie möglich ist, um die Zuverläsigkeit der Filmdickenmessung zu erhöhen.
- In der vorliegenden Erfindung beinhaltet das am meisten vorzuziehende Herstellungsverfahren für eine ZHE-Einrichtung das Einstellen der Dicke der auf dem Substrat ausgebildeten Dünnfilmwellenleiterschicht durch Trockenätzen auf einen Wert innerhalb von 96,3 bis 103,0% der Phasenanpasssungsfilmdicke.
- Der Grund, warum es notwendig ist, die Dicke der Dünnfilmwellenleiterschicht auf einen Wert innerhalb von 96,3 bis 103,9% auf die Phasenanpassungsfilmdicke einzustellen, besteht darin, daß der höchste ZHE-Umwandlungswirkungsgrad innerhalb des Bereichs erhalten wird.
- Die Dicke der Dünnfilmwellenleiterschicht ist vorzugsweise 98,2 bis 102,0%, vorzugsweiser 99,2 bis 100,8%, der Phasenanpassungsfilmdicke.
- Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer luftdicht abgedichteten Einrichtung vom Gehäusetyp, die im Beispiel 12 erhalten worden ist. In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen wellenlängenselektiven Dünnfilm, das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Verschlußkappe, das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine ZHE-Einrichtung, das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Basis, das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Laserdiodenchip, das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Wärmesenke, das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Halterung, und das Bezugszeichen 8 bezeichnet einen Leitungsstift.
- Beispiele der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail beschrieben.
- Für eine Grundwellenlänge (λ) von 0,83 um wurde ein LiNbO&sub3;-Einkristalldünnfilm, umfassend eine feste Lösung mit 1 Mol-% je von Nd und Na, der eine ordentliche Brechungszahl (noF1) von 2,270 bei der Grundwellenlänge und eine außerordentliche Brechungszahl (neF2) von 2,263 bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge hat, mittels eines Flüssigphasenepitaxialverfahrens zu einer Dicke von 1,80 um auf einem 0,5 mm dicken, X-geschnittenen LiTaO&sub3;- Einkristallsubstrat, das eine ordentliche Brechungszahl (noS1) von 2,151 bei der Grundwellenlänge und eine außerordentliche Brechungszahl (neS2) von 2,261 bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge hat, wachsen gelassen, und es wurde eine optische Einrichtung unter Verwendung des Dünnfilms als einem Plattentypwellenleiter hergestellt. Beide Endflächen der Einrichtung wurden hochglanzpoliert, um eine Übertragung von Licht durch die Endflächen zu ermöglichen, so daß demgemäß eine ZHE-Einrichtung ausgebildet wurde. Diese ZHE-Einrichtung entspricht dem Fall von {(λ+0,1)N&sub1;/(λ³T)} = 0,2.
- Auf die ZHE-Einrichtung wurde ein 50 mW-Halbleiterlaser von einer Wellenlänge von 0,83 um mit einem Einfallswinkel von 90º mit Bezug auf die optische Achse (Z-Achse) des Nd/Na-haltigen LiNbO&sub3;-Einkristalldünnfilms angewandt. Als ein Ergebnis zeigte die ZHE-Einrichtung einen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad von 18,8%, was zeigt, daß sie eine ZHE-Einrichtung mit einem extrem hohen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad ist
- Unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie im obigen Beispiel 1-1 wurde eine ZHE-Einrichtung unter Verwendung eines LiNbO&sub3;- Einkristalldünnfilms, der eine Dicke von 7,23 um hat, hergestellt. Diese ZHE-Einrichtung entspricht dem Fall von {(λ+0,1)N&sub1;/(λ³T)} = 0,05.
- Diese ZHE-Einrichtung wurde hinsichtlich des ZHE-Umwandlungswirkungsgrads wie im Beispiel 1-1 gemessen, und es wurde gefunden, daß sie einen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad von 1,4% hat, was zeigt, daß sie eine ZHE-Einrichtung mit einem genügend hohen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad ist.
- Unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie im obigen Beispiel 1-1 wurde eine ZHE-Einrichtung unter Verwendung eines LiNbO&sub3;- Einkristalldünnfilms, der eine Dicke von 0,24 um hat, hergestellt. Diese ZHE-Einrichtung entspricht dem Fall von {(λ+0,1)N&sub1;/(λ³T)} = 1,5.
- Diese ZHE-Einrichtung wurde hinsichtlich des ZHE-Umwandlungswirkungsgrads wie im Beispiel 1-1 gemessen, und es wurde gefunden, daß sie einen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad von 2,5% hat, was zeigt, daß sie eine ZHE-Einrichung mit genügend hohem ZHE- Umwandlungswirkungsgrad ist.
- Eine Ätzmaske von 5,0 um in der Breite wurde unter Verwendung eines Photoresistfilms auf einem Einkristalldünnfilm der im Beispiel 1-1 erhaltenen ZHE-Einrichtung ausgebildet, welcher dann zur Herstellung einer Kanaltyp-ZHE-Einrichtung ionenstrahlgeätzt wurde.
- Diese ZHE-Einrichtung wurde hinsichtlich des ZHE-Umwandlungswirkungsgrads wie im Beispiel 1-1 gemessen, und es wurde gefunden daß sie einen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad von 33,0% hat, was zeigt, daß sie eine ZHE-Einrichtung mit einem extrem hohen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad ist.
- Für eine Grundwellenlänge (λ) von 0,83 um wurde ein LiNbO&sub3;-Einkristalldünnfilm, der eine ordentliche Brechungszahl (noF1) von 2,253 bei der Grundwellenlänge und eine außerordentliche Brechungszahl (neF2) von 2,249 bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge hat, mittels eines Hochfrequenzsputterverfahrens bis zu einer Dicke von 3,15 um auf einem Al&sub2;O&sub3;-Einkristallsubstrat, das eine ordentliche Brechungszahl (noS1) von 1,759 bei der Grundwellenlänge und eine außerordentliche Brechungszahl (neS2) von 1,779 bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge hat, wachsen gelassen, und unter Verwendung des Dünnfilms als ein Plattentypwellenleiter wurde eine optische Einrichtung hergestellt. Beide Endflächen der Einrichtung wurden hochglanzpoliert, um eine Übertragung von Licht durch die Endflächen zu ermöglichen, so daß demgemäß eine ZHE-Einrichtung ausgebildet wurde. Diese ZHE-Einrichtung entspricht dem Fall von {(λ+0,1)N&sub2;/(λ³T)} = 0,5.
- Auf die ZHE-Einrichtung wurde ein 40 mW-Halbleiterlaser von 0,83 um Wellenlänge mit einem Einfallswinkel von 90º mit Bezug auf die optische Achse (Z-Achse) des LiNbO&sub3;-Einkristalldünnfilms angewandt. Als ein Ergebnis zeigte die ZHE-Einrichtung einen ZHE- Umwandlungswirkungsgrad von 12,2%, was zeigt, daß sie eine ZHE- Einrichtung mit einem extrem hohen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad ist.
- Unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie im obigen Beispiel 2-1 wurde eine ZHE-Einrichtung hergestellt, wobei ein LiNbO&sub3;- Einkristalldünnfilm, der eine Dicke von 0,45 um hat, verwendet wurde. Diese ZHE-Einrichtung entspricht dem Fall von {(λ+0,1)N&sub2;/ (λ³T)} = 3, 5.
- Diese ZHE-Einrichtung wurde hinsichtlich des ZHE-Umwandlungswirkungsgrads wie im Beispiel 2-1 gemessen, und es wurde gefunden, daß sie einen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad von 1,7% hat, was zeigt, daß sie eine ZHE-Einrichtung mit einem genügend hohen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad ist.
- Unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie im obigen Beispiel 2-1 wurde eine ZHE-Einrichtung unter Verwendung eines LiNbO&sub3;- Einkristalldünnfilms, der eine Dicke von 8,74 um hat, hergestellt. Diese ZHE-Einrichtung entspricht dem Fall von {(λ+0,1)N&sub2;/(λ³T)} = 0,18.
- Diese ZHE-Einrichtung wurde hinsichtlich des ZHE-Umwandlungswirkungsgrads wie im Beispiel 2-1 gemessen, und es wurde gefunden, daß sie einen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad von 1,2% hat, was zeigt, daß sie eine ZHE-Einrichtung mit einem genügend hohen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad ist.
- Für eine Grundwellenlänge (λ) von 0,90 um wurde ein SBN25 (Sr0,25Ba0,75Nb&sub2;O&sub6;)-Dünnfilm, der eine ordentliche Brechungszahl (noF1) von 2,250 bei der Grundwellenlänge und eine außerordentliche Brechungszahl (neF2) von 2,225 bei der Zweite-Harmonische- Wellenlänge hat, mittels eines Hochfrequenzsputterverfahrens bis zu einer Dicke von 2,29 um auf einem NdGG (Nd&sub3;Ga&sub5;O&sub1;&sub2;)-Einkristallsubstrat, das eine ordentliche Brechungszahl (noS1) von 1,965 bei der Grundwellenlänge und eine außerordentliche Brechungszahl (neS2) von 1,979 bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge hat, wachsen gelassen, und eine optische Einrichtung wurde unter Verwendung des Dünnfilms als eines Plattentypwellenleiters hergestellt. Beide Endflächen der Einrichtung wurden hochglanzpoliert, um Übertragung von Licht durch die Endflächen zu ermöglichen, so daß demgemäß eine ZHE-Einrichtung ausgebildet wurde. Diese ZHE-Einrichtung entspricht dem Fall von {(λ+0,1)N&sub2;/(λ³T)} = 0,52.
- Auf die ZHE-Einrichtung wurde ein 50 mW-Halbleiterlaser von 0,90 um Wellenlänge mit einem Einfallswinkel von 0º mit Bezug auf die optische Achse (Z-Achse) des SBN-Dünnfilms angewandt. Als ein Ergebnis zeigte die ZHE-Einrichtung einen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad von 17,8%, was zeigt, das sie eine ZHE-Einrichtung mit einem extrem hohen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad ist.
- Unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie im obigen Beispiel 3-1 wurde eine ZHE-Einrichtung hergestellt, wobei ein SBN25- Dünnfilm verwendet wurde, der eine Dicke von 0,30 um hat. Diese ZHE-Einrichtung entspricht dem Fall von {(λ+0,1)N&sub2;/(λ³T)} = 4,0.
- Diese ZHE-Einrichtung wurde hinsichtlich des ZHE-Umwandlungswirkungsgrads wie im Beispiel 3-1 gemessen, und es wurde gefunden, daß sie einen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad von 1,1% hat, was zeigt, daß sie eine ZHE-Einrichtung mit einem genügend hohen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad ist.
- Unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie im obigen Beispiel 3-1 wurde eine ZHE-Einrichtung hergestellt, indem ein SBN25- Dünnfilm verwendet wurde, der eine Dicke von 3,95 um hat. Diese ZHE-Einrichtung entspricht dem Fall von {(λ+0,1)N&sub2;/(λ³T)} = 0,3.
- Diese ZHE-Einrichtung wurde hinsichtlich des ZHE-Umwandlungswirkungsgrads wie im Beispiel 3-1 gemessen, und es wurde gefunden, daß sie einen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad von 4,5% hat, was zeigt, daß sie eine ZHE-Einrichtung mit einem genügend hohen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad ist.
- Für eine Grundwellenlänge (λ) von 0,67 um wurde ein KNbO&sub3;-Einkristalldünnfilm, der eine ordentliche Brechungszahl (noF1) von 2,320 bei der Grundwellenlänge und eine außerordentliche Brechungszahl (neF2) von 2,319 bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge hat, mittels eines Flüssigphasenepitaxialverfahrens bis zu einer Dicke von 4,10 um auf einem KTP (KTiOPO&sub4;)-Einkristallsubstrat, das eine ordentliche Brechungszahl (noS1) von 1,860 bei der Grundwellenlänge und eine außerordentliche Brechungszahl (neS2) von 1,822 bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge hat, wachsen gelassen, und es wurde eine optische Einrichtung wurde unter Verwendung des Dünnfilms als ein Plattentypwellenleiter hergestellt. Beide Endflächen der Einrichtung wurden hochglanzpoliert, um eine Übertragung von Licht durch die Endflächen zu ermöglichen, so daß demgemäß eine ZHE-Einrichtung ausgebildet wurde. Diese ZHE-Einrichtung entspricht dem Fall von {(λ +0,1)N&sub2;/ (λ³T)} = 0,67.
- Auf die ZHE-Einrichtung wurde ein 5 mW-Halbleiterlaser von 0,67 un Wellenlänge mit einem Einfallswinkel von 90º angewandt. Als ein Ergebnis zeigte die ZHE-Einrichtung einen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad von 13,8%, was zeigt, das sie eine ZHE-Einrichtung mit einem extrem hohen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad ist.
- Unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie im obigen Beispiel 4-1 wurde eine ZHE-Einrichtung hergestellt, indem ein KNbO&sub3;- Dünnfilm verwendet wurde, der eine Dicke von 3,69 um hat. Diese ZHE-Einrichtung entspricht dem Fall von {(λ+0,1)N&sub2;/(λ³T)} = 4,0.
- Diese ZHE-Einrichtung wurde hinsichtlich des ZHE-Umwandlungswirkungsgrads wie im Beispiel 3-1 gemessen, und es wurde gefunden, daß sie einen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad von 1,1% hat, was zeigt, daß sie eine ZHE-Einrichtung mit einem genügend hohen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad ist.
- Unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie im obigen Beispiel 4-1 wurde eine ZHE-Einrichtung hergestellt, indem ein KNbO&sub3;- Dünnfilm verwendet wurde, der eine Dicke von 9,18 um hat. Diese ZHE-Einrichtung entspricht dem Fall von {(λ+0,1)N&sub2;/(λ³T)} = 0,3.
- Diese ZHE-Einrichtung wurde hinsichtlich des ZHE-Umwandlungswirkungsgrads wie im Beispiel 3-1 gemessen, und es wurde gefunden, daß sie einen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad von 1,2% hat, was zeigt, daß sie eine ZHE-Einrichtung mit einem genügend hohen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad ist.
- Für eine Grundwellenlänge (λ) von 0,488 um wurde ein BBO (β- BaBO&sub4;)-Dünnfilm, der eine ordentliche Brechungszahl (noF1) von 2,262 bei der Grundwellenlänge und eine außerordentliche Brechungszahl (neF2) von 2,256 bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge hat, mittels eines Hochfrequenzsputterverfahrens bis zu einer Dicke von 5,24 um auf einem LBO (LiB&sub3;O&sub5;)-Substrat, das eine ordentliche Brechungszahl (noS1) von 1,965 bei der Grundwellenlänge und eine außerordentliche Brechungszahl (neS2) von 1,979 bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge hat, wachsen gelassen, und es wurde eine optische Einrichtung unter Verwendung des Dünnfilms als ein Plattentypwellenleiter hergestellt. Beide Endflächen der Einrichtung wurden hochglanzpoliert, um eine Übertragung von Licht durch die Endflächen zu ermöglichen, so daß demgemäß eine ZHE-Einrichtung gebildet wurde. Diese ZHE- Einrichtung entspricht dem Fall von {(λ+0,1)N&sub2;/(λ³T)} = 0,90.
- Auf die ZHE-Einrichtung wurde ein 100 mW-Ar-Laser von 0,488 um Wellenlänge bei einem Einfallswinkel von 0º mit Bezug auf die optische Achse (Z-Achse) des BBO-Dünnfilms angewandt. Als ein Ergebnis zeigte die ZHE-Einrichtung einen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad von 33,4%, was zeigt das sie eine ZHE-Einrichtung mit einem extrem hohen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad ist.
- Unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie im obigen Beispiel 5-1 wurde eine ZHE-Einrichtung hergestellt, indem ein BBO-Dünnfilm verwendet wurde, der eine Dicke von 1,18 um hat. Diese ZHE- Einrichtung entspricht dem Fall von {(λ+0,1)N&sub2;/(λ³T)} = 4,0.
- Diese ZHE-Einrichtung wurde hinsichtlich des ZHE-Umwandlungswirkungsgrads wie im Beispiel 5-1 gemessen, und es wurde gefunden, daß sie einen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad von 2,8% hat, was zeigt, daß sie eine ZHE-Einrichtung mit einem genügend hohen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad ist.
- Unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie im obigen Beispiel 5-1 wurde eine ZHE-Einrichtung hergestellt, indem ein BBO- Dünnfilm verwendet wurde, der eine Dicke von 15,73 um hat. Diese ZHE-Einrichtung entspricht dem Fall von {(λ+0,1)N&sub2;/(λ³T)} = 0,3.
- Diese ZHE-Einrichtung wurde hinsichtlich des ZHE-Umwandlungswirkungsgrads wie im Beispiel 5-1 gemessen, und es wurde gefunden, daß sie einen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad von 2,2% hat, was zeigt, daß sie eine ZHE-Einrichtung mit einem genügend hohen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad ist.
- (1) Für eine Grundwellenlänge (λ) von 0,83 um wurde ein LiNbO&sub3;- Einkristalldünnfilm, der eine ordentliche Brechungszahl (noF1) von 2,264 bei der Grundwellenlänge und eine außerordentliche Brechungszahl (neF2) von 2,263 bei der Zweite- Harmonische-Wellenlänge hat, mittels eines Flüssigphasenepitaxialverfahrens auf einem 0,5 mm dicken, Z-geschnittenen LiTaO&sub3;-Einkristallsubstrat, das eine ordentliche Brechungszahl (noS1) von 2,151 bei der Grundwellenlänge und eine außerordentliche Brechungszahl (neS2) von 2,261 bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge hat, wachsen gelassen, und die Oberfläche wurde hochglanzpoliert, um einen Plattentypwellenleiter auszubilden, der einen LiNbO3- Dünnfilm als eine Wellenleiterschicht hat.
- (2) Die Dicke des Plattentypwellenleiters wurde durch Sputterätzen auf 2,50 um ± 0,05 um eingestellt.
- (3) Beide Endflächen des in (2) erhaltenen Plattentypwellenleiters wurden durch Glanzschleifen hochglanzpoliert, um den Einfall und Ausgang von Licht mittels der Oberflächen zu ermöglichen, so daß demgemäß eine Zweite-Harmonische- Welle-Erzeugungs-(ZHE)-Einrichtung erhalten wurde.
- Auf die demgemäß erhaltene ZHE-Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wurde ein 50 mW-Halbleiterlaser von 0,83 um Wellenlänge bei einem Einfallswinkel von 900 mit Bezug auf die optische Achse (Z-Achse) des LiNbO&sub3;-Einkristalldünnfilms angewandt. Als ein Ergebnis zeigte die ZHE-Einrichtung einen ZHE- Umwandlungswirkungsgrad von 6%, was zeigt, daß sie eine ZHE-Einrichtung mit einem extrem hohen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad ist.
- (1) Ein MgO-Dünnfilm mit einer Dicke von 500 Angström wurde durch Hochfrequenzsputtern auf einem 0,5 mm dicken, Z-geschnittenen LiTaO&sub3;-Einkristallsubstrat ausgebildet, und Mg wurde durch thermische Diffusion in die Oberflächenschicht des LiTaO&sub3;-Einkristalls diffundiert. Bei einer Laser-Grundwellenlänge λ von 0,83 um hatte das Mg-diffundierte LiTaO&sub3;- Substrat eine ordentliche Brechungszahl (noS1) von 2,153 und eine außerordentliche Brechungszahl (neS2) von 2,272 bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge λ/2.
- Ein LiNbO&sub3;-Einkristalldünnfilm, der eine feste Lösung mit 6 Mol-% je von Mg und Na umfaßt, welcher eine ordentliche Brechungszahl (noF1) von 2,252 bei der Grundwellenlänge λ von 0,83 um und eine außerordentliche Brechungszahl (neF2) von 2,253 bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge hat, wurde auf der Oberseite des Substrats mittels eines Flüssigphasenepitaxialverfahrens wachsen gelassen. Die Oberfläche wurde hochglanzpoliert, um einen Plattentypwellenleiter auszubilden, der den LiNbO&sub3;-Dünnfilm als eine Wellenleiterschicht umfaßt.
- (2) Die Dicke des in (1) erhaltenen Plattentypwellenleiters wurde durch Ionenstrahlätzen auf 5,06 ± 0,05 um eingestellt.
- (3) Ein Ti-Wellenleitermuster wurde durch Photolithographie und Hochfrequenzsputtern auf dem in (1) und (2) erhaltenen Plattentypwellenleiter ausgebildet, welcher unter Verwendung des Musters als eine Ätzmaske ionenstrahlgeätzt wurde, die Ti-Ätzmaske wurde entfernt, und der Wellenleiter wurde weiter ionenstrahlgeätzt, um einen steggebildeten Kanaltypwellenleiter mit einer Dicke von 10 um, einer Dicke von 2,23 ± 0,05 um und einer Stufengröße von 1 um auszubilden.
- (4) Beide Endflächen des in (3) erhaltenen Kanaltypwellenleiters wurden durch Glanzschleifen hochglanzpoliert, um den Einfall und Ausgang von Licht mittels der Oberflächen zu ermöglichen, so daß demgemäß eine Zweite-Harmonische-Welle-Erzeugungs-(ZHE)-Einrichtung erhalten wurde.
- Auf die ZHE-Einrichtung wurde ein 40 mW-Halbleiterlaser von 0,83 um Wellenlänge bei einem Einfallswinkel von 90º mit Bezug auf die optische Achse (Z-Achse) des Einkristalldünnfilms angewandt. Als ein Ergebnis zeigte die ZHE-Einrichtung einen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad von 18,5%, was zeigt, daß sie eine ZHE-Einrichtung mit einem sehr hohen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad ist.
- (1) Für eine Grundwellenlänge (λ) von 0,83 um wurde ein LiNbO&sub3;- Einkristalldünnfilm, der eine feste Lösung mit 1 Mol-% je von Nd und Na umfaßt, welcher eine ordentliche Brechungszahl (noF1) von 2,270 bei der Grundwellenlänge und eine außerordentliche Brechungszahl (neF2) von 2,263 bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge hat, mittels eines Flüssigphasenepitaxialverfahrens auf einem 0,5 mm dicken, X-geschnittenen LiTaO&sub3;-Einkristallsubstrat, das eine ordentliche Brechungszahl (noSi) von 2,151 bei der Grundwellenlänge und eine außerordentliche Brechungszahl (neS2) von 2,261 bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge hat, wachsen gelassen, und die Oberfläche wurde hochglanzpoliert, um einen Plattentypwellenleiter unter Verwendung des Dünnfilms als die Wellenleiterschicht auszubilden.
- (2) Die Dicke des in (1) erhaltenen Plattentypwellenleiters wurde durch Ionenstrahlätzen auf 2,30 ± 0,03 um eingestellt.
- (3) Der in (1) und (2) erhaltenen Plattentypwellenleiter wurde weiter wie in (3) des Beispiels 6 bearbeitet, um einen steggebildeten Kanaltypwellenleiter mit einer Dicke von 10 um, einer Dicke von 2,30 ± 0,03 um und einer Stufengröße von 1 um auszubilden.
- (4) Beide Endoberflächen des in (1) erhaltenen Kanaltypwellenleiters wurden durch Glanzschleifen hochglanzpoliert, um den Einfall und Ausgang von Licht mittels der Oberflächen zu ermöglichen, so daß demgemäß eine Zweite-Harmonische- Welle-Erzeugungs-(ZHE)-Einrichtung erhalten wurde.
- Auf die ZHE-Einrichtung wurde ein 40 mW-Halbleiterlaser von 0,83 um Wellenlänge bei einem Einfallswinkel von 90º mit Bezug auf die optische Achse (Z-Achse) des Einkristalldünnfilms angewandt. Als ein Ergebnis zeigte die ZHE-Einrichtung einen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad von 25,6%, was zeigt, daß sie eine ZHE-Einrichtung mit einem sehr hohen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad ist.
- (1) Ein V&sub2;O&sub5;-Dünnfilm mit einer Dicke von 1 um wurde durch Hochfrequenzsputtern auf einem 0,5 mm dicken, Y-geschnittenen LiTaO&sub3;-Einkristallsubstrat ausgebildet, und V wurde mittels thermischer Diffusion in die Oberflächenschicht des LiTaO&sub3;- Einkristalls diffundiert. Bei einer Laser-Grundwellenlänge λ von 0,83 um hatte das V-diffundierte LiTaO&sub3;-Substrat eine ordentliche Brechungszahl (noS1) von 2,153 und eine außerordentliche Brechungszahl (neS2) von 2,272 bei der Zweite- Harmonische-Wellenlänge λ/2.
- Ein LiNbO&sub3;-Einkristalldünnfilm, der eine feste Lösung mit Mg und Nd (5 Mol-% bzw. 2 Mol-%) umfaßt, welcher eine ordentliche Brechungszahl (noF1) von 2,281 bei der Grundwellenlänge λ von 0,83 um und eine außerordentliche Brechungszahl (neF2) von 2,276 bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge hat, wurde auf der Oberseite des Substrats durch ein Flüssigphasenepitaxialverfahren wachsen gelassen. Die Oberfläche wurde hochglanzpoliert, um einen Plattentypwellenleiter auszubilden, der den Mg,Nd-haltigen LiNbO&sub3;-Dünnfilm als eine Wellenleiterschicht umfaßt.
- (2) Die Dicke des in (1) erhaltenen Plattentypwellenleiters wurde durch Plasmaätzen auf 2,13 ± 0,04 pm eingestellt.
- (3) Ein Ti-Wellenleitermuster wurde durch Photolithographie und Hochfrequenzsputtern auf dem in (1) und (2) erhaltenen Plattentypwellenleiter ausgebildet, welcher unter Verwendung des Musters aus eine Ätzmaske plasmageätzt wurde, um einen steggebildeten Kanaltypwellenleiter mit einer Dicke von 10 um, einer Dicke von 2,13 ± 0,04 um und einer Stufengröße von 1 um auszubilden.
- (4) Beide Endoberflächen des in (3) erhaltenen Kanaltypwellenleiters wurden durch Glanzschleifen hochglanzpoliert, um den Einfall und Ausgang von Licht mittels der Oberflächen zu ermöglichen, so daß demgemäß eine Zweite-Harmonische-Welle-Erzeugungs-(ZHE)-Einrichtung erhalten wurde.
- Auf die ZHE-Einrichtung wurde ein 50 mW-Halbleiterlaser von 0,83 um Wellenlänge bei einem Einfallswinkel von 90º mit Bezug auf die optische Achse (Z-Achse) des Einkristalldünnfilms angewandt. Als ein Ergebnis zeigte die ZHE-Einrichtung einen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad von 23,1%, was zeigt, daß sie eine ZHE-Einrichtung mit einem sehr hohen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad ist.
- (1) Ein 5 um dicker ZnO-Dünnfilm, der eine ordentliche Brechungszahl (noc) von 1,900 bei der Lasergrundwellenlänge und eine außerordentliche Brechungszahl (nec) von 1,900 bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge hat, wurde durch Hochfrequenzsputtern auf dem im Beispiel 8 erhaltenen Kanaltypwellenleiter ausgebildet, um einen dreischichtigen Kanaltypwellenleiter auszubilden, der den ZnO-Dünnfilm als eine plattierte Schicht hat.
- (2) Beide Endoberflächen des Kanaltypwellenleiters wurden glanzschleifpoliert, um eine Zweite-Harmonische-Welle-Erzeugungs-(ZHE)-Einrichtung zu erhalten.
- Auf die demgemäß erhaltene ZHE-Einrichtung der vorliegenden Erfindung wurde ein 50 mW-Halbleiterlaser von 0,83 um Wellenlänge bei einem Einfallswinkel von 900 mit Bezug auf die optische Achse (Z-Achse) des LiNbO&sub3;-Einkristalldünnfilms angewandt. Als ein Ergebnis zeigte die ZHE-Einrichtung einen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad von 17,3%, was zeigt, daß sie eine ZHE-Einrichtung mit einem extrem hohen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad ist.
- (1) Ein LiTaO&sub3;-Einkristalldünnfilm mit einer Dicke von 5 um wurde durch Hochfrequenzsputtern auf einem 0,5 mm dicken, Z-geschnittenen LiNbO&sub3;-Einkristallsubstrat von optischer Qualität ausgebildet. Bei einer Laser-Grundwellenlänge λ von 0,83 um hatte das demgemäß erhaltene Substrat eine ordentliche Brechungszahl (noS1) von 2,1511 und eine außerordentliche Brechungszahl (neS2) von 2,2511 bei der Zweite- Harmonische-Wellenlänge λ/2.
- (2) Auf der Oberseite des in (1) erhaltenen Substrats wurde ein LiNbO&sub3;-Einkristalldünnfilm, der eine feste Lösung mit Mg und Nd (5 Mol-% bzw. 2 Mol-%) umfaßt, welcher eine ordentliche Brechungszahl (noF1) von 2,281 bei der Grundwellenlänge λ von 0,83 um und eine außerordentliche Brechungszahl (neF2) von 2,276 bei der Zweite-Harmonische- Wellenlänge hat, mittels eines Flüssigphasenepitaxialverfahrens wachsen gelassen. Die Oberfläche wurde hochglanzpoliert, um einen Plattentypwellenleiter auszubilden, der den Mg,Nd-haltigen LiNbO&sub3;-Dünnfilm als eine Wellenleiterschicht umfaßt.
- (3) Die Dicke des in (2) erhaltenen Plattentypwellenleiters wurde durch Plasmaätzen auf 2,47 ± 0,04 um eingestellt.
- (4) Ein Ti-Wellenleitermuster wurde durch Photolithographie und Hochfrequenzsputtern auf dem in (2) und (3) erhaltenen Plattentypwellenleiter ausgebildet, welcher unter Verwendung des Musters als eine Ätzmaske plasmageätzt wurde, um einen steggeformten Kanaltypwellenleiter mit einer Dicke von 10 um, einer Dicke von 2,47 ± 0,04 um und einer Stufengröße von 1 um auszubilden.
- (5) Beide Endoberflächen des in (4) erhaltenen Kanaltypwellenleiters wurden durch Glanzschleifen hochglanzpoliert, um den Einfall und Ausgang von Licht mittels der Oberflächen zu ermöglichen, so daß demgemäß eine Zweite-Harmonische- Welle-Erzeugungs-(ZHE)-Einrichtung erhalten wurde.
- Auf die ZHE-Einrichtung wurde ein 50 mW-Halbleiterlaser von 0,83 um Wellenlänge bei einem Einfallswinkel von 90º mit Bezug auf die optische Achse (Z-Achse) des Einkristalldünnfilms angewandt. Als ein Ergebnis zeigte die ZHE-Einrichtung einen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad von 29,2%, was zeigt daß sie eine ZHE-Einrichtung mit einem sehr hohen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad ist.
- (1) Eine Endoberfläche des Kanaltypwellenleiters der im Beispiel 8 erhaltenen ZHE-Einrichtung wurde genau in Linie mit dem lichtemittierenden Bereich eines Halbleiterlasers positioniert, und der Halbleiterlaserchip und die ZHE-Einrichtung wurden unter Verwendung eines ultravioletthärtenden Harzes auf einem Siliciumblock befestigt.
- Drähte wurden mit der oberen und unteren Oberfläche des Halbleiters verbunden, um die Zuführung von Antriebsleistung zu ermöglichen.
- (2) Der Halbleiterlaser und die ZHE-Einrichtung, die auf diese Weise integriert waren, wurden in einem luftdicht abgedichteten Metallgehäuse plaziert, wie in Figur 1 gezeigt, externe Stifte und die Drähte wurden elektrisch verbunden, um die Zuführung von Betriebsleistung von den externen Stiften zu ermöglichen, wurde mit einer Kappe abgedeckt die ein wellenlängenselektives Glasfenster hat, und das Innere wurde mit einer Stickstoffgasatmosphäre hoher Reinheit abgeschlossen.
- Auf die demgemäß ausgebildete, luftdicht abgedichtete ZHE-Einrichtung vom Gehäusetyp gemäß der vorliegenden Erfindung wurde eine Betriebsleistung für eine Ausgangsleistung von 48,0 mW von dem Halbleiterlaser angewandt. Als ein Ergebnis war die Zweite-Harmonische-Welle-Ausgangsleistung von dem Glasfenster her 4,6 mW, und die Halbleiterlaserausgangsleistung war 0,01 mW, so daß demgemäß die Zweite-Harmonische-Welle leistungsfähig herausgeholt wurde.
- Wie oben beschrieben, kann die vorliegende Erfindung eine ZHE- Einrichtung einer Dünnfilmwellenleiterstruktur zur Verfügung stellen, die einen extrem hohen ZHE-Umwandlungswirkungsgrad hat.
Claims (9)
1. Eine Zweite-Harmonische-Welle-Erzeugungseinrichtung,
umfassend einen aus einem doppelbrechenden Einkristalldünnfilm
hergestellten Wellenleiter zum Einschließen von Licht innerhalb
des Dünnfilmwellenleiters und Bewirken, daß das Licht damit in
Wechselwirkung tritt, um eine harmonische Welle zu erzeugen, die
auch in dem Wellenleiter eingeschlossen ist, wobei der Dünnfilm,
der ein Material umfaßt das aus der Gruppe ausgewählt ist, die
aus LiNbO&sub3;, α-Quarz, Sr0,25Ba0,75Nb&sub2;O&sub6; (SBN25), KTiOPO&sub4; (KTP), β-
BaB&sub2;O&sub4; (BBO), KB&sub5;O&sub8; 4H&sub2;O (KB&sub5;), KH&sub2;PO&sub4; (KDP), KD&sub2;PO&sub4; (KD*P),
NH&sub4;H&sub2;PO&sub4; (ADP), C&sub5;H&sub2;AsO&sub4; (CDA), C&sub5;D&sub2;AsO&sub4; (CD*A), RbH&sub2;PO&sub4; (RDP),
RbH&sub2;AsO&sub4; (RDA), BeSO&sub4; 4H&sub2;O, LiClO&sub4; 3H&sub2;O, LiIO&sub3;, α-LiCdBO&sub3;, LiB&sub3;O&sub5;
(LBO), Harnstoff, Poly-p-nitroanilin (p-PNA), Polydiacetylen
(DCH), 4-(N,N-Dimethylamino)-3-acetamidonitrobenzol (DAN), 4-
Nitrobenzaldehydhydrazin (NBAH),
3-Methoxy-4-nitrobenzaldehydhydrazin und 2-Methyl-4-nitroanilin (MNA) besteht, auf einem
Substrat ausgebildet ist, das aus einem Material hergestellt
ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus LiTaO&sub3;, SiO&sub2;,
Aluminiumoxid, Nd&sub3;Ga&sub5;O&sub1;&sub2;, KTP, BBO, LBO, KDP, Sodaglas,
Borsilicatglas und Polymethylmethacrylat (PMMA) besteht, wobei die
Zweite-Harmonische-Welle-Erzeugungseinrichtung die folgende
Gleichung (A) oder (13) erfüllt,
wenn
oder
wenn
worin
Tum: eine Dicke der Dünnfilmwellenleiterschicht
λum: eine Laser-Grundwellenlänge
noS1: eine ordentliche Brechungszahl des Substrats bei der
Grundwellenlänge (λum)
noF1: eine ordentliche Brechungszahl der
Dünnfilmwellenleiterschicht bei der Grundwellenlänge (λum)
neS2: eine außerordentliche Brechungszahl des Substrats bei
einer Zweite-Harmonische-Wellenlänge (λum/2)
neF2: eine außerordentliche Brechungszahl der
Dünnfilmwellenleiterschicht bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge
(λum/2)
N&sub1; in Gleichung (A) ist
und N&sub2; in Gleichung (B) ist
2. Die Zweite-Harmonische-Welle-Erzeugungseinrichtung des
Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Einrichtung weiter ein Mittel umfaßt das eingerichtet ist, um
vorzusehen, daß der Einfallswinkel (Θ) der Grundwelle zu der
optischen Achse (Z-Achse) der Dünnfilmwellenleiterschicht 0±15º
oder 90 ± 15º ist.
3. Die Zweite-Harmonische-Welle-Erzeugungseinrichtung des
Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Filmwellenleiterschicht eine Kanal-Typ-Wellenleiterschicht ist.
4. Die Zweite-Harmonische-Welle-Erzeugungseinrichtung des
Anspruchs 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kanal-Typ-Wellenleiterschicht von einem Steg-Typ ist.
5. Ein Verfahren zum Herstellen einer Zweite-harmonische-
Welle-Erzeugungseinrichtung, die einen Wellenleiter umfaßt,
wobei das Verfahren umfaßt:
(a) Ausbilden eines doppelbrechenden Einkristalldünnfilms aus
einem Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus
LiNbO3, α-Quarz, Sr0,25Ba0,75Nb&sub2;O&sub6; (SBN25), KTiOPO&sub4; (KTP), β-
BaB&sub2;O&sub4; (BBO), KB&sub5;O&sub8; 4H&sub2;O (KB&sub5;), KH&sub2;PO&sub4; (KDP), KD&sub2;PO&sub4; (KD*P),
NH&sub4;H&sub2;PO&sub4; (ADP), C&sub5;H&sub2;AsO&sub4; (CDA), C&sub5;D&sub2;AsO&sub4; (CD*A), RbH&sub2;PO&sub4;
(RDP), RbH&sub2;AsO&sub4; (RDA), BeSO&sub4; 4H&sub2;O, LiClO&sub4; 3H&sub2;O, LiIO&sub3;, α-
LiCdBO&sub3;, LiB&sub3;O&sub5; (LBO), Harnstoff, Poly-p-nitroanilin (p-
PNA), Polydiacetylen (DCH),
4-(N,N-Dimethylamino)-3-acetamidonitrobenzol (DAN), 4-Nitrobenzaldehydhydrazin (NBAH),
3-Methoxy-4-nitrobenzaldehydhydrazin und
2-Methyl-4-nitroanilin (MNA) besteht, auf einem Substrat, das aus einem
Material hergestellt ist, welches aus der Gruppe ausgewählt
ist, die aus LiTaO&sub3;, SiO&sub2;, Aluminiumoxid, Nd&sub3;Ga&sub5;O&sub1;&sub2;, KTP,
BBO, LBO, KDP, oder dergleichen, Sodaglas, Borsilicatglas
und Polymethylmethacrylat (PMMA) besteht; und
(b) Trockenätzen des Dünnfilms, wodurch die Dicke des Films
eingestellt wird, um eine Dünnfilmwellenleiterschicht
auszubilden, die die folgende Gleichung (A) oder (B) erfüllt,
wenn
worin
Tum: eine Dicke der Dünnfilmwellenleiterschicht
λum: eine Laser-Grundwellenlänge
noS1: eine ordentliche Brechungszahl des Substrats bei der
Grundwellenlänge (λum)
noF1: eine ordentliche Brechungszahl der
Dünnfilmwellenleiterschicht bei der Grundwellenlänge (λum)
neS2: eine außerordentliche Brechungszahl des Substrats bei
einer Zweite-Harmonische-Wellenlänge (λum/2)
neF2: eine außerordentliche Brechungszahl der
Dünnfilmwellenleiterschicht bei der Zweite-Harmonische-Wellenlänge
(λum/2)
N&sub1; in Gleichung (A) ist
und N&sub2; in Gleichung (B) ist
6. Das Verfahren des Anspruchs 5, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Ätzmaske auf dem Dünnfilm
ausgebildet wird, der auf dem Substrat ausgebildet ist, wobei der
Dünnfilm trockengeätzt wird, und wobei die Ätzmaske zur
Ausbildung eines Kanalteils entfernt wird.
7. Das Verfahren des Anspruchs 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ätzmaske ein Ti-Dünnfilm ist.
8. Das Verfahren des Anspruchs 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Trockenätzen Ionenstrahlätzen ist.
9. Das Verfahren des Anspruchs 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Trockenätzen ausgewählt ist aus der
Gruppe, die aus Plasmaätzen, Reaktivionenstrahlätzen und
Sputterätzen besteht.
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