DE69924424T2

DE69924424T2 - Vorrichtung zur Erzeugung der zweiten harmonischen Welle

Info

Publication number: DE69924424T2
Application number: DE69924424T
Authority: DE
Inventors: Takashi Oharu-Cho Yoshino; Makoto Kasugai City Iwai; Yoshinari Tenpaku-Ku Kozuka; Kiyofumi Tsurugashima City Chikuma; Atsushi Tsurugashima City Onoe; Ayako Tsurugashima City Yoshida
Original assignee: NGK Insulators Ltd; Pioneer Electronic Corp
Current assignee: NGK Insulators Ltd; Pioneer Corp
Priority date: 1998-05-12
Filing date: 1999-05-10
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2019-05-11
Also published as: JPH11326966A; EP0962809B1; DE69924424D1; EP0962809A2; EP0962809A3

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen (SHG-Vorrichtung), die z.B. für eine Vorrichtung wie eine Blue-Laser-Quelle geeignet ist.
Stand der Technik
Es wird eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Blue-Lasers vorgeschlagen, der dadurch erzeugt wird, dass ein Lichtwellenleiter mit einer Struktur aus einer periodischen Inversion der Polarität gebildet wird, und worin ein Infrarotwellen-Halbleiter-Laser in den Lichtwellenleiter eingebracht wird (USP 4.740.265, JP-A-5-289131 und JP-A-5-173213). So offenbart z.B. JP-A-6-51359 eine SHG-Vorrichtung, in welcher eine Polarisationsinversionsschicht, ein Lichtwellenleiter, eine dielektrischen Folie sowie eine Reflexionsgitterschicht ausgebildet sind und die Dicke der dielektrischen Folie auf einen bestimmten Wert begrenzt ist.
Obwohl diese Techniken Domänen erforderlich machen, die mit hoher Präzision geregelt werden, ist die Regelung solcher Domänen mit hoher Präzision sehr schwierig. Eine zulässige Temperatur für die Phasenanpassung muss innerhalb eines Bereichs von ±0,5 °C geregelt werden. Darüber hinaus kann ein Lichtschaden des Lichtwellenleiters mit einer Lichtenergie von 3 mW oder mehr erkannt werden. Unter Berücksichtigung dieser Phänomene ist herauszustreichen, dass diese Vorrichtungen in der praktischen Verwendung Probleme zeigen.
Andererseits schlug NGK Insulators, Ltd., in JP-A-8-339002 eine SHG-Vorrichtung mit einem verringerten Lichtschaden ohne Erfordernis einer Quasi-Phasenanpassung oder Regelung der Domänen mit hoher Präzision vor.
Die SHG-Vorrichtung ist aber insofern problematisch, als bei Umgebungstemperaturschwankungen eine Wellenlänge eines Infrarot-Lasers, die in die Vorrichtung eintritt, und eine phasenangepasste Wellenlänge der Vorrichtung schwanken. Somit ist, selbst wenn eine Grundwelle bei einer Temperatur phasenangepasst ist, sie dies nicht, wenn sich die Umgebungstemperatur ändert, sodaß die Erzeugungseffizienz einer zweiten Harmonischen beträchtlich verringert wird.
EP-A 737 884 liefert keine Beschreibung der Merkmale, die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufscheinen, sondern offenbart eine SHG-Vorrichtung nach dem Stand der Technik, die alle anderen Merkmale der Ansprüche 1 und 2 umfasst.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen von einer Grundwelle bereitzustellen, worin die Grundwelle mit der zweiten Harmonischen phasenangepasst sein kann, selbst wenn sich die Umgebungstemperatur ändert.
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen, wie dies in Anspruch 1 dargelegt ist.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung schenkten der Tatsache Beachtung, dass ein Einkristall aus einem Mischkristall aus Lithiumkaliumniobat und Lithiumkaliumtantalat (hierin nachfolgend oftmals als "KLNT-Kristall" bezeichnet) und ein Einkristall aus Lithiumkaliumniobat (oftmals als "KLN-Kristall" bezeichnet) die Eigenschaft zeigen, dass sie Grundwellen, die aus ordentlichen Strahlen bestehen, in einem Lichtwellenleiter in zweite Harmonische umwandeln, die aus außerordentlichen Strahlen bestehen, sowie auch der Tatsache, dass der Kristall mit der spezifischen Zusammensetzung eine große Änderung des Brechungsindexes eines außerordentlichen Strahls in Abhängigkeit von der Temperaturänderung aufweist, so z 5,5 × 10^–4/°C, und im Gegensatz dazu eine kleinere Änderung des Brechungsindexes eines ordentlichen Strahls in Abhängigkeit von der Temperaturänderung, so z.B. etwa 0,05 × 10^–4/°C, als jene des ordentlichen Strahls.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung konzipierten die Kombination der obigen Eigenschaft mit einem Reflexionsgitter, die Festlegung einer Wellenlänge des ordentlichen Strahls (Grundwelle) mit dem Reflexionsgitterteil und gleichzeitig die Regelung einer Temperatur in zumindest einem Lichtwellenleiter zur Umwandlung einer Wellenlänge mithilfe eines Temperaturregelungsmittels wie einer Folienheizvorrichtung. Demzufolge ist es möglich, dass der Reflexionsgitterteil eine Frequenz eines ordentlichen Strahls (Grundwelle) in einem sehr kleinen Bereich festlegt. Die Frequenzänderung der Grundwelle kann sogar noch kleiner sein, wenn sich die Umgebungstemperatur beträchtlich ändert. Gleichzeitig ist es möglich, den Brechungsindex eines außerordentlichen Strahls im Lichtwellenleiter durch Bedienung des Temperaturregelungsmittels für den Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiter zu regeln.
Demzufolge ist es selbst bei einer großen Änderung der Umgebungstemperatur und einem bestimmten Zustand einer deutlich niedrigen Temperatur oder einer deutlich hohen Temperatur möglich, die Wellenlänge der zweiten Harmonischen zu steuern und einen Ausgang dieser genauso zu optimieren wie die Änderung der Wellenlänge in der durch den Reflexionsgitterteil festgelegten Grundwelle zu verringern.
Nebenbei offenbart JP-A-5-53163 eine Lichtwellenlängen umwandelnde Vorrichtung vom quasi-phasenangepassten Typ, die eine periodisch umgekehrte Polarisierungsschicht und einen Lichtwellenleiter aufweist und in welcher eine Folienheizvorrichtung auf dem Lichtwellenleiter ausgebildet ist. Dieses Patent zielt nicht darauf ab, die Differenz der Temperaturänderung des Brechungsindexes zwischen einem ordentlichen Strahl und einem außerordentlichen Strahl des wie in der vorliegenden Erfindung spezifizierten Materials zu verwenden, dessen Wellenlänge mit dem Reflexionsgitterteil festzulegen, den außerordentlichen Strahl als eine zweite Harmonische anzusehen und die Wellenlänge der zweiten Harmonischen mit der Folienheizvorrichtung zu regeln.
Die Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen gemäß der vorliegenden Erfindung kann einen Laser in einem Bereich von 390 nm bis 470 nm erzeugen. Somit kann sie weitgehend für optische Plattenlaufwerke, im medizinischen Bereich, in der Optochemie, bei verschiedenen optischen Messungen etc. unter Verwendung eines solchen Lasers mit einer kurzen Wellenlänge angewendet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zum besseren Verständnis dieser Erfindung wird ein Bezug zu den beigefügten Zeichnungen hergestellt, worin:
1 ein Grundriss ist, der schematisch einen Teil einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 eine Seitenansicht ist, die schematisch eine andere bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung 1 zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen darstellt;
3(a) eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines weggeschnittenen Teils eines Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiters ist;
3(b) eine perspektivische Darstellung desselben Teils der 3(a) ist, der hier nicht weggeschnitten ist;
4 ein Querschnitt der 3(b) ist; und
5 ein Grundriss einer Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen mit einem ersten Substrat und einem zweiten Substrat ist.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Als obigen Einkristall für den Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiter kann vorzugsweise ein Einkristall mit einer Grundzusammensetzung von K₃Li_2-2a(Nb_1-bTa_b)_5+5cO_15-a+12,5c(hierin -0,5≤a≤0,625, 0≤b≤0,6, 0,8≤(5-2a)/(5+5c)≤1,2) verwendet werden, wenngleich auch ein anderer Einkristall mit einer anderen Zusammensetzung als der obigen verwendet werden kann.
Der Wellenlängen umwandelnde Lichtwellenleiter besteht vorzugsweise aus einer Epitaxie-Schicht, die auf einer Oberfläche eines Einkristallsubstrats ausgebildet ist. Das Einkristallsubstrat besteht vorzugsweise aus einem Einkristall mit einer Grundzusammensetzung von K₃Li_2-2x(Nb_1-yTa_y)_5+5zO_15-x+12,5c (hierin -0,5≤x≤0,625, 0≤y≤0,5, 0,8≤(5-2x)/(5+5z)≤1,2).
Der Ausdruck 0,8≤(5-2x)/(5+5z) oder (5-2a)/(5+5c)≤1,2 kann als (-1-2x)/6≤z≤(1-2x)/4 bzw. (-1-2a)/6≤c≤(1-2a)/4 neu definiert werden.
Das obige Einkristallsubstrat wird vorzugsweise im Mikro-Pull-Down-Verfahren, das in der Beschreibung der japanischen Patentanmeldung Nr. 7-62586 und der japanischen Patentanmeldung Nr. 7-62585 vorgeschlagen ist, durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung hergestellt.
Der Grund, warum die Zusammensetzung im obigen KLN-Material -0,5≤a, x≤0,625 ist, liegt darin, dass das KLN-Material eine Wolfram-Bronze-Struktur annehmen kann. Ist die Menge an Kalium im KLN-Material größer als jene im KLN-Material mit der Zusammensetzung -0,5≤a, x≤0,625, so wird das KLN-Material ein orthorhombisches System aus KnbO₃. Ist die Menge an Lithium im KLN-Material größer als jene im KLN-Material mit der obigen Zusammensetzung, so wird das KLN-Material ein hexagonales System aus LiNbO₃.
Der Grund, warum die Zusammensetzung im obigen KLN-Material 0≤b, y≤0,5 ist, liegt darin, dass die Curie-Temperatur sich mit Zunahme der Ta-substituierten Menge verringert, und dass die Curie-Temperatur beinahe Raumtemperatur ist, wenn b, y = 0,5, so dass das KLN-Material kein ferroelektrisches Material wird und keine zweite Harmonische erzeugt.
Der Zusammensetzungsbereich von 0,8≤(5-2a)/(5+5c), (5-2x)/(5+5z)≤1,2 stellt einen Bereich dar, in welchem der Einkristall mit nur der Wolfram-Bronze-Struktur erhalten werden kann, indem das Verhältnis von (K+Li) zu (Nb+Ta) im Pull-Down-Verfahren geregelt wird. Der Zusammensetzungsbereich, in welchem ein gleichförmiger Ein kristall gebildet werden kann, ist breiter als jener, der durch das chiroporöse Verfahren erreicht werden kann.
Weiters kann eine Zwischenschicht aus dem KLNT-Einkristall, der im obigen Zusammensetzungsbereich liegt, zwischen dem Einkristallsubstrat und dem Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiter ausgebildet werden. Es ist erforderlich, dass die Beziehung im Brechungsindex zwischen dem Einkristallsubstrat und dem Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiter oder die Beziehung des Brechungsindex zwischen der Zwischenschicht und dem Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiter ermöglicht, dass eine Lichtwelle in den Lichtwellenleiter beschränkt wird.
Als Grundzusammensetzung des Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiters können das Einkristallsubstrat und die Zwischenschicht, wobei das obige Material die Wolfram-Bronze-Struktur aufweist, aus K, Li, Nb, Ta, O bestehen, aber es ist auch möglich, das/die Elemente z.B. durch Na, Rb oder dergleichen für K, Li zu substituieren, oder ein Laser erzeugendes Dotierelement wie Cr, ein Element aus der Reihe der Seltenerdelemente oder dergleichen zu dotieren, solange das Material diese Struktur beibehält.
In der KLN-Zusammensetzung oder der KLNT-Zusammensetzung verringert sich der Brechungsindex eines außerordentlichen Strahls im Einkristall mit zunehmender Menge an substituiertem Ta, d.h. der Brechungsindex eines ordentlichen Strahls im Einkristall verringert sich, wenn sich der Wert von b oder y erhöht. Darüber hinaus vergrößert sich in der KLN-Zusammensetzung der Brechungsindex eines außerordentlichen Strahls im Einkristall mit zunehmender Menge an Nb im Material, d.h. mit steigendem Wert c oder z.
Als Temperaturregulierungsmittel für den Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiter wird eine Folienheizvorrichtung bevorzugt, es kann aber auch eine externe Heizvorrichtung verwendet werden. Der gesamte Lichtwellenleiter kann aber einheitlich mit geringer elektrischer Energie erhitzt werden, indem die Folienheizvorrichtung auf dem Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiter angeordnet wird.
In einer insbesondere bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen ein einstückiges Substrat, und es werden ein Wellenlängen umwandelnder Lichtwellenleiter und ein Reflexionsgitterteil auf dem Substrat ausgebildet. Dadurch können sie auf demselben Substrat vereinheitlicht werden.
Weiters kann in der Ausführungsform die Folienheizvorrichtung insbesondere vorzugsweise ebenfalls auf der Reflexionsgitterschicht ausgebildet werden. Dadurch kann die Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen kleiner ausgeführt werden, und die Herstellungskosten für die Vorrichtung können verringert werden. In diesem Fall schwankt die Wellenlänge der Grundwelle, die am Reflexionsgitterteil festgelegt ist, gemäß der vorliegenden Erfindung aufgrund einer beträchtlich kleineren Änderung eines Brechungsindexes eines ordentlichen Strahls als eines außerordentlichen Strahls im KLN-Kristall, der den Lichtwellenleiter ausmacht, beinahe nicht, obwohl der Reflexionsgitterteil ebenfalls erhitzt wird. Somit kann die bestimmte Konstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung erstmals realisiert werden.
Darüber hinaus kann eine dielektrische Schicht vorzugsweise zwischen der Folienheizvorrichtung und dem Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiter ausgebildet werden.
Die 1 bis 4 zeigen eine Ausführungsform, in welcher der Reflexionsgitterteil und der Wellenlängen umwandelnde Lichtwellenleiter auf demselben Substrat ausgebildet sind. 1 ist ein Grundriss, der schematisch einen Teil einer Vorrichtung 1 zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen in dieser Ausführungsform darstellt.
Die Vorrichtung 1 zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen weist z.B. ein rechteckiges Parallelepiped-Substrat 2 auf. Das Substrat 2 besteht vorzugsweise z.B. aus einem KLNT-Einkristall, der innerhalb des obigen Zusammensetzungsbereichs liegt. Ein Wellenlängen umwandelnder Lichtwellenleiter 3 und ein Reflexionsgitterteil 5 sind auf der Oberfläche des Substrats 2 ausgebildet, und eine Folienheizvorrichtung 4 ist auf dem Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiter 3 und dem Reflexions gitterteil 5 ausgebildet. Hierauf zeigt die 1 Positionen des Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiters 3, der Folienheizvorrichtung 4 sowie des Reflexionsgitterteils 5 in der Ebene. Eine numerische Ziffer 15 bezeichnet eine Laserquelle.
Eine Grundwelle (ein ordentlicher Strahl) 6 tritt in die Vorrichtung 1 zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen von einem einfallenden Ende 2a des Substrats 2 ein. Danach tritt die Grundwelle 6 in den Lichtwellenleiter 3 ein und geht durch den Reflexionsgitterteil 5 hindurch. Während die Grundwelle durch den Teil 5 hindurchgeht, wird die Wellenlänge der Grundwelle mit der Rückkehr der Lichtwelle vom Teil 5 festgelegt. Da der Brechungsindex eines ordentlichen Strahls im Lichtwellenleiter 3 unter dem Reflexionsgitterteil 5 beinahe nicht ändert, wenn die Heizvorrichtung 4 Wärme erzeugt, wird die Intensität der Lichtwelle mit der festgelegten Wellenlänge nur geringfügig beeinflusst. Darüber hinaus kann der Brechungsindex eines außerordentlichen Strahls im Lichtwellenleiter 3 sich durch Bedienung der Folienheizvorrichtung 4 erhöht werden. Dadurch kann eine Phasenanpassung dynamisch geregelt werden, und ein Ausgangssignal einer zweiten Harmonischen 7 kann erhöht und optimiert werden. Eine numerische Ziffer 8 bezeichnet einen ordentlichen Strahl, der von einem Ende 2b des Substrats ausgeht.
Wenn z.B. die Umgebungstemperatur abnimmt, nimmt die gesamte Temperatur im Lichtwellenleiter 3 ab und auch der Brechungsindex des außerordentlichen Strahls verringert sich, um die Wellenlänge der zweiten Harmonischen mit der Grundwelle nicht phasenanzupassen, selbst wenn der Heizwert der Folienheizvorrichtung 4 konstant ist. Wird die Abnahme des Ausgangssignals der zweiten Harmonischen detektiert, so wird die Spannung an die Folienheizvorrichtung erhöht, wodurch die gesamte Temperatur im Lichtwellenleiter und somit der Brechungsindex eines außerordentlichen Strahls erhöht werden kann. Ist die Temperatur im Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiter, bei welcher die Wellenlänge der Grundwelle jener der zweiten Harmonischen angepasst ist, geringer als die Umgebungstemperatur, so ist es wahrscheinlich schwierig, das obige regulierende Verfahren durchzuführen. Somit ist die Temperatur im Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiter, bei welcher die Wellenlänge der Grundlage jener der zweiten Harmonischen angepasst ist, vorzugsweise um 10 °C oder mehr höher als eine maximale Gebrauchstempetatur während der Verwendung der Vorrichtung.
Andererseits kann ein hitzeabsorbierendes Element wie ein Peltier-Element anstelle der Folienheizvorrichtung bereitgestellt werden. Weicht die Temperatur im Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiter von der Temperatur ab, bei welcher die Grundwelle der zweiten Harmonischen angepasst ist, so wird das Peltier-Element betätigt, so dass die Temperatur des Lichtwellenleiters auf die Phasenanpassungstemperatur zurückgebracht wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der in 1 dargestellten Vorrichtung 1 ist mit Bezug auf die 2 bis 4 beschrieben. Die 2 bis 4 zeigen eine Konfiguration der Vorrichtung 1 in 1, wobei 2 eine Seitenansicht ist, die schematisch die Vorrichtung 1 zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen darstellt, wobei 3(a) eine Perspektive ist, die einen weggeschnittenen Teil des Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiters in einem vergrößerten Maßstab darstellt, wobei 3(b) eine Perspektive ist, die – nicht weggeschnitten – denselben Teil der 3(a) zeigt, und worin 4 ein Querschnittsansicht der 3(b) ist.
Ein Wellenlängen umwandelnder Lichtwellenleiter 3 vom Stegtyp ist auf einer Oberfläche eines Einkristallsubstrats 2 ausgebildet, und eine Überhüllschicht 9 ist auf der Oberseite des Lichtwellenleiters 3 ausgebildet. Diese Schichten können in einem metallorganischen Dampfphasen-Epitaxieverfahren oder einem Flüssigphasen-Epitaxieverfahren ausgebildet werden. Wellenfallen, die ein Beugungsgitter in einem gleichmäßigen Intervall bilden, werden in einem Oberseitenabschnitt der Überhüllschicht 9 z.B. mittels reaktiver Ionenätzung ausgebildet, um den Reflexionsgitterteil 5 zu bilden.
Eine dielektrische Schicht 10 wird ausgebildet, um den Lichtwellenleiter vom Stegtyp und die Überhüllschicht zu bedecken. Eine Folienheizvorrichtung 4 ist in einem bestimmten Bereich auf der dielektrischen Schicht 10 ausgebildet. Eine Stegstruktur 11 besteht aus dem Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiter 3, der Überhüll schicht 9 sowie der dielektrischen Schicht 10, und es sind schlanke Wellenfallen 12 in beiden Seiten der Stegstruktur 11 ausgebildet.
Obwohl das Material, aus dem die dielektrische Schicht besteht, nicht beschränkt ist, werden vorzugsweise Ta₂O₅, SiO₂, TiO₂, HfO₂ oder Nb₂O₅ verwendet. Als Material für die Folienheizvorrichtung werden vorzugsweise Ni, Ti, Ta, Pt oder Cr verwendet. Anstelle der Folienheizvorrichtung kann ein Peltier-Element verwendet werden.
In einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung ein erstes Substrat und ein zweites Substrat auf, der Reflexionsgitterteil ist auf dem ersten Substrat ausgebildet, und der Wellenlängen umwandelnde Lichtwellenleiter und das Temperaturregulierungsmittel sind auf dem zweiten Substrat ausgebildet. 5 ist ein Grundriss, der schematisch eine Vorrichtung 41 dieser Ausführungsform darstellt.
Die Vorrichtung weist einen Wellenlängen festlegenden Teil 21 und einen Wellenlängen umwandelnden Teil 31 auf. Der Wellenlängen festlegende Teil 21 weist das erste Substrat 22 auf, auf welchem der Reflexionsgitterteil 5, der eine Wellenlänge eines Lasers, der durch einen Lichtwellenleiter 33 hindurchgeht, festlegt, ausgebildet ist.
Der Wellenlängen umwandelnde Teil 31 weist das zweite Substrat 32 auf, auf welchem der Wellenlängen umwandelnde Lichtwellenleiter 3 und die Folienheizvorrichtung 4 ausgebildet sind. Die Bezugsziffern 22a bzw. 22b bezeichnen jeweils die Enden des ersten Substrats 22, und die Bezugsziffern 32a und 32b bezeichnen jeweils die Enden des zweiten Substrats 32.
Beispiel
Die Erfindung ist nunmehr im Detail mit Bezug auf die folgenden Beispiele erklärt.
Beispiel
(Herstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen)
In diesem Beispiel wird eine Vorrichtung 1 hergestellt, wie sie in den 2 bis 4 dargestellt ist.
Pulverförmiges Kaliumkarbonat, Lithiumkarbonat, Niobiumoxid und Tantaloxid wurden in einem Zusammensetzungsverhältnis von 30:20:40:10 gemischt, um ein pulverförmiges Ausgangsmaterial zu erhalten. Etwa 50 g des pulverförmigen Ausgangsmaterials wurden in einen Schmelztiegel aus Platin eingefüllt, und der Schmelztiegel wurde in einem Ofen in einer bestimmten Position angeordnet. Das pulverförmige Ausgangsmaterial im Schmelztiegel wurde geschmolzen, während eine Oberseite des Ofens innerhalb eines Temperaturbereichs von 1.100 °C bis 1.200 °C geregelt wurde. Ein Einkristallsubstrat mit. einer "C"-Kristallfläche wurde in eine Richtung einer "a"-Achse davon mit einer Geschwindigkeit von 20 mm/h hinuntergezogen, während die Temperatur des Einkristall bildenden Teils auf einen Bereich von 1.050 °C bis 1.150 °C festgelegt wurde. Daraus ergab sich, dass das KLNT-Einkristallsubstrat 2 mit einer "C"-Kristallfläche mit einer Dicke von 1 mm und einer Breite von 30 mm erfolgreich erhalten wurde. Die Zusammensetzung war K₃Li_1,95(Nb_0,98Ta_0,02)_5,05O₁₅.
Danach wurde eine Epitaxie-Folie mit einer Zusammensetzung von K₃Li_1,9Nb_5,1O₁₅ auf dem Einkristallsubstrat mittels des metallorganischen Dampfphasen-Epitaxieverfahrens ausgebildet. Die Folienausbildungstemperaturen waren derart, dass die Temperatur des Einkristallsubstrats 750 °C betrug, dass der Druck in der Reaktionsröhre 20 Torr betrug, und dass die Folienausbildungsrate 0,8 μm/h betrug. Dadurch wurde eine Epitaxie-Folie 3 mit der Dicke von 2,5 μm erhalten. Unter denselben Bedingungen, wie sie zuvor erwähnt wurden, wurde eine Überhüllschicht 9 mit einer Zusammensetzung von K₃Li_1,95(Nb_0,98Ta_0,02)_5,05O₁₅ in einer Dicke von 0,2 μm auf der Epitaxie-Schicht 3 ausgebildet.
Ein Maskenmuster aus Ti mit Streifen in einer Höhe von 0,4 μm und einer Dicke von 100 nm wurde auf der Überhüllschicht 9 ausgebildet, und es wurde ein Reflexionsgitterteil 5 mit einer Tiefe von 0,1 μm und einer Länge von 1,8 mm mittels reaktiver Ionenätzung mit einem CF₄+O₂-Gas ausgebildet. Die Wanderungsrichtung einer Lichtwelle im Lichtwellenleiter kann eine "a"-Achsenrichtung sein.
Die Epitaxie-Folie und die Überhüllschicht wurden mittels reaktiver Ionenätzung verarbeitet, um eine stegförmige Struktur mit einer Breite von 5 μm und einer Tiefe von 3 μm auszubilden, und dadurch wurde ein dreidimensionaler Wellenlängen umwandelnder Lichtwellenleiter 3 gebildet.
Ein Querpolarisierungsstrahl wurde in den Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiter 3 geführt, wie dies durch einen Pfeil 6 dargestellt ist. Folglich wurde herausgefunden, dass der Lichtwellenleiter 3 ein Lichtwellenleiter mit einem Monomode in einem Bereich von 811 nm bis 878 nm war. Danach wurden der Lichtwellenleiter 3 und die Überhüllschicht 9 mit einer Folie 10 aus Tantaloxid bedeckt, und eine Folienheizvorrichtung 4 aus Ti wurde auf der Oberfläche der Tantaloxid-Folie in einer Breite von 20 μm, einer Dicke von 0,5 μm sowie einer Länge von 10 mm ausgebildet, wodurch eine stegförmige Struktur erhalten wurde.
Die auf diese Weise erhaltene Struktur wurde in Chips geschnitten, um eine zweite Harmonische zu erzeugen, jeweils mit einer Breite von 2 mm und einer Länge von 11 mm. Danach wurde ein Halbleiter-Laser direkt in den Chip eingeleitet, ohne durch eine Linse hindurchzugehen. Die Laserenergie, die in den Lichtwellenleiter eintrat, betrug 80 mW, wenn das Ausgangssignal vom Halbleiter-Laser 100 mW betrug. Die oszillierende Wellenlänge des Halbleiter-Laser wurde auf die Wellenlänge der Reflexionswelle im Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiter festgelegt und stabil bei einer Wellenlänge von 856,2 nm oszilliert. Der Reflexionsgrad am Reflexionsgitterteil betrug 12 %.
Danach wurde die Folienheizvorrichtung erhitzt, indem eine Spannung von 7 Volt darauf angelegt und elektrischer Strom hindurch geschickt wurde, wodurch die phasenangepasste Wellenlänge des Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiters erfolgreich mit der schwankenden Wellenlänge angepasst werden konnte. Folglich wurde eine zweite Harmonische mit der Wellenlänge von 428,1 nm erhalten. Die Ausgangsenergie betrug 2 mW. Wie bereits zuvor erwähnt wurde, wies die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung exzellente Eigenschaften als eine Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen mit einem blauen Wellenlängenbereich auf.
Wie obig ausgeführt wurde, kann gemäß dieser Erfindung in der Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen von einer Grundwelle die Anpassung zwischen der Grundwelle und der zweiten Harmonischen beibehalten werden, und die phasenangepasste Wellenlänge der zweiten Harmonischen kann dynamisch geregelt werden, wenn die Umgebungstemperatur Schwankungen unterworfen ist.

Claims

Vorrichtung (1) zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen, umfassend einen Lichtwellenleiter (3), der aus einem Mischkristall-Einkristall aus Lithiumkaliumniobat und Lithiumkaliumtantalat hergestellt ist, zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen, die ein außerordentlicher Strahl einer Grundwelle ist, welche ein ordentlicher Strahl in dem Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiter ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiters einen Reflexionsgitterteil (5) zum Festlegen der Wellenlänge der in den Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiter eintretenden Grundwelle und ein Temperaturregelungsmittel (4) zum Regeln der Temperatur von zumindest dem Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiter umfasst.
Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen nach Anspruch 1, worin der Einkristall die grundlegende Zusammensetzung von K₃Li_2-2a(Nb_1-b Ta_b)_5+5cO_15-a+12,5c aufweist und worin -0,5≤a≤0,625; 0≤b≤0,5; 0,8≤(5-2a)/(5+5c)≤1,2 gilt.
Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen nach Anspruch 1 oder 2, worin als das Temperaturregelungsmittel eine Folienheizvorrichtung auf dem Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiter bereitgestellt ist.
Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen nach Anspruch 3, worin die Folienheizvorrichtung auf dem Reflexionsgitterteil ausgebildet ist.
Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen nach Anspruch 3 oder 4, worin eine dielektrische Schicht zwischen der Folienheizvorrichtung und dem Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiter ausgebildet ist.
Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiters umfassend ein einstückiges Substrat (2), worin der Wellen längen umwandelnde Lichtwellenleiter und der Reflexionsgitterteil auf dem Substrat ausgebildet sind.
Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5, weiters umfassend ein erstes Substrat (21) und ein zweites Substrat (31), worin der Reflexionsgitterteil auf dem ersten Substrat ausgebildet ist und der Wellenlängen umwandelnde Lichtwellenleiter und das Temperaturregelungsmittel auf dem zweiten Substrat ausgebildet sind.