DE69927633T2

DE69927633T2 - Vorrichtung zur Erzeugung der zweiten harmonischen Welle

Info

Publication number: DE69927633T2
Application number: DE69927633T
Authority: DE
Inventors: Takashi Oharu-Cho Yoshino; Katsuhiro Mizuho-Ku Imai; Minoru Naka-Ku Imaeda; 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: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2019-05-11
Also published as: EP0957395A3; US6204957B1; EP0957395B1; DE69927633D1; JPH11326967A; EP0957395A2

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Element zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen (SHG-Element), das beispielsweise für eine Vorrichtung wie eine Blue-Laser-Quelle geeignet ist.
Stand der Technik
Es wird ein Element 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 ein SHG-Element, in welchem eine Polarisationsinversionsschicht, ein Lichtwellenleiter, ein dielektrischer Film sowie eine Reflexionsgitterschicht ausgebildet sind und die Dicke des dielektrischen Films 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 ein SHG-Element mit einem geringen Lichtschaden ohne Erfordernis einer Quasi-Phasenanpassung oder Regelung der Domänen mit hoher Präzision vor. In dieser Literatur wird ein Einkris tall-Substrat aus Lithiumkaliumniobat oder Ta-substituiertem Lithiumkaliumniobat durch einen Mikro-Pull-Down-Vorgang hergestellt, und ein Lichtwellenleiter aus einem Material derselben Art wie das des Substrats wird auf dem Substrat ausgebildet.
Das SHG-Element war insofern bahnbrechend, als das Element den Lichtschaden im Lichtwellenleiter für die Wellenlängenkonversion äußerst gering halten konnten, wodurch die Möglichkeit der Bereitstellung eines Elements für praktische Anwendungen geschaffen wurde. Für einen verbreiteten Einsatz als Blue-Laser-Quelle ist es jedoch erforderlich, dass die Erzeugungseffizienz einer zweiten Harmonischen weiter gesteigert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Weiterentwicklung der Erzeugungseffizienz einer zweiten Harmonischen. Ein weiteres Ziel besteht in einer starken Verringerung des Lichtschadens.
Diese Erfindung betrifft ein Element zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen für die Erzeugung einer zweiten Harmonischen aus einer Grundwelle, umfassend eine Lichtwellenleiterschicht, die aus einem ersten Epitaxiematerial mit der grundlegenden Zusammensetzung von K₃Li_2-X(Nb_1-YTa_Y)_5+XO₁₅ hergestellt ist, einen aus einem Einkristallsubstrat oder einem zweiten Epitaxiematerial mit der grundlegenden Zusammensetzung von K₃Li_2-X+A(Nb_1-Y-BTa_Y+B)_5+x-AO₁₅ hergestellten Untermantelteil und einen aus einem dritten Epitaxiematerial mit der grundlegenden Zusammensetzung von K₃Li_2-X+CNb_1-Y-DTa_Y+D)_5+X-CO₁₅ hergestellten Obermantelteil, der auf der Lichtwellenleiterschicht ausgebildet ist und diese kontaktiert, worin X = 0,006 bis 0,5; Y = 0,00 bis 0,05; A = 0,006 bis 0,12; B = 0,005 bis 0,5; C = 0,006 bis 0,12; D = 0,005 bis 0,5; X – A ≥ 0; X – C ≥ 0; |A – C| ≤ 0,006; und |B – D| ≤ 0,005 ist, und worin jedes Element teilweise durch ein anderes ersetzt sein kann, unter der Voraussetzung, dass die gleiche Kristallstruktur vorliegt.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 noch genauer erläutert.
Laut den Forschungsarbeiten der Erfinder ist in einer Struktur, in der ein einschichtiger dreidimensionaler Lichtwellenleiter auf einem Einkristallsubstrat ausgebildet ist, der integrierte Wert eines überlappenden Abschnitts einer Grundmode zwischen einer Grundwelle und einer zweiten Harmonischen gering, weshalb keine hohe Konversionseffizienz erreicht werden kann. Wird ein Film aus einem anderen Material als einem dielektrischen Material (SiO₂, Ta₂O₅) auf dem dreidimensionalen Lichtwellenleiter ausgebildet, könnte der integrierte Wert des überlappenden Abschnitts nur wenig verbessert werden, weil der Brechungsindex des dielektrischen Films sich stark von dem des dreidimensionalen Lichtwellenleiters unterscheidet.
In dieser Erfindung gingen die Erfinder von einer Struktur aus, wie sie in 1 schematisch dargestellt ist, worin eine Lichtwellenleiterschicht 2A zwischen einem Untermantelteil 1 und einem Obermantelteil 4A angeordnet ist, und die, wie oben erwähnt, die grundlegende Zusammensetzung der Lichtwellenleiterschicht, des Untermantelteils und des Obermantelteils regelt. Folglich fanden sie heraus, dass in einem Wellenlängenbereich von Licht, das zur Erzeugung eines blauen Lasers fähig ist, insbesondere in einem Bereich, in dem die Wellenlänge von Licht, das phasenangepasst werden soll, 780 nm bis 940 nm beträgt, der Lichtwellenleiter ein Monomoden- (Grundmoden-) Lichtwellenleiter wird und die modenüberlappende Integration zwischen der Grundwelle und der zweiten Harmonischen groß wird, wodurch die Erzeugungseffizienz der zweiten Harmonischen deutlich zunimmt.
Das Element zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise einen Laser in einem Bereich von 390 nm bis 470 nm erzeugen. Somit kann es weitgehend als Vorrichtung für optische Plattenspeicher, im medizinischen Bereich, in der Optochemie, bei verschiedenen optischen Messungen etc. unter Verwendung eines solchen Lasers mit einer kurzen Wellenlänge eingesetzt werden.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
Zum besseren Verständnis dieser Erfindung wird auf die beiliegenden Abbildungen Bezug genommen, worin:
1 ein Querschnitt ist, der schematisch einen Hauptteil einer Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen 1 der vorliegenden Erfindung darstellt,
2 ein Querschnitt ist, der schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der Struktur eines Lichtwellenleiters, eines Untermantelteils und eines Obermantelteils darstellt,
3 ein Grundriss ist, der schematisch ein Element 11C in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
4 eine Seitenansicht ist, die schematisch eine bevorzugte Ausführungsform des Elements 11C aus 3 zeigt,
5(a) eine perspektivische Darstellung eines Teils einer Anordnung ist, bevor ein dünner Heizfilm und eine dielektrische Schicht im Element 11C aus 4 ausgebildet werden,
5(b) eine perspektivische Darstellung eines Teils einer Anordnung ist, nachdem die dielektrische Schicht und der dünne Heizfilm auf der Anordnung aus 5(a) ausgebildet wurden und
6 ein Querschnitt ist, der ein Teil des Elements 11C aus 5(b) darstellt.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
In jeder der grundlegenden Zusammensetzungen ist "X" = 0,006 bis 0,5 (insbesondere bevorzugt 0,006 bis 0,02). "Y" ist ein Verhältnis zwischen Ta und Nb von 0,00 bis 0,05 (insbesondere bevorzugt 0,00 bis 0,01).
"A" und "C" sind jeweils 0,006 bis 0,12, insbesondere bevorzugt 0,006 bis 0,02. Die Bereiche für "A" und "C" zeigen, dass die in der grundlegenden Zusammensetzung des Untermantelteils und des Obermantelteils enthaltende Menge Lithium größer ist als im Lichtwellenleiter, und dass die Gesamtmenge Niob und Tantal darin geringer als im Lichtwellenleiter ist. Der Bereich für "B" und "D", der zeigt, dass die in der grundlegenden Zusammensetzung des Untermantelteils und des Obermantelteils enthaltene Menge Tantal größer ist als im Lichtwellenleiter, beträgt 0,005 bis 0,5, insbesondere 0,03 bis 0,1. Durch Regelung von "A", "B", "C" und "D" kann der Brechungsindex vom Lichtwellenleiter, Untermantelteil bzw. Obermantelteil passend geregelt werden.
"X-A" und "X-C" sind nicht weniger als 0, insbesondere nicht weniger als 0,01.
Außerdem ist es für die Minimierung des integrierten Werts des überlappenden Abschnitts wichtig, die Abweichung zwischen "A" und "C" und zwischen "B" und "D" in Bezug auf die grundlegende Zusammensetzung des überlappenden Teils und des Untermantelteils auf nicht mehr als einen vorgegebenen Teilwert zu regeln. Genauer gesagt darf der Unterschied zwischen "A" und "C" nicht mehr als 0,006 betragen, insbesondere bevorzugt nicht mehr als 0,003, und der Unterschied zwischen "B" und "D" darf nicht mehr als 0,005 betragen, insbesondere nicht mehr als 0,002.
Das Untermantelteil kann aus einem Einkristallsubstrat oder einem Epitaxiefilm bestehen, die auf einem Einkristallsubstrat ausgebildet ist.
Das Epitaxiematerial der einzelnen grundlegenden Zusammensetzungen ist eine einkristalliner oder orientierter Film.
Als grundlegende Materialien der Lichtwellenleiterschicht, des Untermantelteils und des Obermantelteils kann ein Material mit einer Wolframbronzestruktur aus K, Li, Nb, T, O verwendet werden (hierin im Folgenden als "KLNT-Material" bezeichnet). Innerhalb des Zusammensetzungsbereichs, in der die Struktur aufrechterhalten werden kann, kann jedoch jedes Element teilweise ersetzt werden. K oder Li können beispielsweise teilweise durch Na, Rb etc. ersetzt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist, wie in der Querschnittdarstellung aus 1 zu sehen, die Lichtwellenleiterschicht ein dreidimensionaler Lichtwellenleiter 2A, der auf einer Oberfläche 1a eines Untermantelteils 1 ausgebildet ist. Eine Oberseite 2a des dreidimensionalen Lichtwellenleiters 2A ist mit einer Obermantelschicht 4A bedeckt.
Außerdem kann in dieser Ausführungsform die Breite "m" und die Höhe "n" des dreidimensionalen Lichtwellenleiters 2A 3,0 μm bis 10,0 μm bzw. 0,5 μm bis 5,0 μm betragen. So kann eine Monomodenwanderung erreicht und der Ausbreitungsverlust reduziert werden.
Ferner könne die Seitenflächen 2b des dreidimensionalen Lichtwellenleiters 2A im Querschnitt betrachtet mit einem Seitenmantelteil 5A abgedeckt sein, das aus einem Epitaxiematerial mit der gleichen Zusammensetzung wie der des Obermantelteils 4A bestehen kann. Demgemäß besteht das einstöckige Mantelteil 3A in 1 aus dem Obermantelteil 4A und dem Seitenmantelteil 5A.
Dadurch kann der Ausbreitungsverlust von Licht, das durch den dreidimensionalen Lichtwellenleiter wandert, weiter reduziert werden, um die Ausgabe einer zweiten Harmonischen weiter zu erhöhen.
Außerdem kann, wie in Form eines Elements 11B in 2 dargestellt ist, ein schräger Winkel θ einer Seitenfläche 2b eines dreidimensionalen Lichtwellenleiters 2B zur Oberfläche 1a des Untermantelteils 1 kleiner als 90° sein, genauer gesagt 60° bis 120° betragen. Dieser schräge Winkel beeinflusst den Ausbreitungsverlust.
In 2 ist eine Oberseite 2a des dreidimensionalen Lichtwellenleiters 2B mit einem Obermantelteil 4B abgedeckt, und die Seitenflächen 2B des Lichtwellenleiters 2B sind mit Seitenmantelteilen 5B abgedeckt. Ein einstückiges Mantelteil 3B besteht aus dem Obermantelteil und dem Seitenmantelteil.
Solche Teile der Oberfläche 1A des Einkristallsubstrats 1, die nicht mit dem Lichtwellenleiter 2B abgedeckt sind, sind mit einem Film 6 abgedeckt, die aus dem gleichen KLNT-Material besteht wie der Obermantelteil und der Seitenmantelteil.
Das Einkristallsubstrat wird vorzugsweise durch ein Mikro-Pull-Down-Verfahren hergestellt, das in der JP-A-8-259375 und der JP-A-8-319191 von den Erfindern vorgeschlagen wird.
Die Lichtwellenleiterschicht, der Obermantelteil, der Untermantelteil und der Seitenmantelteil können durch ein metallorganisches Dampfphasen-Epitaxieverfahren oder ein Flüssigphasen-Epitaxieverfahren ausgebildet werden.
Das Element zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen kann außerdem ein Reflexionsgitterteil zum Festlegen der Wellenlänge einer in den Lichtwellenleiter eintretenden Grundwelle und ein Temperaturregelungsmittel zum Regeln der Temperatur von zumindest dem Lichtwellenleiter umfassen.
3 bis 6 zeigen eine Ausführungsform, worin das Reflexionsgitterteil und der Lichtwellenleiter auf einem einstückigen Substrat ausgebildet sind. 3 ist ein Grundriss, der schematisch einen Teil eines Elements zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen 11C dieser Ausführungsform darstellt.
Das Element zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen 11C weist ein Einkristallsubstrat 12 auf, das beispielsweise eine rechteckige Parallelepiped-Form besitzt. Auf einer Oberfläche des Substrats 12 ist ein dreidimensionaler Lichtwellenleiter 2C und ein Reflexionsgitterteil 15 ausgebildet, auf dem ein Heizfilm 14 ausgebildet ist. In 3 sind die Positionen von 2C, 14 und 15 in einer Ebene dargestellt. Die Bezugszahl 13 bezeichnet eine Laserquelle.
Eine Grundwelle (ein ordentlicher Strahl) 16 tritt in die Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen 11C von einem Einfallsende 12a des Substrats 12 ein. Danach wird die Grundwelle 16 in den Lichtwellenleiter 2C geleitet und geht durch das Reflexionsgitterteil 15 hindurch. Während die Grundwelle durch das Teil 15 hindurchgeht, wird die Wellenlänge der Grundwelle mit der Rückkehr der Lichtwelle vom Teil 15 festgelegt. Da der Brechungsindex eines ordentlichen Strahls im Lichtwellenleiter 2C sich unter dem Reflexionsgitterteil 15 beinahe nicht ändert, wenn die Heizvorrichtung 14 Wärme erzeugt, wird die Lichtleistung von der festgelegten Wellenlänge nur geringfügig beeinflusst. Darüber hinaus kann der Brechungsindex eines außerordentlichen Strahls im Lichtwellenleiter 2C durch Bedienung des Heizfilms 14 erhöht werden. Dadurch kann die Wellenlänge einer zweiten Harmonischen 17 dynamisch geregelt werden, und das Ausgangssignal der zweiten Harmonischen 17 kann erhöht und optimiert werden. Die Bezugszahl 18 bezeichnet einen ordentlichen Strahl, der von einem Ende 12b des Substrats ausgeht.
Wenn beispielsweise die Umgebungstemperatur abnimmt, nimmt die gesamte Temperatur im Lichtwellenleiter 2C ab und auch der Brechungsindex eines außerordentlichen Strahls verringert sich, selbst wenn der Heizwert des Heizfilms 14 konstant ist. Wird die Abnahme des Ausgangssignals der zweiten Harmonischen detektiert, so kann durch Erhöhung der Spannung im Heizfilm 14 die gesamte Temperatur im Lichtwellenleiter 2C erhöht und somit der Brechungsindex eines außerordentlichen Strahls gesteigert werden.
Ist die Temperatur im Lichtwellenleiter, bei der die Wellenlänge der Grundwelle jener der zweiten Harmonischen entspricht, geringer als die Umgebungstemperatur, so ist es wahrscheinlich schwierig, das obige Regelungsverfahren durchzuführen. Somit ist die Temperatur im Lichtwellenleiter 2C, bei welcher die Wellenlänge der Grundwelle jener der zweiten Harmonischen entspricht, vorzugsweise um 10 °C oder mehr höher als eine maximale Umgebungstemperatur.
Andererseits kann ein filmähnliches hitzeabsorbierendes Element, wie z.B. ein Peltier-Element, anstelle des Heizfilms verwendet werden. Weicht die Temperatur im Wellenlängen umwandelnden Lichtwellenleiter von der Temperatur ab, bei welcher die Grundwelle der zweiten Harmonischen entspricht, so wird das Pettier-Element betätigt, sodass die Temperatur des Lichtwellenleiters auf die Phasenanpassungstemperatur zurückgebracht wird.
Als nächstes wird eine bevorzugte Ausführungsform des in 3 dargestellten Elements unter Bezugnahme auf 4 bis 6 erläutert. 4 ist eine Seitenansicht, die schematisch die bevorzugte Ausführungsform des Elements zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen 11C zeigt, 5(a) eine perspektivische Darstellung, die ein Teil eines Lichtwellenleiters vergrößert darstellt, 5(b) ist eine perspektivische Darstellung desselben Teils wie in 5(a), nachdem eine dielektrische Schicht und ein Heizfilm ausgebildet wurden, und 6 ist ein Querschnitt des Elements aus 5(b).
Ein Lichtwellenleiter vom Stegtyp 2C ist auf einer Oberfläche eines Einkristallsubstrats 12 ausgebildet, und eine Obermantelschicht 4C ist auf der Oberseite 2a des Lichtwellenleiters ausgebildet. Wellenfallen, die ein Beugungsgitter in einem gleichmäßigen Intervall bilden, werden in einem Oberseitenabschnitt der Obermantelschicht 4C beispielsweise mittels reaktiver Ionenätzung ausgebildet, um den Reflexionsgitterteil 15 zu bilden.
Eine dielektrische Schicht 20 wird ausgebildet, um den Lichtwellenleiter vom Stegtyp 2C und die Obermantelschicht 4C zu bedecken. Ein Heizfilm 14 ist in einem bestimmten Bereich auf der dielektrischen Schicht 20 ausgebildet. Eine Stegstruktur 22 besteht aus dem Lichtwellenleiter 2C, der Obermantelschicht 4C sowie der dielektrischen Schicht 20, und es sind schlanke Wellenfallen 21 auf beiden Seiten der Stegstruktur 22 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 den Heizfilm werden vorzugsweise Ni, Ti, Ta, Pt oder Cr verwendet. Anstelle des Heizfilms kann ein Peltier-Element verwendet werden.
Beispiele:
Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf das folgende Beispiel genauer erläutert.
In diesem Beispiel wurde ein Element hergestellt, wie es in 2 dargestellt ist.
Eine Platte aus einem KLNT-Einkristall wurde durch das Mikro-Pull-Down-Verfahren hergestellt. Genauer gesagt wurden Kaliumcarbonat, Lithiumcarbonat, Niobchlorid und Tantaloxid in einem Zusammensetzungsverhältnis von 30,0 : 24,0 : 45,0 : 0,92 vermischt, um ein pulverförmiges Rohmaterial zu erhalten. Etwa 50 g des pulverförmigen Rohmaterials wurden in einen Schmelztiegel aus Platin gegeben, wo es auf 1150°C erhitzt wurde, um es zu schmelzen. Genauer gesagt wurde das pulverförmige Ausgangsmaterial im Schmelztiegel geschmolzen, während die Temperatur des Raums im oberen Bereich eines Ofens in einem Bereich von 1100 bis 1200 °C geregelt wurde. Eine Platte mit einer "C"-Kristallfläche wurde mit einer Geschwindigkeit von 10 mm/h entlang einer "a"-Kristall-Achse durch eine Düse gezogen, die am Boden des Schmelztiegels ausgebildet war, während die Temperatur eines Einrkistall-Züchtungsteils auf 1050 °C bis 1150 °C eingestellt wurde. So konnte ein Einkristallsubstrat mit einer Dicke von 1 mm, einer Breite von 30 mm und einer Länge von 30 mm gezüchtet werden. Dieses Substrat wurde als Untermantelteil verwendet. Die Zusammensetzung des Substrats war: K₃Li₂(Nb_0,98Ta_0,02)₅O₁₅.
Danach wurde ein Epitaxialfilm mittels des metallorganischen Dampfphasen-Epitaxieverfahrens ausgebildet. Konkret wurden als Ausgangsmaterialien Dipivaloylmethanatokalium [K(C₁₁H₁₉O₂) (hierin im Folgenden als "K(DPM)" bezeichnet)], Dipivaloylmethanatolithium [Li(C₁₁H₁₉O₂)(hierin im Folgenden als "Li(DPM)" bezeichnet)] oder Pentaethoxyniob [Nb(OC₂H₅)₅ (hierin im Folgenden als "Nb(PE)" bezeichnet)] verwendet. Diese wurden jeweils in einen Ausgangsmaterialbehälter gefüllt und danach auf die jeweiligen Gasumwandlungstemperaturen erhitzt, um sie in den gasförmigen Zustand überzuführen. Jedes Gas wurde in eine Reaktorkammer eingebracht, wobei ein Ar-Trägergas verwendet wurde, dessen Strömungsgeschwindigkeit geregelt wurde. Die Strömungsraten der Gase waren 250 ml/min für K(DPM), 500 ml/min für Li(DPM) bzw. 150 ml/min für Nb(PE).
Unter den Bedingungen, dass der Druck in der Reaktorkammer 20 Torr und die Temperatur des Substrats 650 °C betrug, wurde durch 3-stündige Filmbildung eine einkristalline Schicht mit einer Dicke von 3,2 μm aus einem KLN-Material erhalten. Die Zusammensetzung des auf diese Weise erhaltenen Films war K₃Li_1,95Nb_5,05O₁₅.
Ein streifenähnliches Filmmuster aus Ti wurde in einer Dicke von 1 μm, einer Breite von 5 μm, einer Länge von 25 mm und einer Teilung von 2 mm mittels normaler Photolithographie ausgebildet. Die auf diese Weise erhaltene Probe wurde mittels eines reaktiven Ionenätzverfahrens verarbeitet. In diesem Fall wurde die Probe mit einer elektrischen HF-Energie von 250 W 100 Minuten lang mit C₂F₆- und O₂-Gasen unter einem Druck von 0,02 Torr verarbeitet, um einen Lichtwellenleiter vom Stegtyp 2B zu bilden, wie er in 2 dargestellt ist. Die Breite "p" der Oberseite 2a, die Breite "m" der Unterseite und die Höhe "n" des Lichtwellenleiters 2B betrugen 4 μm, 6 μm bzw. 2,5 μm. Der schräge Winkel θ betrug 63°.
Ein Mantelteil 3B und ein Film 6 wurden wie im Falle des Lichtwellenleiters 2B mittels des metallorganischen Dampfphasen-Epitaxieverfahres auf der Probe ausgebildet. Die Strömungsgeschwindigkeit der Gase betrug 200 ml/min für K(DPM), 600 ml/min für Li(DPM), 150 ml/min für Nb(PE) bzw. 20 ml/min für Pentaethoxytantal [Ta(OC₂H₅)₅]. Unter den Bedingungen, dass der Druck in einer Reaktorkammer 20 Torr und die Temperatur des Substrats 650 °C betrug, wurden Einkristallfilme 3B und 6 mit einer Dicke von 2,2 μm aus einem KLNT-Material durch 2-stündige Filmbildung ausgebildet. Die Zusammensetzung des auf diese Weise erhaltenen Films war K₃Li_1,99(Nb_0,98Ta_0,02)_5,01O₁₅.
Die auf diese Weise erhaltene Probe wurde ausgeschnitten, um Chips mit einer Länge von 10 mm und einer Breite von 2 mm, aus einer Richtung des Lichtwellenleiters betrachtet, zu bilden. Ein Eingangsende und ein Ausgangsende des Elements wurden optisch poliert und mit einem Antireflexionsfilm mit einem Brechungsindex von 0,5 % bei einer Wellenlänge von 860 nm bzw. einem Antireflexionsfilm mit einem Brechungsindex von 0,5 % bei einer Wellenlänge von 430 nm beschichtet. Ein Titansaphir-Laser wurde in das Element eingeleitet. Daraus ergab sich, dass der Laser bei einer Wellenlänge von 862 nm phasenangepasst wurde, um eine zweite Harmonische mit einer Ausgangsleistung von etwa 4 mW bei 431 nm zu erhalten, wenn die Eingangsleistung vom Laser 100 mW betrug.
Wie bereits zuvor erwähnt wurde, kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Element mit höherer Erzeugungseffizienz einer zweiten Harmonischen erhalten werden.

Claims

Element zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen für die Erzeugung einer zweiten Harmonischen aus einer Grundwelle, umfassend eine Lichtwellenleiterschicht (2A, 2B, 2C), die aus einem ersten Epitaxiematerial mit der grundlegenden Zusammensetzung von K₃Li_2-X(Nb_1-YTa_Y)_5+XO₁₅ hergestellt ist, eine aus einem zweiten Epitaxiematerial mit der grundlegenden Zusammensetzung von K₃Li_2-X+A(Nb_1-Y-BTa_Y+B)_5+X-AO₁₅ hergestellten Untermantelteil (1, 12) und einen aus einem dritten Epitaxiematerial mit der grundlegenden Zusammensetzung von K₃Li_2-X+C(Nb_1-Y-DTa_Y+D)_5+X-CO₁₅ hergestellten Obermantelteil (4A, 4B, 4C), der auf der Lichtwellenleiterschicht ausgebildet ist und diese kontaktiert, worin X = 0,006 bis 0,5; Y = 0,00 bis 0,05; A = 0,006 bis 0,12; B = 0,005 bis 0,5; C = 0,006 bis 0,12; D = 0,005 bis 0,5; X – A ≥ 0; X – C ≥ 0; |A – C| ≤ 0,006; und |B – D| ≤ 0,005 ist.
Element zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen nach Anspruch 1, worin die Grundwelle ein ordentlicher Strahl und die zweite Harmonische ein außerordentlicher Strahl ist.
Element zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen nach Anspruch 1 oder 2, worin der Lichtwellenleiter ein dreidimensionaler Lichtwellenleiter ist und eine Oberseite des dreidimensionalen Lichtwellenleiters mit dem Obermantelteil bedeckt ist.
Element zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen nach Anspruch 3, worin die Breite und die Höhe des dreidimensionalen Lichtwellenleiters 3,0 μm bis 10,0 μm bzw. 0,5 μm bis 5,0 μm betragen.
Element zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen nach Anspruch 3 oder 4, worin eine Seitenfläche des dreidimensionalen Lichtwellenleiters im Querschnitt betrachtet mit einem Seitenmantelteil abgedeckt ist, das aus einem Epitaxiematerial mit der gleichen grundlegenden Zusammensetzung wie das den Obermantelteil bildende dritte Epitaxiematerial hergestellt ist.
Element zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiters umfassend ein Reflexionsgitterteil zum Festlegen der Wellenlänge der in den Lichtwellenleiter eintretenden Grundwelle und ein Temperaturregelungsmittel zum Regeln der Temperatur von zumindest dem Lichtwellenleiter.