JP2000199881A - Electro-optic crystal of laser apparatus and its production - Google Patents

Electro-optic crystal of laser apparatus and its production

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JP2000199881A
JP2000199881A JP11001904A JP190499A JP2000199881A JP 2000199881 A JP2000199881 A JP 2000199881A JP 11001904 A JP11001904 A JP 11001904A JP 190499 A JP190499 A JP 190499A JP 2000199881 A JP2000199881 A JP 2000199881A
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Japan
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crystal
electro
crucible
optic crystal
laser device
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Kido
剛 城戸
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Toshiba Corp
Laser Atomic Separation Engineering Research Association of Japan
Original Assignee
Toshiba Corp
Laser Atomic Separation Engineering Research Association of Japan
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electro-optic crystal of a laser which is stable in transmitted beam characteristics, such as profile and transmission wave surface, of the laser beam for a long time and a process for producing the same. SOLUTION: The electro-optic crystal 13 of the laser apparatus having an incident optical system 12 and exit optical system 16 for the laser beam and voltage impressing means 18 and 19 is the electro-optic crystal of the laser apparatus consisting of a single crystal of which the essential components consist of lithium tantalate(LiTaO3) or lithium niobate(LiNbO3) and which contains magnesium oxide(MgO) as a trace component. The process for production has a stage for allowing inert gas to flow into a crucible and growing the single crystal while removing oxygen from the atmosphere in the crucible in a stage for growing the single crystal by housing raw material for the crystal into the crucible, melting the same and pulling the crystal from the crucible by using a seed crystal. The process otherwise has a stage for executing an annealing treatment at least at >=1 times while impressing voltage to the single crystal pulled up from the crucible.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、色素レーザ光の周
波数変調装置を含むようなレーザ装置の電気光学結晶
(EO結晶)及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electro-optic crystal (EO crystal) of a laser device including a frequency modulation device of a dye laser beam and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば色素レーザ装置では、レーザ発振
器と色素レーザ増幅器との間に設けられたレーザ光周波
数変調装置により、周波数の変調を行なう場合がある。
このようなEO(電気光学)効果によるレーザ光の周波
数変調を行うためには、電気光学効果を示すEO結晶
に、レーザ光を導光する光学系を用いてレーザ光を入射
し、この時、同時にEO結晶を挟んで設けられた2つの
電極によりEO結晶に変調用の電界をかけることで、入
射されたレーザ光にレーザ光周波数変調を与え、スペク
トル幅を拡張した出射レーザ光を得る。
2. Description of the Related Art For example, in a dye laser device, frequency modulation may be performed by a laser light frequency modulator provided between a laser oscillator and a dye laser amplifier.
In order to perform frequency modulation of laser light by the EO (electro-optic) effect, laser light is incident on an EO crystal exhibiting the electro-optic effect using an optical system for guiding the laser light. Simultaneously, an electric field for modulation is applied to the EO crystal by two electrodes provided with the EO crystal interposed therebetween, so that the laser light frequency modulation is applied to the incident laser light to obtain an emission laser light having an expanded spectrum width.

【0003】このようなレーザ装置に使用されるEO結
晶は、一般にチョクラルスキー法と呼ばれる単結晶引き
上げ方法を用いて育成される。この方法では、るつぼ内
に結晶用の原材料を入れて加熱溶融させ、これに種結晶
を降下させ、溶融した原材料を引き上げることにより単
結晶が育成される。
The EO crystal used in such a laser device is grown by using a single crystal pulling method generally called a Czochralski method. In this method, a single crystal is grown by placing a raw material for a crystal in a crucible, melting it by heating, lowering a seed crystal in the raw material, and pulling up the molten raw material.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このような従来一般的
に知られるEO結晶に電圧を印加してレーザ光を入射さ
せると、そのEO結晶内のレーザ光の透過ビームが変化
したり、長い時間強いレーザ光を照射するとビームプロ
ファイルや波面が乱れてくる場合がある。これは、フォ
トリフラクティブ効果に起因した現象と推測されてい
る。
When a voltage is applied to such a conventionally known EO crystal and a laser beam is applied to the EO crystal, the transmitted beam of the laser beam in the EO crystal changes, Irradiation with intense laser light may disturb the beam profile or wavefront. This is presumed to be a phenomenon caused by the photorefractive effect.

【0005】このようなことから、例えばるつぼ内にア
ルゴン(Ar)ガスと酸素(O2 )ガスを一緒にフロー
する方法、また、原材料に、各元素について10ppm
又は1ppm程度以上の不純物が含まれたものを用いる
方法などが提案されているが、十分な効果は得られてい
ない。
[0005] For this reason, for example, a method in which an argon (Ar) gas and an oxygen (O 2 ) gas are flown together in a crucible, and a raw material containing 10 ppm for each element.
Alternatively, a method using an impurity containing about 1 ppm or more has been proposed, but a sufficient effect has not been obtained.

【0006】また、結晶の育成歪みを除去するために大
気中でアニール処理を行なう方法等が提案されている。
しかしながら、これもフォトリフラクティブ効果に起因
した現象を十分に抑制することはできなかった。
Further, a method of performing an annealing treatment in the air to remove a crystal growth distortion has been proposed.
However, this also could not sufficiently suppress the phenomenon caused by the photorefractive effect.

【0007】また、育成時の雰囲気に酸素が混入してい
ない場合、結晶が黒色化するが、上述のようなアニール
処理ではこれを十分に透明化することができず、比較的
短時間に光透過率の低いEO結晶となってしまう場合が
あった。
[0007] When oxygen is not mixed in the atmosphere during the growth, the crystal is blackened. However, the above-mentioned annealing treatment cannot sufficiently make the crystal transparent, and the light is irradiated in a relatively short time. In some cases, the EO crystal had a low transmittance.

【0008】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、長時間にわたってレーザビームのプロファイルや透
過波面等の透過ビーム特性が安定なレーザ装置の電気光
学結晶及びその製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an electro-optic crystal of a laser device having a stable transmission beam characteristic such as a laser beam profile and a transmission wavefront for a long time, and a method of manufacturing the same. Aim.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ光の入
射光学系、出射光学系、及び電圧印加手段を備えるレー
ザ装置の電気光学結晶の主成分がタンタル酸リチウム又
はニオブ酸リチウムであり、それに微量成分として酸化
マグネシウムを含む単結晶からなるレーザ装置の電気光
学結晶である。
According to the present invention, a main component of an electro-optic crystal of a laser device provided with a laser beam incidence optical system, an emission optical system, and a voltage applying means is lithium tantalate or lithium niobate, It is an electro-optic crystal of a laser device made of a single crystal containing magnesium oxide as a trace component.

【0010】また、関連した本発明は、電気光学結晶用
の主成分としてタンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウ
ム、若しくはそれに微量成分として酸化マグネシウムを
含む原材料をるつぼ内に収容してこれを溶融させ、種結
晶を用いてるつぼから引き上げて単結晶を育成させる工
程を有し、この引き上げ時にるつぼ内へ不活性ガスをフ
ローしてこのるつぼ内の雰囲気から酸素を除去しながら
単結晶の育成を行なうレーザ装置の電気光学結晶の製造
方法である。
Further, the present invention relates to a crucible in which a raw material containing lithium tantalate or lithium niobate as a main component for an electro-optical crystal or magnesium oxide as a trace component thereof is contained in a crucible, melted, and seeded. A laser device having a step of growing a single crystal by pulling up from a crucible using a crystal, and flowing an inert gas into the crucible at the time of pulling up and growing the single crystal while removing oxygen from the atmosphere in the crucible. Is a method for producing an electro-optic crystal.

【0011】さらに他の関連した本発明は、主成分がタ
ンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムであり、若しく
はそれに微量成分として酸化マグネシウムを含む単結晶
原料をるつぼ内に収容し、この単結晶原料を溶融させ、
種結晶を用いてるつぼから引き上げ、単結晶を育成させ
る工程、及びこのるつぼから引き上げた単結晶に電圧を
印加しながら少なくとも1回以上アニール処理を行なう
工程を具備するレーザ装置の電気光学結晶の製造方法で
ある。
According to still another related invention, a single crystal raw material containing lithium tantalate or lithium niobate as a main component or containing magnesium oxide as a trace component is contained in a crucible, and the single crystal raw material is melted. Let
Production of an electro-optic crystal for a laser device including a step of growing a single crystal by pulling up from a crucible using a seed crystal and a step of performing annealing at least once while applying a voltage to the single crystal pulled up from the crucible Is the way.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明によるEO結晶を適用した
色素レーザ(DL)装置の例を図1及び図2に示す。図
1は、本発明にかかるレーザ装置の構成を表わすブロッ
ク図である。図1に示すように、このレーザ装置には、
色素レーザ(DL)発振器11と、このDL発振器から
のレーザ光を電気光学EO結晶に導光するためのEO入
射光学系12と、このEO入射光学系からのレーザ光が
入射するEO結晶及びレーザ光入射時にEO結晶に電圧
をかけてレーザ光の周波数変調を行なうためのEOドラ
イバー14を有するレーザ光変調装置15と、EO結晶
からの出射レーザ光を導光するEO出射光学系16と、
EO出射光学系からのレーザ光を増幅するための色素レ
ーザ(DL)増幅器17とを備えている。
1 and 2 show an example of a dye laser (DL) apparatus using an EO crystal according to the present invention. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a laser device according to the present invention. As shown in FIG. 1, this laser device includes:
Dye laser (DL) oscillator 11, EO incident optical system 12 for guiding laser light from this DL oscillator to electro-optical EO crystal, EO crystal and laser into which laser light from this EO incident optical system enters A laser light modulator 15 having an EO driver 14 for applying a voltage to the EO crystal at the time of light incidence to perform frequency modulation of the laser light, and an EO emission optical system 16 for guiding the laser light emitted from the EO crystal;
A dye laser (DL) amplifier 17 for amplifying the laser light from the EO emission optical system;

【0013】このEO結晶を含むレーザ光変調装置15
は、図2に示すように、EOドライバーの一部であり且
つEO結晶保持台を兼ねる接地側下部電極18の上に、
EO結晶13が設置されている。EO結晶13の上面に
は、高電圧側の銀(Ag)電極19が焼結により形成さ
れ、これに電圧供給用の粘着性金属テープ20が貼り付
けられている。これによって、EO結晶13にこれを挟
む一対の電極18,19から変調用電圧を印加するよう
になっている。
The laser light modulator 15 including the EO crystal
As shown in FIG. 2, on the ground-side lower electrode 18 which is a part of the EO driver and also serves as the EO crystal holding table,
An EO crystal 13 is provided. A silver (Ag) electrode 19 on the high voltage side is formed on the upper surface of the EO crystal 13 by sintering, and an adhesive metal tape 20 for supplying a voltage is affixed thereto. As a result, a modulation voltage is applied to the EO crystal 13 from the pair of electrodes 18 and 19 sandwiching the EO crystal 13.

【0014】さらに、EO結晶13の側面13aには、
DL発振器からのレーザ光を入射させるEO入射光学系
12、及びEO出射光学系16が光学的に接続されてい
る。このようなレーザ装置によりレーザ光変調を行な
い、その出射光を観察した。本発明のEO結晶は、レー
ザ光の良好な透過ビーム特性を有し且つ長時間にわたる
連続使用でもその特性の劣化はほとんど認められなかっ
た。
Further, on the side surface 13a of the EO crystal 13,
An EO incidence optical system 12 for receiving a laser beam from a DL oscillator and an EO emission optical system 16 are optically connected. Laser light modulation was performed by such a laser device, and the emitted light was observed. The EO crystal of the present invention has good transmitted beam characteristics of laser light, and almost no deterioration of the characteristics was observed even after continuous use for a long time.

【0015】さて、本発明者は、電気光学結晶における
フォトリフラクティブ効果に起因する悪影響を低減すべ
く鋭意研究を行なった。フォトリフラクティブ効果に起
因した長時間レーザビーム特性の変化は、例えばEO結
晶内に含まれる不所望な金属系不純物イオン量及び結晶
内の酸素欠陥量や散乱体量等の物理量に相関があると推
測される。
The inventor of the present invention has made intensive studies to reduce the adverse effect of the electro-optic crystal due to the photorefractive effect. It is assumed that the change in the long-term laser beam characteristics due to the photorefractive effect is correlated with, for example, the amount of undesired metal-based impurity ions contained in the EO crystal and the amount of oxygen defects and the amount of scatterers in the crystal. Is done.

【0016】上記物理量が無視できない量含まれるEO
結晶に、強いレーザ光を照射すると、レーザ光の電界分
布によって不純物イオンが移動、偏在する。これによ
り、EO結晶内に屈折率分布を生じる。屈折率分布を生
じたEO結晶内にレーザ光を入射すると、レーザ光の局
所的な強度増加または低下を生じ、屈折率分布の発生を
加速する。また、結晶内の酸素欠陥や散乱体も前記屈折
率分布の発生を加速する傾向があると考えられる。これ
らによって、例えば透過ビームの拡散、あるいはビーム
プロファイルの変化等の透過ビーム特性の悪化が起こる
ものと考えられる。
EO in which the above physical quantities are not negligible
When a strong laser beam is applied to the crystal, impurity ions move and are unevenly distributed due to the electric field distribution of the laser beam. This produces a refractive index distribution in the EO crystal. When a laser beam is incident on the EO crystal having a refractive index distribution, the intensity of the laser beam locally increases or decreases, thereby accelerating the generation of the refractive index distribution. It is also considered that oxygen defects and scatterers in the crystal tend to accelerate the generation of the refractive index distribution. It is considered that these cause deterioration of the transmitted beam characteristics such as diffusion of the transmitted beam or a change in the beam profile.

【0017】そこで、本発明者は、これらの現象の発生
を抑制するために、まず、EO結晶の育成雰囲気に酸素
を全く又はほとんど混入させないことにより、不要な酸
素欠陥を抑制することを試みた。
In order to suppress the occurrence of these phenomena, the inventor first attempted to suppress unnecessary oxygen vacancies by mixing no or almost no oxygen in the atmosphere for growing the EO crystal. .

【0018】本発明のレーザ装置のEO結晶は、主成分
がタンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムであり、若
しくはそれに微量成分として酸化マグネシウムを含む単
結晶である。タンタル酸リチウムの一般式はLiTaO
3 であり、ニオブ酸リチウムの一般式はLiNbO3
あり、酸化マグネシウムの一般式はMgOである。以下
は主としてこのような一般式を用いて説明する。
The EO crystal of the laser device of the present invention is a single crystal whose main component is lithium tantalate or lithium niobate, or which contains magnesium oxide as a trace component. The general formula of lithium tantalate is LiTaO
3 , the general formula of lithium niobate is LiNbO 3 , and the general formula of magnesium oxide is MgO. Hereinafter, description will be made mainly using such a general formula.

【0019】そして、本発明の主要部であるEO結晶
は、主成分がLiTaO3 又はLiNbO3 であり、若
しくはそれに微量成分としてMgOを含む単結晶であ
る。この単結晶用の原材料をるつぼ内に収容し、この単
結晶原料を溶融させ、種結晶を用いてるつぼから引き上
げて単結晶を育成させる工程を有し、この引き上げ時に
るつぼ内へ不活性ガスをフローし、このるつぼ内の雰囲
気から酸素を除去しながら単結晶の育成を行なう。或い
はまた、るつぼから引き上げた単結晶に電圧を印加しな
がら少なくとも1回以上アニール処理を行なう工程を経
る。
The EO crystal, which is the main part of the present invention, is a single crystal whose main component is LiTaO 3 or LiNbO 3 , or which contains MgO as a trace component. The single crystal raw material is accommodated in a crucible, the single crystal raw material is melted, and the seed crystal is pulled up from the crucible to grow a single crystal, and an inert gas is introduced into the crucible at the time of pulling. The single crystal is grown while flowing and removing oxygen from the atmosphere in the crucible. Alternatively, a step of performing annealing at least once or more while applying a voltage to the single crystal pulled from the crucible is performed.

【0020】実施例1 下記の原材料を用い、下記条件で本発明に係る電気光学
結晶を得た。 原材料:(1)炭酸リチウム(Li2 CO3 ) 純度は99.99%以上(含有不純物量仕様は最大でも
1元素について0.2〜2ppm以下)。 (2)酸化タンタル(Ta2 5 ) 純度は99.99%以上(含有不純物量仕様は最大で1
元素について1〜5ppm以下)。
Example 1 An electro-optic crystal according to the present invention was obtained using the following raw materials under the following conditions. Raw materials: (1) Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) Purity is 99.99% or more (impurity content specification is at most 0.2 to 2 ppm for one element). (2) Tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) purity: 99.99% or more (impurity content specification is 1 at the maximum)
1 to 5 ppm or less for the element).

【0021】なお、Li2 CO3 とTa2 5 とのモル
比は約1:1の割合。
The molar ratio of Li 2 CO 3 to Ta 2 O 5 is about 1: 1.

【0022】結晶育成条件: (a)育成雰囲気はアルゴン(Ar)ガスフロー(酸素
0%)。
Crystal growth conditions: (a) The growth atmosphere is an argon (Ar) gas flow (0% oxygen).

【0023】(b)アニール雰囲気は酸素(O2 )ガス
フロー。
(B) The annealing atmosphere is an oxygen (O 2 ) gas flow.

【0024】(c)アニール回数は1200℃,30時
間×2回。
(C) The number of times of annealing is 1200 ° C., 30 hours × 2 times.

【0025】これによって、Li2 CO3 + Ta2
5 → LiTaO3 + CO 2 により、LiT
aO3 のEO結晶が得られる。
Thus, LiTwoCOThree + TaTwo
OFive → LiTaOThree + CO Two With LiT
aOThreeIs obtained.

【0026】この実施例1により得られたEO結晶を図
1及び図2に示すレーザ装置に適用し、レーザ光変調を
行なった。まず、EO結晶へ電極方向に偏光した光を入
射する。この時、結晶へ変調電圧を印加することで生じ
るポッケルス効果によって、入射レーザ光の波長(周波
数)が変調される。そしてEO結晶からの出射レーザ光
をDL増幅器へ導光する。
The EO crystal obtained in Example 1 was applied to the laser apparatus shown in FIGS. 1 and 2, and laser light modulation was performed. First, light polarized in the electrode direction is incident on the EO crystal. At this time, the wavelength (frequency) of the incident laser light is modulated by the Pockels effect caused by applying a modulation voltage to the crystal. Then, the laser light emitted from the EO crystal is guided to the DL amplifier.

【0027】この例では、EO結晶を透過したレーザ光
は、ビームプロファイルや透過波面を電圧印加の有無に
関わらず良好に増幅器へ導光され、出力された。また、
長時間連続で運転しても、EO結晶内に屈折率分布や回
折格子がほとんど生じず、透過ビーム特性が変化または
悪化することはほとんど認められなかった。
In this example, the laser light transmitted through the EO crystal was guided to the amplifier satisfactorily with respect to the beam profile and the transmitted wavefront regardless of whether or not a voltage was applied, and was output. Also,
Even after long-time continuous operation, almost no refractive index distribution or diffraction grating was generated in the EO crystal, and almost no change or deterioration in transmitted beam characteristics was recognized.

【0028】実施例2 実施例1における原材料である酸化タンタル(Ta2
5 )に代えて酸化ニオブ(Nb2 5 )を用いた。その
純度は同じく99.99%以上(含有不純物量仕様は最
大で1元素について1〜5ppm以下)である。なお、
Li2 CO3 とNb2 5 とのモル比は約1:1の割合
である。他は実施例1と同様の条件で製造した。
Example 2 Tantalum oxide (Ta 2 O) as a raw material in Example 1 was used.
Using niobium oxide (Nb 2 O 5) instead of 5). Its purity is also 99.99% or more (impurity content specification is 1 to 5 ppm or less per element at maximum). In addition,
The molar ratio of Li 2 CO 3 to Nb 2 O 5 is about 1: 1. Others were manufactured under the same conditions as in Example 1.

【0029】この実施例2により得られたEO結晶を使
用したレーザ変調装置によれば、やはり上記と同様の良
好な特性が得られた。
According to the laser modulator using the EO crystal obtained in Example 2, the same good characteristics as described above were obtained.

【0030】実施例3 原材料は実施例1と同様であり、結晶育成条件は次の通
りとした。
Example 3 The raw materials were the same as in Example 1, and the conditions for growing the crystal were as follows.

【0031】(a)育成雰囲気はアルゴン(Ar)ガス
フロー(酸素0%)。
(A) The growth atmosphere is an argon (Ar) gas flow (0% oxygen).

【0032】(b)アニール雰囲気は酸素(O2 )ガス
フローで、その間に結晶に電圧を印加(約5V/c
m)。
(B) The annealing atmosphere is an oxygen (O 2 ) gas flow, during which a voltage is applied to the crystal (about 5 V / c).
m).

【0033】(c)アニール回数は30時間×2回。(C) The number of times of annealing is 30 hours × 2 times.

【0034】(d)ポーリング条件は電界強度が5V/
cm,電流密度が30μA/cm 2
(D) The polling condition is that the electric field strength is 5 V /
cm, current density is 30μA / cm Two.

【0035】この実施例3により得られたEO結晶を使
用したレーザ変調装置によれば、やはり上記と同様に結
晶を透過したレーザ光はそのビームプロファイルや透過
波面を電圧印加の有無に関わらず良好に増幅器へ導光さ
れ、出力された。また、長時間連続で運転しても、結晶
内に屈折率分布や回折格子が生じず、透過ビーム特性が
変化または悪化することはほとんど認められなかった。
According to the laser modulator using the EO crystal obtained in the third embodiment, the laser beam transmitted through the crystal has a good beam profile and a transmitted wavefront regardless of whether a voltage is applied or not, as described above. The light was guided to the amplifier and output. Further, even if the device was operated continuously for a long period of time, no refractive index distribution or diffraction grating was generated in the crystal, and almost no change or deterioration of the transmitted beam characteristics was recognized.

【0036】実施例4 実施例3における原材料である酸化タンタル(Ta2
5 )に代えて酸化ニオブ(Nb2 5 )を用いた。その
純度は同じく99.99%以上(含有不純物量仕様は最
大で1元素について1〜5ppm以下)である。他は実
施例3と同様の条件で製造した。この実施例4により得
られたEO結晶を使用したレーザ変調装置によれば、や
はり上記と同様の良好な特性が得られた。
Example 4 Tantalum oxide (Ta 2 O) as a raw material in Example 3 was used.
Using niobium oxide (Nb 2 O 5) instead of 5). Its purity is also 99.99% or more (impurity content specification is 1 to 5 ppm or less per element at maximum). Others were manufactured under the same conditions as in Example 3. According to the laser modulator using the EO crystal obtained in Example 4, the same good characteristics as described above were obtained.

【0037】実施例5 実施例1における原材料に、さらに酸化マグネシウム
(MgO)を約4モル%含めた。MgOの純度は99.
99%以上(含有不純物量仕様は最大でも1元素につい
て1〜5ppm以下)である。そして、実施例1条件で
EO結晶を育成した。それによって得られたEO結晶を
使用したレーザ変調装置によれば、やはり上記と同様の
良好な特性が得られた。
Example 5 The raw material in Example 1 further contained about 4 mol% of magnesium oxide (MgO). The purity of MgO is 99.
It is 99% or more (impurity content specification is 1 to 5 ppm or less for one element at the maximum). Then, an EO crystal was grown under the conditions of Example 1. According to the laser modulator using the EO crystal thus obtained, the same good characteristics as described above were obtained.

【0038】その他の実施例 実施例2乃至4に示した原材料に、酸化マグネシウム
(MgO)を約0.1〜10モル%追加し、各実施例の
製造条件と同様にしてEO結晶を育成した。それらによ
って得られたEO結晶を使用したレーザ変調装置によれ
ば、やはり上記と同様の良好な特性が得られた。
Other Examples Approximately 0.1 to 10 mol% of magnesium oxide (MgO) was added to the raw materials shown in Examples 2 to 4, and EO crystals were grown under the same production conditions as in each Example. . According to the laser modulator using the EO crystal obtained thereby, the same good characteristics as described above were obtained.

【0039】このように、本発明のレーザ装置のEO結
晶は、LiTaO3 、或いはLiNbO3 からなる単結
晶原料、若しくはこれにMgOを微量含めてるつぼ内に
収容し、これら単結晶原料を溶融させ、種結晶を用いて
るつぼから引き上げ、単結晶を育成させる工程を有する
単結晶の成長方法において、引き上げ時にるつぼ内へ不
活性ガスをフローし、るつぼ内の雰囲気から酸素を除去
しながら単結晶の育成を行なう。
As described above, the EO crystal of the laser device of the present invention is contained in a crucible containing a single crystal material of LiTaO 3 or LiNbO 3 or containing a small amount of MgO and melting these single crystal materials. In a method for growing a single crystal having a step of growing a single crystal from a crucible using a seed crystal, an inert gas is flowed into the crucible at the time of pulling, and oxygen is removed from the atmosphere in the crucible to remove the single crystal. Develop.

【0040】また、るつぼから引き上げた単結晶を酸素
雰囲気下で少なくとも1回アニールする工程をさらに含
むことが好ましい。これにより、るつぼ内の雰囲気から
酸素を除去しながら単結晶の育成を行なっても酸素欠陥
が生じた場合には、酸素雰囲気下でアニール処理するこ
とにより補填を行なうことができる。
It is preferable that the method further includes a step of annealing the single crystal pulled from the crucible at least once in an oxygen atmosphere. Thereby, even if oxygen vacancies occur even when growing a single crystal while removing oxygen from the atmosphere in the crucible, it can be compensated by annealing in an oxygen atmosphere.

【0041】アニール工程は、例えばLiTaO3 の場
合、好ましくは1000℃〜1300℃で10〜30分
間行なわれる。また、アニール工程は、好ましくは1〜
3回行なわれる。また、LiNbO3 の場合、好ましく
は1200℃〜1250℃で10〜30分間行なわれ
る。また、アニール工程は、好ましくは1〜3回行なわ
れる。
The annealing step is preferably performed, for example, in the case of LiTaO 3 at 1000 ° C. to 1300 ° C. for 10 to 30 minutes. Also, the annealing step is preferably 1 to
Performed three times. In the case of LiNbO 3 , it is preferably performed at 1200 ° C. to 1250 ° C. for 10 to 30 minutes. The annealing step is preferably performed 1 to 3 times.

【0042】また、不活性ガスは、純度99.9999
%以上の高純度であることが好ましい。さらにまた、不
活性ガスは、アルゴンガスであることが好ましい。そし
てさらにこの不活性ガスは、少なくともるつぼ内の雰囲
気から十分に酸素を除去し得る流量で適用されることが
好ましい。
The inert gas has a purity of 99.9999.
% Or higher. Furthermore, it is preferable that the inert gas is an argon gas. Further, it is preferable that the inert gas is applied at a flow rate capable of sufficiently removing oxygen from at least the atmosphere in the crucible.

【0043】さらに、酸化物からなる単結晶用の原材料
は、含有不純物量が、好ましくは各元素について各々1
0ppm以下、より好ましくは1ppm以下である。こ
れにより、上述の相関があると考えられる物理量を低減
し、原材料に純度の高いものを用い、結晶内に含まれる
金属系不純物イオン量を低減することができる。
Further, the raw material for the single crystal composed of an oxide has a content of impurities, preferably 1 for each element.
0 ppm or less, more preferably 1 ppm or less. This makes it possible to reduce the physical quantity considered to have the above-mentioned correlation, use a high-purity raw material, and reduce the amount of metal-based impurity ions contained in the crystal.

【0044】こうして本発明によれば、フォトリフラク
ティブ効果やEO結晶内での回折格子の発生を抑制し、
短または長時間透過ビーム特性を向上させることができ
る。
Thus, according to the present invention, the photorefractive effect and the generation of the diffraction grating in the EO crystal are suppressed,
Short or long time transmission beam characteristics can be improved.

【0045】また、単結晶原料をるつぼ内に収容してこ
の単結晶原料を溶融させ、種結晶を用いてるつぼから引
き上げて単結晶を育成させた後、得られた単結晶に電圧
を印加しながら少なくとも1回以上アニール処理を行な
う。
Further, the single crystal raw material is accommodated in a crucible, the single crystal raw material is melted, pulled up from the crucible using a seed crystal to grow a single crystal, and a voltage is applied to the obtained single crystal. The anneal process is performed at least once or more.

【0046】このアニール工程は、例えばLiTaO3
の場合、好ましくは1000℃〜1300℃で10〜3
0分間行なわれる。LiNbO3 の場合、好ましくは1
200℃〜1250℃で10〜30分間行なわれる。ま
た、アニール工程は、好ましくは1〜3回行なわれる。
また、このとき、単結晶に印加される電圧は、好ましく
は5V/cm以上の電界強度となるようにすることが望
ましい。なおこのアニール工程は、好ましくは酸素雰囲
気下で行なうとよい。
In this annealing step, for example, LiTaO 3
In the case of the above, preferably 10 to 3 at 1000 to 1300C
Performed for 0 minutes. In the case of LiNbO 3 , preferably 1
The reaction is performed at 200 ° C. to 1250 ° C. for 10 to 30 minutes. The annealing step is preferably performed 1 to 3 times.
At this time, it is desirable that the voltage applied to the single crystal has an electric field strength of preferably 5 V / cm or more. Note that this annealing step is preferably performed in an oxygen atmosphere.

【0047】また、アニール処理を行なう工程の後、電
界強度5V/cm以上、かつ電流密度10μA/cm2
以上の条件で結晶を分極させるポーリング処理を行なう
ことが望ましい。
After the annealing step, the electric field strength is 5 V / cm or more and the current density is 10 μA / cm 2.
It is desirable to perform a poling process for polarizing the crystal under the above conditions.

【0048】さらにまた、単結晶の融点付近まで昇温し
てアニールを行なう際に電圧を印加してもよく、それに
よって結晶内の電子分布やイオン分布を平滑化し、欠陥
の発生を抑制することができる。なお、それでも生じる
酸素欠陥等は、酸素雰囲気下でアニールすることにより
防ぐことができる。
Further, a voltage may be applied during annealing by raising the temperature to around the melting point of the single crystal, thereby smoothing the electron distribution and ion distribution in the crystal and suppressing the generation of defects. Can be. Note that oxygen defects and the like which still occur can be prevented by annealing in an oxygen atmosphere.

【0049】さらに、ポーリング前の単結晶例えばLi
TaO3 では、波長オーダーの分域が結晶内に分布して
おり、散乱体となっているが、ポーリング時の印加電界
強度及び電流密度を従来よりも高くすることによって、
微小分域を除去して散乱体をより削減することができ
る。
Further, the single crystal before poling, for example, Li
In TaO 3 , domains in the order of wavelength are distributed in the crystal and serve as scatterers. However, by increasing the applied electric field strength and current density during poling, the
The scatterers can be further reduced by removing the minute domains.

【0050】このようにしてフォトリフラクティブ効果
の発生を抑制し、結晶の透過ビーム特性を向上し、且つ
長時間連続使用を可能にすることができる。
As described above, the occurrence of the photorefractive effect can be suppressed, the transmission beam characteristics of the crystal can be improved, and continuous use for a long time can be made possible.

【0051】酸化マグネシウムは、単結晶中に0.1乃
至10モル%含まれることが好ましい。また、使用する
酸化マグネシウム(MgO)は、純度が99.9999
%以上の高純度であることが好ましい。これによって、
結晶へのMgOドープが、結晶中の光伝導度を増加さ
せ、光照射によって局所的に発生した内部電場を緩和あ
るいは補償する効果がある。そのため、フォトリフラク
ティブ効果の発生を抑制し、短時間及び長時間の透過ビ
ーム特性を向上することができる。なお、アニール処理
やポーリング処理を種々組合わせて製造することも可能
である。
[0051] Magnesium oxide is preferably contained in the single crystal in an amount of 0.1 to 10 mol%. The magnesium oxide (MgO) used has a purity of 99.9999.
% Or higher. by this,
MgO doping of the crystal has the effect of increasing the photoconductivity in the crystal and relaxing or compensating for the internal electric field generated locally by light irradiation. Therefore, the occurrence of the photorefractive effect can be suppressed, and the short-time and long-time transmitted beam characteristics can be improved. In addition, it is also possible to manufacture by combining various kinds of annealing treatment and poling treatment.

【0052】なお、このような実施例の電気光学結晶
(EO結晶)は、SAWデバイス用材料、高速変調機、
光スイッチ、或いはブルーレーザの導波路型SHGデバ
イス等の装置にも適用可能であろう。
The electro-optical crystal (EO crystal) of such an embodiment is made of a material for a SAW device, a high-speed modulator,
The present invention can also be applied to an apparatus such as an optical switch or a waveguide type SHG device of a blue laser.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明によれば、レーザビームのプロフ
ァイル、透過波面等の透過ビーム特性が良好であり、長
時間にわたり連続して使用してもこれらの特性の劣化が
ほとんど生じないレーザ装置が得られる。
According to the present invention, there is provided a laser device which has good transmitted beam characteristics such as a laser beam profile and a transmitted wavefront, and hardly deteriorates these characteristics even when used continuously for a long time. can get.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明にかかるレーザシステムの一例の構成を
表わすブロック図。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an example of a laser system according to the present invention.

【図2】本発明にかかるレーザ光変調装置の一部を表わ
す斜視図。
FIG. 2 is a perspective view showing a part of a laser light modulation device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

13…EO結晶、 12…入射光学系、 16…出射光学系、 19…電圧印加用の電極。 13: EO crystal, 12: incidence optical system, 16: emission optical system, 19: electrode for voltage application.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H079 AA02 AA12 DA03 EA11 EB04 HA25 4G077 AA02 AB01 BC32 BC37 CF10 EA06 EB01 FE03 FH02 HA02 PA06  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2H079 AA02 AA12 DA03 EA11 EB04 HA25 4G077 AA02 AB01 BC32 BC37 CF10 EA06 EB01 FE03 FH02 HA02 PA06

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ光の入射光学系、出射光学系、及
び電圧印加手段を備えるレーザ装置の電気光学結晶にお
いて、前記電気光学結晶は主成分がタンタル酸リチウム
又はニオブ酸リチウムであり、それに微量成分として酸
化マグネシウムを含む単結晶からなることを特徴とする
レーザ装置の電気光学結晶。
1. An electro-optic crystal of a laser device comprising a laser beam incident optical system, an output optical system, and a voltage applying means, wherein the electro-optic crystal is mainly composed of lithium tantalate or lithium niobate, and a trace amount thereof. An electro-optic crystal for a laser device, comprising a single crystal containing magnesium oxide as a component.
【請求項2】 上記タンタル酸リチウム又はニオブ酸リ
チウムの純度は99.99%以上であり、上記酸化マグ
ネシウムの純度は99.9999%以上である請求項1
記載のレーザ装置の電気光学結晶。
2. The lithium tantalate or lithium niobate has a purity of 99.99% or more, and the magnesium oxide has a purity of 99.9999% or more.
An electro-optic crystal for the laser device according to claim 1.
【請求項3】 上記酸化マグネシウムは、上記単結晶中
に0.1乃至10モル%含まれる請求項1記載のレーザ
装置の電気光学結晶。
3. The electro-optic crystal according to claim 1, wherein the magnesium oxide is contained in the single crystal in an amount of 0.1 to 10 mol%.
【請求項4】 レーザ光の入射光学系、出射光学系、及
び電圧印加手段を備えるレーザ装置の電気光学結晶の製
造方法において、前記電気光学結晶用の主成分としてタ
ンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウム、若しくはそれ
に酸化マグネシウムを微量含む原材料をるつぼ内に収容
し、該原材料を溶融させ、種結晶を用いて前記るつぼか
ら引き上げて単結晶を育成させる工程を有し、前記引き
上げ時に該るつぼ内へ不活性ガスをフローして該るつぼ
内の雰囲気から酸素を除去しながら単結晶の育成を行な
うことを特徴とするレーザ装置の電気光学結晶の製造方
法。
4. A method for manufacturing an electro-optic crystal of a laser device comprising a laser light incident optical system, an output optical system, and a voltage applying means, wherein lithium tantalate or lithium niobate is used as a main component for the electro-optic crystal. Or a step of accommodating a raw material containing a small amount of magnesium oxide in a crucible, melting the raw material, pulling the raw material from the crucible using a seed crystal to grow a single crystal, and inactive into the crucible at the time of pulling. A method for producing an electro-optic crystal for a laser device, comprising growing a single crystal while removing oxygen from the atmosphere in the crucible by flowing a gas.
【請求項5】 上記不活性ガスは、純度が99.999
9%以上である請求項4記載のレーザ装置の電気光学結
晶の製造方法。
5. The inert gas has a purity of 99.999.
The method for producing an electro-optic crystal of a laser device according to claim 4, wherein the content is 9% or more.
【請求項6】 上記るつぼから引き上げた単結晶を酸素
雰囲気下で少なくとも1回アニールする工程を更に含む
請求項4記載のレーザ装置の電気光学結晶の製造方法。
6. The method according to claim 4, further comprising the step of annealing the single crystal pulled from the crucible at least once in an oxygen atmosphere.
【請求項7】 上記原材料は、その含有不純物量が各元
素について各々10ppm以下である請求項4記載のレ
ーザ装置の電気光学結晶の製造方法。
7. The method of manufacturing an electro-optic crystal for a laser device according to claim 4, wherein said raw material has an impurity content of 10 ppm or less for each element.
【請求項8】 上記原材料は、その含有不純物量が各元
素について各々1ppm以下である請求項4記載のレー
ザ装置の電気光学結晶の製造方法。
8. The method of manufacturing an electro-optic crystal for a laser device according to claim 4, wherein said raw material has an impurity content of 1 ppm or less for each element.
【請求項9】 レーザ光の入射光学系、出射光学系、及
び電圧印加手段を備えるレーザ装置の電気光学結晶の製
造方法において、前記電気光学結晶用の主成分としてタ
ンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウム、若しくはそれ
に酸化マグネシウムを微量含む原材料をるつぼ内に収容
し、該原材料を溶融させ、種結晶を用いて前記るつぼか
ら引き上げて単結晶を育成させる工程、及び前記るつぼ
から引き上げた単結晶に電圧を印加しながら少なくとも
1回以上アニール処理を行なう工程を具備することを特
徴とするレーザ装置の電気光学結晶の製造方法。
9. A method for manufacturing an electro-optic crystal of a laser device comprising a laser beam incident optical system, a laser beam emitting optical system, and a voltage applying means, wherein lithium tantalate or lithium niobate is used as a main component for the electro-optic crystal. Alternatively, a raw material containing a small amount of magnesium oxide is stored in a crucible, the raw material is melted, pulled up from the crucible using a seed crystal to grow a single crystal, and a voltage is applied to the single crystal pulled up from the crucible. A method for performing an annealing process at least once or more while producing an electro-optic crystal for a laser device.
【請求項10】 上記アニール処理は、酸素雰囲気下で
行なう請求項9記載のレーザ装置の電気光学結晶の製造
方法。
10. The method according to claim 9, wherein the annealing is performed in an oxygen atmosphere.
【請求項11】 上記アニール処理を行なう工程の後、
電界強度5V/cm以上、かつ電流密度10μA/cm
2 以上の条件下で、結晶を分極させるポーリング処理を
行なう工程を更に含む請求項9記載のレーザ装置の電気
光学結晶の製造方法。
11. After the step of performing the annealing treatment,
Electric field strength of 5 V / cm or more and current density of 10 μA / cm
10. The method of manufacturing an electro-optic crystal for a laser device according to claim 9, further comprising a step of performing a poling process for polarizing the crystal under two or more conditions.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007261910A (en) * 2006-03-29 2007-10-11 Sony Corp Method for producing lithium tantalate single crystal
JP2013020251A (en) * 2001-05-25 2013-01-31 Kodak Polychrome Graphics Gmbh Small-sized imaging head, high-speed multi-head laser imaging assembly, and high-speed multi-head laser imaging method
JP2014069994A (en) * 2012-09-28 2014-04-21 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Method for producing lithium tantalate single crystal, and lithium tantalate single crystal
JP2018135228A (en) * 2017-02-21 2018-08-30 住友金属鉱山株式会社 METHOD FOR GROWING LiTaO3 SINGLE CRYSTAL AND METHOD FOR PROCESSING LiTaO3 SINGLE CRYSTAL

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