JP2008065140A - 光損傷性を改善したニオブ酸リチウム単結晶またはタンタル酸リチウム単結晶、および、それを用いた光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】高耐光損傷性を有するニオブ酸リチウム単結晶およびタンタル酸リチウム単結晶、ならびに、これを用いた光学素子を提供する。
【解決手段】実質的に定比組成のニオブ酸リチウム単結晶またはタンタル酸リチウム単結晶は、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕからなる群から少なくとも１つ選択される元素を０．３ｍｏｌ％〜３．０ｍｏｌ％含む。また、この元素を０．４ｍｏｌ％〜１．０ｍｏｌ％含んでもよい。この単結晶を用いて光学素子を作製する。
【選択図】図６

Description

本発明は、ニオブ酸リチウム単結晶およびタンタル酸リチウム単結晶、ならびに、それを用いた光学素子に関する。より詳細には、高耐光損傷性を有するニオブ酸リチウム単結晶およびタンタル酸リチウム単結晶、ならびに、それを用いた光学素子に関する。

近年、非線形光学効果を有する光学単結晶を利用した波長変換素子が注目されている。このような光学単結晶のなかでも、コングルエント組成のニオブ酸リチウム単結晶（以降では単にＣＬＮと呼ぶ）およびコングルエント組成のタンタル酸リチウム単結晶（以降では単にＣＬＴと呼ぶ）、ならびに、実質的に定比組成のニオブ酸リチウム単結晶（以降では単にＳＬＮと呼ぶ）および実質的に定比組成のタンタル酸リチウム単結晶（以降では単にＳＬＴと呼ぶ）は、非線形光学定数が大きいこと、工業的に高品質で大口径な単結晶の製造方法が確立していることなどから、有用とされている。

特に、ＳＬＮおよびＳＬＴは、ＣＬＮおよびＣＬＴに比べて抗電界がきわめて小さいため、高アスペクト比の周期分極反転構造を有する光学素子の製造が可能になったことにより、注目されている。

しかしながら、これらＳＬＮおよびＳＬＴにレーザ光を照射すると、ＳＬＮおよびＳＬＴ内で光損傷（または光誘起屈折率変化）が生じ、波長変換効率の低下、光の透過率の低下、ビームファニングの発生等の光学特性が低下することが知られている。

このような光損傷の発生を低減するために、各種のドーパントを用いる方法がある。例えば、Ｍｇ、Ｚｎ、ＩｎまたはＳｃをＳＬＮまたはＳＬＴにドープすることによって耐光損傷性の改善を図る技術がある（例えば、特許文献１を参照。）。ＳｃをＣＬＮまたはＣＬＴにドープすることによって耐光損傷性を改善する技術がある（例えば、特許文献２を参照。）。

上記特許文献１および特許文献２に示されるドーパントを用いた場合、キュリー温度が上昇する場合がある。その場合には、キュリー温度と分解開始温度（１２１５℃）とが近いため、ポーリング処理が困難になり得る。ノンドープのＳＬＮのキュリー温度は１２０２℃〜１２０３℃であることが知られている。このノンドープＳＬＮに、Ｍｇ、ＺｎまたはＳｃの耐光損傷性を向上させる添加剤を加えるとキュリー温度が上昇し、分解開始温度に非常に近いかそれを超えることになり、ポーリングが殆ど不可能になる。また、種々のアプリケーションに応じて、適切なドーパントを適用できることが望ましい。

一方、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｙｂ、Ｃｅ、ＴｂをＳＬＮまたはＳＬＴにドープして大口径の多結晶を製造する技術がある（例えば、特許文献３を参照。）。
上記特許文献３は、具体的なドーパントの効果を開示していないが、これらののドーパントは、主に、発光を目的とするドーパントとして知られている。これらドーパントの効果および適切なドーピング量を明確にすることが望まれる。

特開２００３−２６７７９８号公報 登録１９５６７２７号 特開２００３−１７１１９９号公報

したがって、本発明の目的は、高耐光損傷性を有するニオブ酸リチウム単結晶およびタンタル酸リチウム単結晶を提供することである。

本発明による実質的に定比組成のニオブ酸リチウム単結晶またはタンタル酸リチウム単結晶は、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕからなる群から少なくとも１つ選択される元素を０．３ｍｏｌ％〜３．０ｍｏｌ％含み、これにより上記目的を達成する。

前記単結晶は、前記元素を０．４ｍｏｌ％〜１．０ｍｏｌ％含んでもよい。

前記単結晶は、光学素子用であり得る。

本発明による光学素子は、上記単結晶を用いており、これにより上記目的を達成する。

本発明による実質的に定比組成のニオブ酸リチウム単結晶およびタンタル酸リチウム単結晶は、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕからなる群から少なくとも１つ選択される元素を０．３ｍｏｌ％〜３ｍｏｌ％含む。これら特定された元素をドーピングすることにより、耐光損傷性を向上させることができる。耐光損傷性を向上させるためのドーパント種が増えるため、種々の用途に合わせた幅広い材料設計が可能になる。また、従来よりも少ないドーピング量でも耐光損傷性を向上できるので、単結晶育成時におけるドーパントに基づくクラック、インクルージョン等が発生しにくくなり得る。その結果、単結晶製造の歩留まりを向上し得る。

（本発明の概要）
発明者らは、実質的に定比組成のニオブ酸リチウム単結晶（ＳＬＮ）、および、実質的に定比組成のタンタル酸リチウム単結晶（ＳＬＴ）に、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕからなる群から少なくとも１つ選択される元素を０．３ｍｏｌ％〜３ｍｏｌ％ドーピングすることによって、耐光損傷性が向上することを見出した。
なお、本明細書において、実質的に「定比組成である」とは、Ｌｉ_２Ｏ／（Ｎｂ_２Ｏ_５＋Ｌｉ_２Ｏ）、または、Ｌｉ_２Ｏ／（Ｔａ_２Ｏ_５＋Ｌｉ_２Ｏ）のモル分率が完全に０．５０ではないものの、化学量論比に近い組成（Ｌｉ_２Ｏ／（Ｎｂ_２Ｏ_５＋Ｌｉ_２Ｏ）、または、Ｌｉ_２Ｏ／（Ｔａ_２Ｏ_５＋Ｌｉ_２Ｏ）のモル分率＝０．４９５〜０．５）を有していることを言う。

発明者らは、耐光損傷性の向上に寄与するドーパントの要件として（Ａ）希土類元素、（Ｂ）特定のイオン半径、および、（Ｃ）ドーピング量を見出した。各要件について説明する。

（Ａ）希土類元素について
発明者らは、希土類元素が、耐光損傷性の向上に有効であることを見出した。希土類元素は、ＳＬＮおよびＳＬＴ中の１価のイオンＬｉと、３価のイオンとして置換される。この際、ＳＬＮおよびＳＬＴの１分子当たり２個の過剰なチャージが発生する。この過剰なチャージが、光伝導度σの増加に寄与する。光伝導度σが増加すると、光誘起屈折率効果の立ち上がり時間τは低下する。このことは、光誘起屈折率効果の立ち上がり時間が小さくなることにより、常光と異常光との屈折率差は小さくなり、結果、耐光損傷性の向上につながる。

上記希土類元素において、このような効果を奏するのは、その電子配置に起因すると考えられる。上記希土類元素のうちランタノイドは、４ｆ電子軌道の外側にある５ｓ、５ｐ、６ｄ起動に先に電子が埋まり、その後、４ｆ電子軌道に電子が入る（すなわち、内遷移元素である）。その結果、ランタノイドの３価イオンの電子配置は、それぞれ、５ｓ^２５ｐ^６（Ｌａ）、４ｆ^１５ｓ^２５ｐ^６（Ｃｅ）、４ｆ^２５ｓ^２５ｐ^６（Ｐｒ）、４ｆ^３５ｓ^２５ｐ^６（Ｎｄ）、４ｆ^４５ｓ^２５ｐ^６（Ｐｍ）、４ｆ^５５ｓ^２５ｐ^６（Ｓｍ）、４ｆ^６５ｓ^２５ｐ^６（Ｅｕ）、４ｆ^７５ｓ^２５ｐ^６（Ｇｄ）、４ｆ^８５ｓ^２５ｐ^６（Ｔｂ）、４ｆ^９５ｓ^２５ｐ^６（Ｄｙ）、４ｆ^１０５ｓ^２５ｐ^６（Ｈｏ）、４ｆ^１１５ｓ^２５ｐ^６（Ｅｒ）、４ｆ^１２５ｓ^２５ｐ^６（Ｔｍ）、４ｆ^１３５ｓ^２５ｐ^６（Ｙｂ）および４ｆ^１４５ｓ^２５ｐ^６（Ｌｕ）と表される。このことから、ランタノイドは、互いに共通した特性を有している。

（Ｂ）イオン半径について
上記希土類元素によって、耐光損傷性を向上させるには、下記（Ｃ）に述べる所定量をドープする必要がある。発明者らは、必要量ドープ可能な（６配位の）イオン半径が、０．８６〜０．８９Å（Ｒ． Ｄ． Ｓｈａｎｎｏｎ ａｎｄ Ｃ． Ｔ． Ｐｒｅｗｉｔｔ， Ａｃｔａ Ｃｒｙｓｔ．， Ｂ２９（１９９６）９２５）の範囲であることを見出した。

０．８９Åより大きなイオン半径を有するドーパントの場合、例えば、希土類元素中のＳｍ（イオン半径０．９６Å）の場合、置換可能であるものの、十分な量のＳｍをＬｉと置換することができない。そのため、耐光損傷性の向上は見られない。また、０．８６Åより小さなイオン半径を有するドーパントの場合、特に、Ｌｉのイオン半径（０．６５Å）より小さなイオン半径を有するドーパントの場合には、格子間にドーパントが位置しやすくなり、耐光損傷性の向上が見られない場合がある。

（Ｃ）ドーピング量について
ＳＬＮおよびＳＬＴについては、ドーピング量は、０．３〜３．０ｍｏｌ％の範囲であり、より好ましくは、０．４〜１．０ｍｏｌ％の範囲である。これは、ドーピング量が０．３ｍｏｌ％未満の場合には、耐光損傷性の向上が見られないためである。また、ドーピング量が３．０ｍｏｌ％を超える場合には、耐光損傷性の向上は飽和状態となり、ドーピング量が多すぎるために結晶の育成を困難にする場合がある。ドーピング量が、０．３〜３．０ｍｏｌ％、とりわけ、０．４〜１．０ｍｏｌ％の範囲であれば、確実に耐光損傷性を改善するとともに、結晶の育成に悪影響を及ぼすことはない。

したがって、発明者らは、上記（Ａ）〜（Ｃ）の条件をいずれも満たすドーパントが、上記（Ａ）に述べた希土類元素のうちＥｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕであることを特定した。本発明のＳＬＮおよびＳＬＴは、これらＥｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕからなる群から少なくとも１つ選択される元素を含む。これらの群からドーパントとして２以上の元素が選択された場合にも、上記（Ｃ）の条件を満たすようにドープされれば、耐光損傷性の向上は期待できることは言うまでもない。また、ドーパントとして、上述のＥｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕからなる群から選択された元素と、従来技術のＭｇ、Ｚｎ、ＩｎおよびＳｃからなる群から選択された元素とを組み合わせて用いてもよい。

上述のドーパントを含むＳＬＮおよびＳＬＴは、光学素子に好適である。詳細には、本発明のＳＬＮおよびＳＬＴは、光損傷に敏感な波長変換素子、光変調器、光スイッチ等の光学素子に好適である。具体的な光学素子への適用は、当業者であれば、容易に類推する。また、従来の耐光損傷性を向上させるドーパントに加えて、さらなるドーパントの選択肢があることは、素子設計に応じて適宜ドーパントを選択できるので、製造上有利であり得る。

また、上述のドーパントはいずれも３価であるため、上述の２価のドーパントであるＭｇおよびＺｎに比べて、少ないドーピング量で耐光損傷性の向上が期待できる。また、少ないドーピング量で耐光損傷性を向上できるので、単結晶育成時におけるドーパントに基づくクラック、インクルージョン等が発生しにくくなる。その結果、単結晶製造の歩留まりを向上する。

次に具体的な実施例を用いて本発明を詳述するが、本発明がこれら実施例に限定されないことに留意されたい。

本実施例では、原料連続供給システムを備えた二重るつぼ法を用いて、ドーパントとしてＥｒを選択し、種々のドーパント濃度のＳＬＮ単結晶を製造した。

市販の高純度Ｌｉ_２Ｏ、Ｎｂ_２Ｏ_５の原料粉末を用い、Ｌｉ_２Ｏ：Ｎｂ_２Ｏ_５＝０．５８：０．４２のＬｉ成分過剰原料と、Ｌｉ_２Ｏ：Ｎｂ_２Ｏ_５＝０．５０：０．５０の定比組成原料とを調製した。次に、Ｌｉ成分過剰原料を１ｔｏｎ／ｃｍ^２の静水圧でラバープレス成形し、約１０５０℃、大気中で焼結させた。定比組成原料を約１１５０℃、大気中で焼結させ、粒径５０μｍ〜５００μｍとなるように粉砕した。

次に、二重るつぼの外側るつぼおよび内側るつぼに、焼結したＬｉ成分過剰原料と、市販の高純度Ｅｒ_２Ｏ_３粉末とを充填させた。なお、Ｅｒ_２Ｏ_３粉末は、二重るつぼ内の融液中のＮｂに対するＥｒ濃度が、それぞれ、０、０．２、０．５、１．０および２．０ｍｏｌ％となるように充填された。なお、実施例で用いた高純度とは、９９．９９９％以上である。

各Ｅｒ濃度のＳＬＮ単結晶を以下の手順で製造した。

二重るつぼ内のＬｉ成分過剰原料の融液に種結晶をつけ、引き上げ速度０．５ｍｍ／ｈ、結晶回転数２０ｒｐｍで単結晶を引き上げた。この際、結晶化したＳＬＮ単結晶に見合った量の定比組成原料を外側るつぼに自動的に供給した。これにより、種々の濃度のＥｒがドープされた実質的に定比組成のニオブ酸リチウム単結晶（ＳＬＮ）が得られた。

得られた種々の濃度のＥｒがドープされたＳＬＮについて、誘導結合高周波プラズマ発光分析（ＩＣＰ発光分析）（Ｉｒｉｓ ａｄｖａｎｔａｇｅ、日本ジャーレル・アッシュ株式会社、日本）を用いて、組成等を測定した。また、示差熱分析法（Ｔｈｅｒｍｏ Ｐｌｕｓ ＤＳＣ８２７０、株式会社リガク、日本）を用いて、キュリー温度を測定した。結果を表１に示し、後述する。

次に、得られた種々の濃度のＥｒがドープされたＳＬＮについて、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）（Ｂｉｏ−Ｒａｄ Ｗｉｎ−ＩＲ、Ｖａｒｉａｎ， Ｉｎｃ．、米国）を用いて、吸収スペクトルを測定し、ＯＨ伸縮振動のバンド端（３４５０ｃｍ^−１〜３５５０ｃｍ^−１）のピークシフトを調べた。測定結果を図１および図２に示し、後述する。

得られた種々の濃度のＥｒがドープされたＳＬＮについて、Ｈｅ−Ｎｅレーザとグリーンレーザ（５３２ｎｍ）とを同軸入射し、複屈折変化を測定する装置を用いて、屈折率分散（常光と異常光との屈折率の差）の時間依存性を測定した。測定結果を図３に示し、後述する。次いで、屈折率分散から得られた光誘起屈折率効果の立ち上がり時間と光伝導度との関係を求めた。関係を図４に示し、後述する。

Ｅｒの仕込み濃度０．２および１．０ｍｏｌ％のＳＬＮについて、光損傷を測定するシステム５００（後述する）を用いて、光損傷を測定した。結果を図６に示し、後述する。

Ｌｕを０．５ｍｏｌ％ドープしたＳＬＮ単結晶を製造した。具体的には、Ｅｒ_２Ｏ_３粉末の代わりに、Ｌｕ_２Ｏ_３粉末を用い、二重るつぼ内の融液中のＮｂに対するＬｕ濃度が、１．０ｍｏｌ％となるように充填され以外は、実施例１と同様の手順であった。

得られたＬｕをドープしたＳＬＮ単結晶について、実施例１と同様に、光損傷を測定した。結果を図６に示し、後述する。

比較例１

Ｍｇを１．０ｍｏｌ％および２．７５ｍｏｌ％ドープしたＳＬＮ単結晶を製造した。具体的には、Ｅｒ_２Ｏ_３粉末の代わりに、ＭｇＯ粉末を用い、二重るつぼ内の融液中のＮｂに対するＭｇ濃度が、それぞれ、１．０ｍｏｌ％および２．７５ｍｏｌ％となるように充填され以外は、実施例１と同様の手順であった。

得られたＭｇをドープしたＳＬＮ単結晶について、実施例１と同様に、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）を用いて、吸収スペクトルを測定し、ＯＨ伸縮振動のバンド端（３４５０ｃｍ^−１〜３５５０ｃｍ^−１）のピークシフトを調べた。測定結果を図２に示し、後述する。また得られたＭｇをドープしたＳＬＮ単結晶のキュリー温度を測定した。結果を後述する。

比較例２

Ｎｄを０．２ｍｏｌ％ドープしたＳＬＮ単結晶を製造した。具体的には、Ｅｒ_２Ｏ_３粉末の代わりに、Ｎｄ_２Ｏ_３粉末を用い、二重るつぼ内の融液中のＮｂに対するＮｄ濃度が、２．０ｍｏｌ％となるように充填され以外は、実施例１と同様の手順であった。得られた単結晶は、３個の平面により構成され側面を有しており、その内部には多くのインクルージョンが観察された。このことは、さらに高濃度でＮｄをドープすることにより結晶の育成を困難にするととも、得られる結晶の品質を低下させることを示唆している。

得られたＮｄをドープしたＳＬＮ単結晶について、実施例１と同様に、光損傷を測定した。結果を図６に示し、後述する。

表１は、実施例１で製造された種々の濃度のＥｒがドープされたＳＬＮ単結晶の組成、偏析係数およびキュリー温度を示す。いずれの単結晶も、Ｌｉ／Ｎｂが０．９６〜１．０の範囲にあり、実質的に定比組成のニオブ酸リチウム単結晶であることが分かった。融液中のＥｒ濃度（すなわち、Ｅｒの仕込み濃度）が、０．２ｍｏｌ％、０．５ｍｏｌ％、１．０ｍｏｌ％および２．０ｍｏｌ％である場合、単結晶中に実際にドーピングされたＥｒ濃度は、それぞれ、０．０８ｍｏｌ％、０．２６ｍｏｌ％、０．４６ｍｏｌ％および０．８３ｍｏｌ％であることが分かった。以降では、実際にドーピングされた濃度を用いて、説明する。例えば、Ｅｒが０．２６ｍｏｌ％ドープされたＳＬＮの場合、簡単のため、Ｅｒ０．２６ｍｏｌ％ＳＬＮと表記する。

ＥｒをドープしたＳＬＮのキュリー温度は、いずれも、ＭｇをドープしたＳＬＮのキュリー温度（Ｍｇ１．０ｍｏｌ％ＳＬＮ：１２１２℃、Ｍｇ２．０ｍｏｌ％ＳＬＮ：１２１６℃）に比べて低く、ＳＬＮの分解開始温度（１２１５℃）より約２０℃以上低いことが分かった。このことは、Ｅｒのドーピングによってニオブ酸リチウム単結晶のキュリー温度が低下するため、ポーリングが容易になり、その結果、加工時の歩留まりを向上させることができることを示唆する。

図１は、実施例１によるＦＴＩＲの結果を示す図である。

ＳＬＮ単結晶中に含まれる−ＯＨ基の吸収位置（すなわちＯＨ伸縮振動）によって、そのＳＬＮ単結晶の光損傷に対する耐性の程度が分かることが知られている。具体的には、ＯＨ伸縮振動のバンド端が高エネルギー側に現れるほど、耐光損傷性が高いことが知られている。そこで、実施例１で得られたＥｒ０ｍｏｌ％〜０．８３ｍｏｌ％ＳＬＮについてＯＨ伸縮振動のバンド端を調べた。その結果、Ｅｒ０ｍｏｌ％〜０．２６ｍｏｌ％ＳＬＮのスペクトルにおけるＯＨ伸縮振動のバンド端は、約３４６５ｃｍ^−１に現れ、Ｅｒ０．４６ｍｏｌ〜０．８４ｍｏｌ％ＳＬＮのスペクトルにおけるＯＨ伸縮振動のバンド端は、約３５２０ｃｍ^−１に現れることが分かった。このことから、ドーピング量の増加により、ＯＨ伸縮振動のバンド端が高エネルギー側（図１中の矢印で示す方向）にシフトし、耐光損傷性が向上し得ることが示唆される。次に、より詳細にＯＨ伸縮振動のバンド端のシフト量について調べた。

図２は、実施例１および比較例１によるＯＨ伸縮振動のバンド端のシフト量とドーパント濃度との関係を示す図である。

実施例１によれば、ドーピング量が０．２６ｍｏｌ％〜０．４６ｍｏｌ％の間において、ＯＨ伸縮振動のバンド端の顕著なシフトが見られた。一方、比較例１によれば、ドーピング量が０ｍｏｌ％〜１．０ｍｏｌ％の間において、ＯＨ伸縮振動のバンド端の顕著なシフトが見られた。このことから、Ｍｇに比べてＥｒの方が、少ないドーピング量でより早くＯＨ伸縮振動のバンド端がシフトすることが分かった。図１および図２より、Ｅｒは、Ｍｇに比べて、少ないドーピング量で光損傷性を改善できることが示された。

図３は、実施例１による屈折率差の時間依存性を示す図である。

各プロットから、常光および異常光の屈折率差は、Ｅｒ０．４６ｍｏｌ％ＳＬＮでもっとも小さく、Ｅｒ０〜０．０８ｍｏｌ％ＳＬＮでもっとも大きいことが分かる。屈折率差が小さいことは、光損傷によるビームファニングが発生しにくいことを示唆する。

得られた各プロットを関係式δΔｎ＝δΔｎ_ｓ［１−ｅ（ｔ／τ）］でフィッティングし、光誘起屈折率効果の立ち上がり時間τを求めた。ここで、Δｎは、常光および異常光の屈折率差であり、Δｎ_ｓは、ｔ時間後の飽和屈折率差である。次に、求めた立ち上がり時間τを用いて、関係式σ＝ε_０ε_ｒτから光伝導度σを算出した。ここで、ε_０は自由空間の誘電率（＝８．８５×ｅ^−１２Ｆ／ｍ）であり、ε_ｒはニオブ酸リチウム単結晶の誘電率（＝２８）である。

図４は、実施例１による立ち上がり時間τと、光伝導度σと、Ｅｒのドーピング量との関係を示す図である。

光伝導度が大きいほど、光損傷が小さいことが知られている。図４から、光伝導度は、ドーパント量の増加にしたがって、増加することが分かった。特にドーピング量０．４ｍｏｌ％近傍で最大となることが分かった。このことは、ドーピング量０．４ｍｏｌ％以上で、特に耐光損傷性が向上することを示唆する。

図５は、光損傷を測定するシステム５００を示す図である。

システム５００は、光源５１０と、集光レンズ５２０と、スクリーン５３０とを含む。ここでは、光源５１０として、Ｎｄ：ＹＡＧ ＳＨＧレーザ（波長５３２ｎｍ）を用いた。測定は、光源５１０から発生されたレーザ光を、集光レンズ５２０を介して試料５４０にて集光させ、試料５４０を透過したレーザ光の形状５５０がスクリーン５３０に映し出される。映し出された形状５５０を、ビームプロファイラ（図示せず）を用いて、撮影し、光損傷を観察した。レーザ光は、ＳＬＮのＹ軸方向に照射された。

図６は、システム５００によって撮影されたビーム形状を示す図である。

図６（Ａ）は、Ｅｒ０．２６ｍｏｌ％ＳＬＮのビーム形状であり、図６（Ｂ）は、Ｅｒ０．４５ｍｏｌ％ＳＬＮのビーム形状であり、図６（Ｃ）は、Ｌｕ０．５ｍｏｌ％ＳＬＮのビーム形状であり、図６（Ｄ）は、Ｎｄ０．２４ｍｏｌ％ＳＬＮのビーム形状である。

図６（Ａ）のビーム形状は、Ｚ軸方向に伸びた楕円形を示し、ビームファニングが生じていることを示す。このことより、ドーパントとしてＥｒを選択した場合であっても、０．３ｍｏｌ％以上ドーピングされないと耐光損傷性が向上しないことが分かった。図６（Ｄ）のビーム形状もまた、Ｚ軸方向に伸びた楕円刑を示し、ビームファニングが生じている。このことは、ドーパントしてＮｄを選択した場合、所定量のドーピングが達成できないため、耐光損傷の向上には不向きであることを示唆している。

一方、図６（Ｂ）および図６（Ｃ）のビーム形状は、円形を維持しており、ビームファニング、すなわち光損傷が発生していないことを示している。これより所定量のＥｒ、Ｌｕをドープしたニオブ酸リチウム単結晶（ＳＬＮ）は、耐光損傷性を有することが確認された。

実施例では、ＳＬＮについてのみ示したが、ＳＬＴについても同様の結果が得られることは当業者であれば容易に理解し得る。

以上説明してきたように、本発明による実質的に定比組成のニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウム単結晶は耐光損傷性を有する。このような単結晶は、波長変換素子、光変調器、光スイッチ等の光学素子に適用され得る。

実施例１によるＦＴＩＲの結果を示す図 実施例１および比較例１によるＯＨ伸縮振動のバンド端のシフト量とドーパント濃度との関係を示す図 実施例１による屈折率差の時間依存性を示す図 実施例１による立ち上がり時間τと、求めた光伝導度σと、Ｅｒのドーピング量との関係を示す図 光損傷を測定するシステム５００を示す図 システム５００によって撮影されたビーム形状を示す図

符号の説明

５００ システム
５１０ 光源
５２０ 集光レンズ
５３０ スクリーン
５４０ 試料
５５０ 形状

Claims (4)

1. 実質的に定比組成のニオブ酸リチウム単結晶またはタンタル酸リチウム単結晶であって、
   Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕからなる群から少なくとも１つ選択される元素を０．３ｍｏｌ％〜３．０ｍｏｌ％含む、単結晶。
2. 前記元素を０．４ｍｏｌ％〜１．０ｍｏｌ％含む、請求項１に記載の単結晶。
3. 前記単結晶は、光学素子用である、請求項１に記載の単結晶。
4. 請求項１〜３に記載の単結晶を用いた光学素子。