JP2866924B2 - 酸化物単結晶とその製造方法 - Google Patents

酸化物単結晶とその製造方法

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JP2866924B2 JP8204376A JP20437696A JP2866924B2 JP 2866924 B2 JP2866924 B2 JP 2866924B2 JP 8204376 A JP8204376 A JP 8204376A JP 20437696 A JP20437696 A JP 20437696A JP 2866924 B2 JP2866924 B2 JP 2866924B2
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秀夫 木村
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    • C01B35/10Compounds containing boron and oxygen
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、酸化物単結晶と
その製造方法に関するものである。さらにくわしくは、
レーザー素子、波長変換素子などの光学分野において有
用な、優れた非線形光学特性を有する新しい酸化物単結
晶とその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術とその課題】レーザーの出現により発展し
た非線形光学の技術は、その代表的な現象として光高調
波発生、光混合、誘導散乱などを扱うが、これらの現象
は研究の対象となるだけでなく、実際の応用の範囲も広
い。例えば、コヒーレント光の発生・制御・測定などの
オプトエレクトロニクス、非線形効果を通じて物性を探
る非線形分光学、さらにそれらの知識や技術を利用した
レーザーへの応用などがある。これらは、電子・通信・
情報光学分野を発展させるための基礎として重要なもの
となっている。
【0003】このような非線形光学効果を有する物質と
しては、例えば、ADP(燐酸二水素アンモニウム)、
Ba2NaNb515(ニオブ酸バリウム・ナトリウ
ム)、CdSe(セレンカドミウム)、KDP(燐酸二
水素カリウム)などが知られており、これらの物質はそ
の用途に応じ、それぞれの特性を生かして用いられてき
ているが、さらに近年では、非線形光学効果の適用場面
の広がりとともに、より良質な結晶として、容易に、再
現性良く製造できる物質が求められている。
【0004】一方、酸化物単結晶の一つとして、従来よ
り、化学量論組成の融液(融点:1830〜1850
℃)からBaM2 4 (M:Al,Ga)単結晶を製造
する方法が知られている。この結晶の製造は容易で、六
方晶系の結晶対称性をもつが、結晶に対称中心があるた
め、非線形光学効果を有してはいない。ま一方、バルク
の物質として、結晶全体で対称中心を持たない結晶の探
索も行われてきているが、この場合の単結晶の製造は困
難な部分が多い。
【0005】しかし、このBaM2 4 (M:Al,G
a)のような酸化物単結晶が比較的容易に、再現性良く
製造できることを考えると、これらの酸化物単結晶に、
それ自身を母体にした非線形光学効果の付加手段を、新
しい観点から検討し、製造を試みることは技術的にも妥
当であり、必然である。そして、その手段を確立するこ
とで、非線形光学効果を持つ結晶の製造がより容易に、
再現性良くできるよになると期待され、非線形光学効果
の適用範囲もさらに拡大されるものと考えられる。
【0006】そこでこの発明は、以上のような事情か
ら、酸化物単結晶における非線形光学効果の付加を簡便
に、再現性良く行うための技術手段を提供することを目
的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、BaM2 4 (M:Alおよび
Gaの少くとも1種)のMの一部をBで置換した単結晶
であって、Bの周りに非対称中心部が形成され、非線形
光学効果が付与されていることを特徴とする酸化物単結
晶を提供する。
【0008】そしてまた、この発明では、BaM2 4
(M:AlおよびGaの少くとも1種)の組成を有する
原料物質をBと融解して前記MをBで置換した単結晶を
育成して、Bの周りに非対称中心部を形成し、非線形光
学効果を付与することを特徴とする酸化物単結晶の製造
方法を提供する。
【0009】
【実施の形態】この発明では、上記の通り、通常は、対
称中心を持ち、非線形光学効果を有しないBaM2 4
(M:AlおよびGaの少くとも1種)単結晶につい
て、Mの一部をBで置換することにより、Bの周辺に非
対称中心部を形成し、非線形光学効果を付与している。
すなわち、BaAl2 4 およびBaGa2 4 は、対
称中心のある結晶であるが、AlあるいはGaの一部を
イオン半径の異なるBで置換すると、結晶の格子間距離
に変化が生じ、歪むことによって対称中心をもたなくな
る。
【0010】これによって誘電分極の対称性がくずれ
る。ここにレーザーが入射すると、波形が歪み高調波成
分をもち、第2高調波、第3高調波を得ることができ
る。対称中心のある結晶では、このような現象が現れな
い。前記式におけるMの置換範囲については、たとえば
(M1-x x )で表わすとすると、x≦0.001では
非線形光学効果が小さく、0.15≦xでは結晶化が困
難となる。このため、この発明においては、単結晶の組
成については,Ba(M1-x x 2 4 (M:Alお
よびGaの少くとも1種)として表わすと、 0.001<x<0.15 とするのが好ましい。
【0011】そして、この発明では、単結晶製造の容易
な、対称中心をもつBaM2 4 (M:Al,Ga)を
母体とするため、引き上げ法、あるいは浮遊帯溶融法の
どちらでも、その製造は容易である。以下、実施例を示
し、さらに詳しくこの発明の実施の形態について説明す
る。もちろんこの発明は以下の例によって限定されるも
のではない。
【0012】
【実施例】
(実施例1)一般的な高周波加熱引き上げ装置におい
て、直径、高さともに50mmのIrるつぼ中で200
gの化学量論組成BaM2 4 (M:Al)となる酸化
物原料を大気中で融解(融点:1840℃)する。ここ
へBを添加し、Mをx=0.05のBで置換したBa
(M1-x x 2 4 の組成の融液から単結晶を製造す
る。直径2mm、長さ50mmの種結晶を20rpmで
回転させながらこの融液に上方から浸す。30分後に種
結晶を上方へ3mm/hrの速度で引き上げると、結晶
が種結晶の先に生成する。10時間かけて引き上げる
と、直胴部で直径20mm、長さ30mmの単結晶が製
造される。この単結晶に、室温(25℃)で波長785
nmのTi:Al2 3 レーザーを照射すると、図1に
示すような波長392nmの高調波が観察され、非線形
光学効果が確認される。
【0013】なお、Bによる置換を原料物質の融解前に
行っても、同様の結果が得られる。また、MがGaの場
合でも、同様の結果となる。さらに、ハロゲン加熱浮遊
帯溶融装置により製造した単結晶でも同様の結果となる
ことが確認される。 (実施例2)実施例1と同じ高周波加熱引き上げ装置と
Irるつぼ中で200gの化学量論組成BaMO
4 (M:1:1のAlとGaの組み合わせ)の原料物質
を大気中で融解(融点:1830℃)する。Bの添加に
より、Mをx=0.05のBで置換したBa(M1-x
x 2 4 の組成を融液を用いて、単結晶を製造する。
直径2mm、長さ50mmの種結晶を20rpmで回転
させながら融液に上方から浸す。30分後に種結晶を上
方へ3mm/hrの速度で引き上げると、結晶が種結晶
の先に生成する。10時間かけて引き上げると、直胴部
で直径20mm、長さ30mmの単結晶が製造される。
この単結晶に、室温(25℃)で波長785nmのT
i:Al2 3 レーザーを照射すると、図1と同様な波
長392nmの高調波が観察され、非線形光学効果が確
認される。実施例1のMが単独元素の場合と同等あるい
はそれ以上の高調波強度を得ることも可能である。
【0014】MにおけるAlとGaの比を変えた場合で
も、同様の結果となる。また、ハロゲン加熱浮遊帯溶融
装置により製造した単結晶でも、同様の結果となる事が
確認されている。 (比較例)比較のため、実施例1および2と同じ高周波
加熱引き上げ装置とIrるつぼ中で、200gの化学量
論組成BaM2 4 (M:Al)の原料物質を大気中で
融解(融点:1850℃)し、これをそのまま用いて、
単結晶を製造する。直径2mm、長さ50mmの種結晶
を20rpmで回転させながら融液に上方から浸す。3
0分後から種結晶を上方へ3mm/hrで引き上げ、結
晶を種結晶の先に生成させる。10時間かけて引き上げ
ると、直胴部では直径20mm、長さ30mmの単結晶
が製造される。この単結晶に、室温(25℃)で波長7
85nmのTi:Al2 3 レーザーを照射すると、図
2に示すように高調波はまったく観察されない。従っ
て、実施例1および2のように、Bによる置換が、酸化
物単結晶に非線形光学効果を与えていることが確認され
る。
【0015】
【発明の効果】以上詳しく説明したとおり、この発明に
より、結晶全体で対称中心を持たない良質な単結晶で、
再現性が良い、容易で安価な製造が可能な、非線形光学
特性を持つ酸化物単結晶が提供される。レーザー素子、
波長変換素子などの光学分野をはじめ、各種の分野に有
用なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による酸化物単結晶Ba(M0.95
0.052 4 (M:Al)に、波長785nmのTi:
Al2 3 レーザーを照射し発生した高調波の強度を例
示した図である。
【図2】比較例としての、Bによる置換を行わないBa
2 4 (M:Al)単結晶に、波長785nmのT
i:Al2 3 レーザーを照射した場合の高調波強度を
例示した図である。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 BaM2 4 (M:AlおよびGaの少
    くとも1種)の組成のMの一部を、Bで置換した単結晶
    であって、Bの周りに非対称中心部が形成され、非線形
    光学効果が付与されていることを特徴とする酸化物単結
    晶。
  2. 【請求項2】 組成が一般式Ba(M1-x x 2 4
    (M:AlおよびGaの少くとも1種で0.001<x
    <0.15)で示される請求項1の酸化物単結晶。
  3. 【請求項3】 BaM2 4 (M:AlおよびGaの少
    くとも1種)の組成を有する原料物質をBと融解して前
    記Mの一部をBで置換した単結晶を育成して、Bの周り
    に非対称中心部を形成し、非線形光学効果を付与するこ
    とを特徴とする酸化物単結晶の製造方法。
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