JPH0324505A - ニオブ酸リチウム光素子 - Google Patents
ニオブ酸リチウム光素子Info
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- JPH0324505A JPH0324505A JP15916589A JP15916589A JPH0324505A JP H0324505 A JPH0324505 A JP H0324505A JP 15916589 A JP15916589 A JP 15916589A JP 15916589 A JP15916589 A JP 15916589A JP H0324505 A JPH0324505 A JP H0324505A
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- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 3
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Landscapes
- Lasers (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、レーザー光を使用する情報処理分野あるいは
光応用計測制御および通信分野に利用する光変調変換素
子に関するものである．［従来の技術］ 従来、ニオブ酸リチウム単結晶を用いた波長変換光素子
は、例えば「日経ニューマテリアルズ」４月２０日号（
１９８７） ９．９６〜１０５において、光変調素子や
光スイッチについては、ｒＯｐｔｉｃａｌ ａｎｄ Ｑ
ｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＪｖｏ１．２０（
１９８８年）１８９〜２１３やオプトロニクス（１９８
８）Ｎｏ．８ Ｐ．１０３ 〜１０８において、夫々論
じられている。また、ＬｉＮｂＯ，単結晶にＭｇをドー
プした結晶については、「アブライドフイジカルレター
ズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）Ｊ、ｖｏｌ．４
４、（１９８４年）、９．８４７〜８４９において論じ
られている。
光応用計測制御および通信分野に利用する光変調変換素
子に関するものである．［従来の技術］ 従来、ニオブ酸リチウム単結晶を用いた波長変換光素子
は、例えば「日経ニューマテリアルズ」４月２０日号（
１９８７） ９．９６〜１０５において、光変調素子や
光スイッチについては、ｒＯｐｔｉｃａｌ ａｎｄ Ｑ
ｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＪｖｏ１．２０（
１９８８年）１８９〜２１３やオプトロニクス（１９８
８）Ｎｏ．８ Ｐ．１０３ 〜１０８において、夫々論
じられている。また、ＬｉＮｂＯ，単結晶にＭｇをドー
プした結晶については、「アブライドフイジカルレター
ズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）Ｊ、ｖｏｌ．４
４、（１９８４年）、９．８４７〜８４９において論じ
られている。
なお、この種の光素子として関連するものには例えば、
特開昭６１−７２２２２号公報や、特開昭６３−４９７
３２号公報等が挙げられる。
特開昭６１−７２２２２号公報や、特開昭６３−４９７
３２号公報等が挙げられる。
［発明が解決しようとする問題点］
従来よりＬ Ｉ Ｎ ｂ Ｏ ｓ単結晶を上記光素子の
基板として用いる場合には、レーザー光入射により局部
的な屈折率の変動すなわち光損傷と呼ばれる現象が発生
し易く、素子の安定動作上、問題となっていた。この光
損傷は、入射パワー密度の大きいほど、入射光の波長が
短波長である程、顕著に発生し易い傾向があり、半導体
レーザーを基本波とする波長可変素子や、波長１．３μ
ｍ以下のレーザー光を使用する光変調器等では、特に問
題となっている。これに対して、最近ＭｇＯをドープし
たＬｉＮｂＯ，結晶のレーザー耐力がアンドープ結晶に
比べて２桁以上高いことが報告され（「アプライドフィ
ジ力ルレターズ（Ａｐｐｌ ．Ｐｈｙｓ ．Ｌｅｔｔ．
）ＪＶ０１．４４（１９８４年）９．８４７ 〜８４
９）注目を集めている。
基板として用いる場合には、レーザー光入射により局部
的な屈折率の変動すなわち光損傷と呼ばれる現象が発生
し易く、素子の安定動作上、問題となっていた。この光
損傷は、入射パワー密度の大きいほど、入射光の波長が
短波長である程、顕著に発生し易い傾向があり、半導体
レーザーを基本波とする波長可変素子や、波長１．３μ
ｍ以下のレーザー光を使用する光変調器等では、特に問
題となっている。これに対して、最近ＭｇＯをドープし
たＬｉＮｂＯ，結晶のレーザー耐力がアンドープ結晶に
比べて２桁以上高いことが報告され（「アプライドフィ
ジ力ルレターズ（Ａｐｐｌ ．Ｐｈｙｓ ．Ｌｅｔｔ．
）ＪＶ０１．４４（１９８４年）９．８４７ 〜８４
９）注目を集めている。
しかしながら本弗明者等が検討した結果、Ｌ１ＮｂＯ，
結晶中にＭｇをドープすることにより、光損傷耐性は向
上するものの、ＬｉＮｂＯｓ中のＭｇの偏析係数が１よ
り大きいため、育成された結晶中のＭｇ濃度は均一でな
く、結晶上部で濃度が大きく、下部で小さい分布をしめ
す。この不均一性のため、素子作成上の不安定性や低歩
留り等の問題があることがわかった． ［問題点を解決するための手段］ 本発明の目的は、Ｍｇ濃度不均一性による素子歩留り低
下の原因を解明し、光損傷耐特性の良いＭｇドープＬｉ
ＮｂＯｓ基板を用いた光素子を安定に作製することを目
的とする。
結晶中にＭｇをドープすることにより、光損傷耐性は向
上するものの、ＬｉＮｂＯｓ中のＭｇの偏析係数が１よ
り大きいため、育成された結晶中のＭｇ濃度は均一でな
く、結晶上部で濃度が大きく、下部で小さい分布をしめ
す。この不均一性のため、素子作成上の不安定性や低歩
留り等の問題があることがわかった． ［問題点を解決するための手段］ 本発明の目的は、Ｍｇ濃度不均一性による素子歩留り低
下の原因を解明し、光損傷耐特性の良いＭｇドープＬｉ
ＮｂＯｓ基板を用いた光素子を安定に作製することを目
的とする。
上記目的は、ＭｇドープＬｉＮｂＯ，単結晶から素子用
基板を切り出す際に、基板に対して育成方向とほぼ垂直
方向に光を入射する様に使用することにより、達成され
る． 本発明において、切り出す方向は、直角から３０゜以内
であれば実用上有効な基板が作製できる。
基板を切り出す際に、基板に対して育成方向とほぼ垂直
方向に光を入射する様に使用することにより、達成され
る． 本発明において、切り出す方向は、直角から３０゜以内
であれば実用上有効な基板が作製できる。
［作用〕
本発明の作用をＭｇドープＬｉＮｂＯ，単結晶のＭｇｍ
度分析と屈折率測定結果を用いて詳述する．第１表に示
したように、Ｍｇを１〜５ｍｏ１％ドープしたＬｉＮｂ
Ｏ，結晶中のＭｇ濃度分布を測定したところ、Ｍｇの偏
析係数はいずれもｌより太き＜１．０４〜１．３４の間
であり結晶上下方向のＭｇ濃度は一定でない。
度分析と屈折率測定結果を用いて詳述する．第１表に示
したように、Ｍｇを１〜５ｍｏ１％ドープしたＬｉＮｂ
Ｏ，結晶中のＭｇ濃度分布を測定したところ、Ｍｇの偏
析係数はいずれもｌより太き＜１．０４〜１．３４の間
であり結晶上下方向のＭｇ濃度は一定でない。
第 １ 表
Ｍｇ濃度分布は、結晶上下部各ウェハ内で５〜１１測定
点の補正済平均値である．次に、第１図に融液に添加し
たＭｇ濃度と屈折率の関係を示す。Ｍｇ濃度の増加に伴
い、通常屈折率ηｅと異常屈折率η０は共にほぼ比例的
に減少している結果が得られる．ＭｇｖＡ度が０〜５ｍ
ｏ１％の間ではＭｇｌＩＯ１当り通常屈折率η０は１，
２ｘ ｉｏ””、異常屈折率ηｅは１ ．５ Ｘ １０
−”変化することが判った。従って、第１表に示した結
晶の上下ではηｅは約Ｉ ＸＩＯ”’の変動があること
になる．ＬｉＮｂＯ，結晶を光素子の基板として用いる
場合には、基板内の屈折率変動は光の入射方向に対して
、少なくともＩ ＸＩＯ−’以内程度、望ましくは１×
１０−１以下が要求され、従って育成方向に平行に光を
入射する様な使用法は好ましくないことが明確になった
．第２図はＭｇを５ｍｏｌ％ドープした結晶上部より育
成方向に垂直に切り出したウェハを用いて、ウェハ内面
のＭｇ濃度分布をＥＰＭＡで測定したところ、Ｍｇｍ度
は、４．８８±０．０１モ／ｌ／％以内で一致しており
、実験誤差内で一定であるとの結果を得た。また、面内
の屈折率の分布を測定したところ、ηｏ ＝ ２ ．
２８２４±０．０００１， ηｅ＝２．１９２５±０
．０００１以内の範囲にあり、測定装置の誤差範囲内で
、変動は見られなかった。この屈折率の均一性は、Ｍｇ
をドープしないコングルエント組成で育成した光学用途
ＬｉＮｂＯ．と同程度の品質にあり、光素子用基板とし
て十分使用可能である。しかも、光損傷に強いという作
用もある。
点の補正済平均値である．次に、第１図に融液に添加し
たＭｇ濃度と屈折率の関係を示す。Ｍｇ濃度の増加に伴
い、通常屈折率ηｅと異常屈折率η０は共にほぼ比例的
に減少している結果が得られる．ＭｇｖＡ度が０〜５ｍ
ｏ１％の間ではＭｇｌＩＯ１当り通常屈折率η０は１，
２ｘ ｉｏ””、異常屈折率ηｅは１ ．５ Ｘ １０
−”変化することが判った。従って、第１表に示した結
晶の上下ではηｅは約Ｉ ＸＩＯ”’の変動があること
になる．ＬｉＮｂＯ，結晶を光素子の基板として用いる
場合には、基板内の屈折率変動は光の入射方向に対して
、少なくともＩ ＸＩＯ−’以内程度、望ましくは１×
１０−１以下が要求され、従って育成方向に平行に光を
入射する様な使用法は好ましくないことが明確になった
．第２図はＭｇを５ｍｏｌ％ドープした結晶上部より育
成方向に垂直に切り出したウェハを用いて、ウェハ内面
のＭｇ濃度分布をＥＰＭＡで測定したところ、Ｍｇｍ度
は、４．８８±０．０１モ／ｌ／％以内で一致しており
、実験誤差内で一定であるとの結果を得た。また、面内
の屈折率の分布を測定したところ、ηｏ ＝ ２ ．
２８２４±０．０００１， ηｅ＝２．１９２５±０
．０００１以内の範囲にあり、測定装置の誤差範囲内で
、変動は見られなかった。この屈折率の均一性は、Ｍｇ
をドープしないコングルエント組成で育成した光学用途
ＬｉＮｂＯ．と同程度の品質にあり、光素子用基板とし
て十分使用可能である。しかも、光損傷に強いという作
用もある。
［実施例］
以下、本発明を実施例に基づきより詳細に説明する．第
３図に示すように、育成はチョクラルスキー法を用い、
１２０φのＰｔルッポ中にコングルエント組織のＬｉＮ
ｂＯ，原料と１〜５モル濃度のＭｇＯを添加した原料を
約２．５ｋｇ充墳し、高周波誘導加熱法により原料を溶
解した．種結晶を溶液に付け、溶液の温度を所定の温度
に保った後、育成を開始した。シーディング、肩部成長
、胴体部成長、切離し、冷却の各工程を経て、約６日間
で直径６０φ、長さｉｏｏＱ，重Ｊｉｌ．２ｋｇの結晶
を育成した。育成方位は、光素子の用途，構造により異
なるが、いずれの場合も、光素子の光入射方向が育成方
位とほぼ垂直方向となる基板の加工が可能な方位に育成
した．本実施例においては、Ｍｇ濃度がｌ〜５ｔｘｏ１
％の範囲で、Ｙ軸方位及びＺ軸方位に育成を行った．第
４図は、ＭｇドープＬｉＮｂＯ．基板を用いて、位相光
変調素子を作成した例を示す。この素子は基板１のＹ面
にＴｉ拡散導波路２を形成し、Ａｕ電極３を形成し、Ｘ
面４を端面研磨してある．Ｔｉ拡散導波路２はλ＝１．
３−あるいは、λ＝０．８５．を使用波長とし、それぞ
れの波長に対し、単一モード導波路となるように拡散し
た．試料のＸ面４に光を入射し（入射光５）、電極に電
圧を印加し、位相変調光６を取出した。いずれの波長を
入射しても、光損傷による出力光の変動は観察されなか
った。
３図に示すように、育成はチョクラルスキー法を用い、
１２０φのＰｔルッポ中にコングルエント組織のＬｉＮ
ｂＯ，原料と１〜５モル濃度のＭｇＯを添加した原料を
約２．５ｋｇ充墳し、高周波誘導加熱法により原料を溶
解した．種結晶を溶液に付け、溶液の温度を所定の温度
に保った後、育成を開始した。シーディング、肩部成長
、胴体部成長、切離し、冷却の各工程を経て、約６日間
で直径６０φ、長さｉｏｏＱ，重Ｊｉｌ．２ｋｇの結晶
を育成した。育成方位は、光素子の用途，構造により異
なるが、いずれの場合も、光素子の光入射方向が育成方
位とほぼ垂直方向となる基板の加工が可能な方位に育成
した．本実施例においては、Ｍｇ濃度がｌ〜５ｔｘｏ１
％の範囲で、Ｙ軸方位及びＺ軸方位に育成を行った．第
４図は、ＭｇドープＬｉＮｂＯ．基板を用いて、位相光
変調素子を作成した例を示す。この素子は基板１のＹ面
にＴｉ拡散導波路２を形成し、Ａｕ電極３を形成し、Ｘ
面４を端面研磨してある．Ｔｉ拡散導波路２はλ＝１．
３−あるいは、λ＝０．８５．を使用波長とし、それぞ
れの波長に対し、単一モード導波路となるように拡散し
た．試料のＸ面４に光を入射し（入射光５）、電極に電
圧を印加し、位相変調光６を取出した。いずれの波長を
入射しても、光損傷による出力光の変動は観察されなか
った。
この素子の場合は、Ｙ面に導波路を形成し、Ｘ方面に光
を入射する構造となっているため、Ｙ軸方位に育成した
結晶より基板を切りだした。
を入射する構造となっているため、Ｙ軸方位に育成した
結晶より基板を切りだした。
第５図は、本発明により、ＭｇドープＬ ｔ Ｎ ｂＯ
，基板１２を用いた光波長可変素子の構成図であり、半
導体レーザー１４を基本波光源として用い、プロトン変
換導波路１３に入射し、位相整合により高調波１５を放
射することができる。高調波出力の変動はほとんどなく
、ＭｇドープＬｉＮｂＯ．結晶による光損傷耐性の効果
が有効であった。
，基板１２を用いた光波長可変素子の構成図であり、半
導体レーザー１４を基本波光源として用い、プロトン変
換導波路１３に入射し、位相整合により高調波１５を放
射することができる。高調波出力の変動はほとんどなく
、ＭｇドープＬｉＮｂＯ．結晶による光損傷耐性の効果
が有効であった。
この素子の場合には、Ｚ面に導波路を形成し、Ｘ軸方向
に光を入射して使用するので、Ｚ軸方位に育成した結晶
より基板を切出した。
に光を入射して使用するので、Ｚ軸方位に育成した結晶
より基板を切出した。
［発明の効果］
本発明によれば、ＭｇドープＬｉＮｂＯ，結晶の育成方
向に対して、ほぼ垂直方向に光を入射するように基板を
用いるという簡単な手法で、Ｍｇ濃度の均一な、すなわ
ち屈折率が均一な方向に光を入射することができるので
、動作特性が安定でかつ光損傷に強い光素子を高歩留で
作製できる効果がある。
向に対して、ほぼ垂直方向に光を入射するように基板を
用いるという簡単な手法で、Ｍｇ濃度の均一な、すなわ
ち屈折率が均一な方向に光を入射することができるので
、動作特性が安定でかつ光損傷に強い光素子を高歩留で
作製できる効果がある。
レーザーと当基板から作成した例えばＳＨＧ素子とを組
合せた光源は、ＳＨＧ素子が光損傷を起こさないので安
定した出力が得られる．従って、このような光源を光記
録における光読み取り、光書き込みとして使用すれば誤
動作を起こさない。
合せた光源は、ＳＨＧ素子が光損傷を起こさないので安
定した出力が得られる．従って、このような光源を光記
録における光読み取り、光書き込みとして使用すれば誤
動作を起こさない。
レーザーと当基板から作成した各種光素子を組合せた場
合においても同様の理由で経時変化が生じないので、誤
動作にきびしい各種情報処理装置に有効である。特に、
信頼性の要求される光通信装置や、誤動作のないことを
要求される光計測装置に当基板から作成した光素子を使
用した場合には、従来問題とされていたＤ， Ｃドリフ
トや光損傷に起因した困難をさけることができるのでそ
の効果は大きい。
合においても同様の理由で経時変化が生じないので、誤
動作にきびしい各種情報処理装置に有効である。特に、
信頼性の要求される光通信装置や、誤動作のないことを
要求される光計測装置に当基板から作成した光素子を使
用した場合には、従来問題とされていたＤ， Ｃドリフ
トや光損傷に起因した困難をさけることができるのでそ
の効果は大きい。
第１図は屈折率の添加Ｍｇ濃度依存性の説明図第２図は
、Ｍｇ５ｍｏｌ％ドープＬ ｉ Ｎ ｂ Ｏ．結晶上部
の育成方向に垂直に切出したウェハ面内のＥＰＭＡ分析
によるＭｇ濃度測定図。第３図は、ＭｇドープＬｉＮｂ
Ｏ，結晶育成の概観図。第４図は、ＹカットＸ伝搬光位
相光変調素子の概形図、第５図は、ＺカットＸ伝搬光波
長可変素子の概形図である． １ ：ＭｇドープＬｉＮｂＯ，結晶、２ ：Ｔｉ拡散導
波路、３：Ａｕ電極，４：ｘ面，５：入射光，６：出射
位相変調光、７：種結晶、８：育成結晶、９：Ｐｔルッ
ポ、１０：ワークコイル、ｌ１：ＭｇドーブＬｉＮｂＯ
．原料、１２：ＭｇドープＬｉＮｂＯ，基板、ｌ３：プ
ロトン交換光導波路、ｌ４：半導体レーザ、１５：高調
波。 第 １ 図 ０ １ ３ ５（ モル＠／．） Ｍ９０１度（融ａ） 第 ２ 図 手７ｆＶＡ ＩＩＩ７正書（自允）
、Ｍｇ５ｍｏｌ％ドープＬ ｉ Ｎ ｂ Ｏ．結晶上部
の育成方向に垂直に切出したウェハ面内のＥＰＭＡ分析
によるＭｇ濃度測定図。第３図は、ＭｇドープＬｉＮｂ
Ｏ，結晶育成の概観図。第４図は、ＹカットＸ伝搬光位
相光変調素子の概形図、第５図は、ＺカットＸ伝搬光波
長可変素子の概形図である． １ ：ＭｇドープＬｉＮｂＯ，結晶、２ ：Ｔｉ拡散導
波路、３：Ａｕ電極，４：ｘ面，５：入射光，６：出射
位相変調光、７：種結晶、８：育成結晶、９：Ｐｔルッ
ポ、１０：ワークコイル、ｌ１：ＭｇドーブＬｉＮｂＯ
．原料、１２：ＭｇドープＬｉＮｂＯ，基板、ｌ３：プ
ロトン交換光導波路、ｌ４：半導体レーザ、１５：高調
波。 第 １ 図 ０ １ ３ ５（ モル＠／．） Ｍ９０１度（融ａ） 第 ２ 図 手７ｆＶＡ ＩＩＩ７正書（自允）
Claims (3)
- （１）Ｍｇを添加したＬｉＮｂＯ＿３単結晶を基板とし
て用いる光素子において、光素子中での光伝搬方向が結
晶の育成方向に対して直角及至３０℃以内の方向となる
ように結晶より切断・加工した基板を使用することを特
徴とするニオブ酸リチウム光素子 - （２）請求項１記載の光素子において、光導波路を形成
する面と、結晶育成方向がほぼ垂直であることを特徴と
する光素子。 - （３）請求項１または２記載の光素子を使用したことを
特徴とする光学装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15916589A JPH0324505A (ja) | 1989-06-21 | 1989-06-21 | ニオブ酸リチウム光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15916589A JPH0324505A (ja) | 1989-06-21 | 1989-06-21 | ニオブ酸リチウム光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0324505A true JPH0324505A (ja) | 1991-02-01 |
Family
ID=15687697
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15916589A Pending JPH0324505A (ja) | 1989-06-21 | 1989-06-21 | ニオブ酸リチウム光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0324505A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0511225A (ja) * | 1991-07-03 | 1993-01-19 | Hamamatsu Photonics Kk | 異種元素を添加した光学結晶とその作製方法、および光学デバイス |
| JP4614190B1 (ja) * | 2010-03-03 | 2011-01-19 | 正久 重松 | 昆布食品 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6128925A (ja) * | 1984-07-19 | 1986-02-08 | Jido Keisoku Gijutsu Kenkiyuukumiai | 光変調装置 |
| JPS63307427A (ja) * | 1987-06-10 | 1988-12-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光変調装置 |
| JPS6482003A (en) * | 1987-09-25 | 1989-03-28 | Fujitsu Ltd | Formation of light guide device |
-
1989
- 1989-06-21 JP JP15916589A patent/JPH0324505A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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