JPH04145419A - Second harmonic wave generating element - Google Patents

Second harmonic wave generating element

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JPH04145419A
JPH04145419A JP26925790A JP26925790A JPH04145419A JP H04145419 A JPH04145419 A JP H04145419A JP 26925790 A JP26925790 A JP 26925790A JP 26925790 A JP26925790 A JP 26925790A JP H04145419 A JPH04145419 A JP H04145419A
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JP
Japan
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thin film
waveguide
harmonic
substrate
light
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Application number
JP26925790A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsushi Ono
哲史 大野
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Ibiden Co Ltd
Original Assignee
Ibiden Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To improve the second harmonics converting efficiency of a second harmonic generating element by forming a filter on the output side of the element provided with a thin-film waveguide layer formed on its substrate. CONSTITUTION:A slab type waveguide using an LiNbO3 thin film as the waveguide is formed by growing an LiNbO3 solid-solution single crystal thin film containing Mg and Na on a substrate and polishing the thin film to a specular surface. After a Ti waveguide pattern is formed on the waveguide by RF sputtering, etc., the pattern is etched to form a ridge type channel waveguide having a level difference of 1mum. An SHG element is manufactured by polishing both end faces of the waveguide so that light can be made incident on and emitted from the end faces. Then a filter composed of an SiO2 thin film having a thickness of 700Angstrom is formed on one of the end faces by RF sputtering. This element can produce laser light which can selectively fetch second harmonic only, has a high SHG converting efficiency, and is excellent in monochromaticity.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は第2高調波光のみを選択的に取り出すことがで
き、単色性に優れたレーザ光が得られる第2高調波発生
素子に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a second harmonic generation element that can selectively extract only second harmonic light and provide laser light with excellent monochromaticity.

(従来技術) SHG素子は、非線形光学効果をもつ光学結晶材料の非
線形光学効果を利用して入射された波長λのレーザをλ
/2の波長に変換して出力する素子であって、出力光の
波長が1/2に変換されることから、光デイスクメモリ
やCDプレーヤ等に応用することにより、記録密度を4
倍にすることができ、また、レーザプリンタ、フォトリ
ソグラフィー等に応用することにより、高い解像度を得
ることができる。
(Prior art) The SHG element uses the nonlinear optical effect of an optical crystal material that has a nonlinear optical effect to convert an incident laser beam of wavelength λ into λ
Since the wavelength of the output light is converted to 1/2, the recording density can be increased to 4 by applying it to optical disk memories, CD players, etc.
It can be doubled, and high resolution can be obtained by applying it to laser printers, photolithography, etc.

従来、SHG素子としては、高出力のガスレーザを光源
とする、非線形光学結晶のバルク単結晶が用いられてき
た。しかし、近年光デイスク装置、レーザプリンタ等の
装置全体を小型化する要求が強いこと、ガスレーザは、
光変調のため外部に変調器が必要であり、小型化に適し
ていないことから、直接変調が可能で、ガスレーザに比
べて安価で取扱いが容易な半導体レーザを使用すること
ができるSHG素子が要求されている。 ところで、半
導体レーザを光源とする場合、一般に半導体レザの出力
が数mWから数十mWと低いことから、特に高い変換効
率を得ることのできる導波路構造のSHO素子が要求さ
れている。
Conventionally, a bulk single crystal nonlinear optical crystal using a high-power gas laser as a light source has been used as an SHG element. However, in recent years, there has been a strong demand for downsizing of entire devices such as optical disk devices and laser printers, and gas lasers have
Since an external modulator is required for optical modulation and is not suitable for miniaturization, an SHG element that can directly modulate and use a semiconductor laser, which is cheaper and easier to handle than a gas laser, is required. has been done. By the way, when a semiconductor laser is used as a light source, since the output of the semiconductor laser is generally low, ranging from several mW to several tens of mW, there is a demand for an SHO element with a waveguide structure that can obtain particularly high conversion efficiency.

このようなSHG素子としては、特開昭6423233
号に、LiNb0.基板にプロトン交換により導波路が
形成されてなる第2高調波発生素子が記載されている。
As such an SHG element, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6423233
No., LiNb0. A second harmonic generation element is described in which a waveguide is formed on a substrate by proton exchange.

このような第2高調波発生素子は、導波路から基本波長
光が、また基板からチェレンコフ放射により第2高調波
光が出射されるものであった。
In such a second harmonic generation element, fundamental wavelength light is emitted from the waveguide, and second harmonic light is emitted from the substrate by Cerenkov radiation.

しかしながら、このようなチェレンコフ放射を利用した
SHO素子は、導波路を薄くしなければならず、入射光
の導波が難しく、効率を向上させにくいなどの問題があ
った。
However, such a SHO element using Cerenkov radiation has problems such as the need to make the waveguide thin, making it difficult to guide incident light, and making it difficult to improve efficiency.

このため、チェレンコフ放射を利用しない第2高調波発
生素子が種々提案されている。
For this reason, various second harmonic generation elements that do not utilize Cerenkov radiation have been proposed.

(従来技術の問題点) しかし、チェレンコフ放射を利用しない薄膜導波路型S
HG素子では、第2高調波光と第2高調波光に変換され
なかった基本波長光が同時に薄膜導波路から出射される
ため、変換効率を向上させるためには、第2高調波光と
第2高調波光に変換されなかった基本波長光分離するた
めの機構を設けなければならず、コストの上昇や小型化
が困難になるなどの、チェレンコフ放射を利用する薄膜
導波路型SHG素子には見られなかった新たな問題が生
した。
(Problems with conventional technology) However, thin film waveguide type S that does not utilize Cerenkov radiation
In the HG element, the second harmonic light and the fundamental wavelength light that has not been converted to the second harmonic light are simultaneously emitted from the thin film waveguide, so in order to improve the conversion efficiency, the second harmonic light and the second harmonic light must be It is necessary to provide a mechanism to separate the fundamental wavelength light that is not converted into , which increases cost and makes miniaturization difficult, which is not seen in thin-film waveguide type SHG devices that utilize Cerenkov radiation. A new problem arose.

そこで、本発明者らは、鋭意研究した結果、SHG素子
の出力側に、フィルターを形成することにより、前述の
問題を解決できることを見出し、本発明を完成した。
As a result of intensive research, the inventors of the present invention have found that the above-mentioned problem can be solved by forming a filter on the output side of the SHG element, and have completed the present invention.

(問題を解決するための手段) 本発明は、基板上に薄膜導波層が形成された第2高調波
発生素子であって、 前記第2高調波発生素子の出力側にフィルターが形成さ
れてなることを特徴とする第2高調波発生素子である。
(Means for Solving the Problem) The present invention provides a second harmonic generation element in which a thin film waveguide layer is formed on a substrate, and a filter is formed on the output side of the second harmonic generation element. This is a second harmonic generation element characterized by the following.

(作用) 本発明の第2高調波発生素子は、出力側にフィルターが
形成されていることが必要である。
(Function) The second harmonic generation element of the present invention requires that a filter be formed on the output side.

この理由は、不要な基本波レーザ光を出射光から取り除
き、必要な第2高調波光のみを効率良く取り出すことが
できるからである。
The reason for this is that unnecessary fundamental laser light can be removed from the emitted light and only the necessary second harmonic light can be efficiently extracted.

本発明で述べるところのフィルターとは、基本波長光の
みを選択的に透過させないか、あるいは殆ど透過させな
いフィルターを指す。
The filter described in the present invention refers to a filter that selectively does not transmit only fundamental wavelength light, or hardly transmits it.

前記フィルターの、基本波長光の透過率は、0〜10χ
であることが望ましい。
The transmittance of the fundamental wavelength light of the filter is 0 to 10χ
It is desirable that

また、前記フィルターの、第2高調波光の透過率は、9
0〜100′&であることが望ましい。
Further, the transmittance of the second harmonic light of the filter is 9
It is desirable that it is 0 to 100'&.

また、前記フィルターを、直接出射端面に形成して第2
高調波光に対する反射防止条件を満たすよう調整するこ
とにより、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜層と空気との屈
折率に大きな差があるために出射端面で生じていた反射
による損失を低減でき、SHG出力を向上させることが
できる。
Further, the filter may be formed directly on the output end face to form the second filter.
By making adjustments to satisfy the anti-reflection conditions for harmonic light, it is possible to reduce loss due to reflection that occurs at the output end face due to the large difference in refractive index between the lithium niobate single crystal thin film layer and air, and increase the SHG output. can be improved.

前記フィルターは、出射端面の後方の出射端面から離れ
た位置に形成されてもよく、また適当な接着剤を用いて
出射端面上に固定されていてもよい。
The filter may be formed at a position remote from the output end face behind the output end face, or may be fixed on the output end face using a suitable adhesive.

前記接着剤を用いて出射端面上に固定する場合は、接着
層の屈折率、厚さを前記第2高調波光に対する反射防止
条件に適合するよう調節して、SHG出力を向上させる
ことが望ましい。
When fixing on the output end face using the adhesive, it is desirable to improve the SHG output by adjusting the refractive index and thickness of the adhesive layer to meet anti-reflection conditions for the second harmonic light.

前記反射防止条件としては、式(1)を満たすことが望
ましく、式(2)を満たすことが、好適である。
As the anti-reflection condition, it is desirable that formula (1) is satisfied, and it is preferable that formula (2) is satisfied.

naad*a−λ/4 + mλ/2−(1)n□:接
着剤の屈折率 d、6:接着剤の厚さ λ :第2高調波光の波長 mは、0および自然数 nmd=r丁s no−−(2) no:接着剤の屈折率 ns :薄膜導波路の屈折率 no 二人射媒体の屈折率 前記フィルターとしては、色ガラスフィルターガラス基
板上に干渉膜をコーティングしたもの、偏光膜、偏光板
等を使用できる。
naad*a-λ/4 + mλ/2-(1)n□: refractive index of adhesive d, 6: thickness of adhesive λ: wavelength m of second harmonic light is 0 and natural number nmd=rth s no -- (2) no: refractive index of the adhesive ns: refractive index of the thin film waveguide no refractive index of the two-person radiation medium The above-mentioned filters include colored glass filters, glass substrates coated with interference films, polarized light Films, polarizing plates, etc. can be used.

前記偏光膜もしくは偏光板をフィルターとして使用でき
る理由は、基本波長レーザ光は、TE千ドで導波路を伝
搬し、発生する第2高調波光は側モードで伝搬し、TE
モードとTMモードでは、その偏光面が互いに90°の
角度をなすことから、この性質を利用することにより、
偏光膜あるいは偏光板により、入射光のみを選択的に取
り除くことができる。
The reason why the polarizing film or polarizing plate can be used as a filter is that the fundamental wavelength laser light propagates through the waveguide with a TE of 1,000, and the generated second harmonic light propagates in a side mode.
In mode and TM mode, their polarization planes make an angle of 90° to each other, so by utilizing this property,
Only the incident light can be selectively removed using a polarizing film or a polarizing plate.

前記フィルターの材料としては、SiO,、Mg O,
Z n O,A j2 z Oy等の酸化物、LiNb
O3、L iTa oi  、Y3  Gas  01
!、  cd。
The filter material includes SiO, MgO,
Oxides such as Z n O, A j2 z Oy, LiNb
O3, LiTa oi, Y3 Gas 01
! , cd.

Ga、O,、等の複合酸化物、あるいはPMMA、MN
A等の有機物等を用いることができ、これらを重ねた多
層薄膜も用いることができる。
Composite oxides such as Ga, O, etc., or PMMA, MN
Organic materials such as A can be used, and multilayer thin films made by stacking these can also be used.

前記フィルターの作成方法としては、スパッタリング法
、液相エピタキシャル法、莫着法、MBE(分子ビーム
エピタキシャル:Mo1ecular  Beam  
Epitaxial)法、MOCVD (Me t a
 1 0rganic  Chemical  VaporD
eposition)法、イオンブレーティング法、L
B法、スピンコード法、デイツプ法などを用いることが
できる。
Methods for producing the filter include sputtering method, liquid phase epitaxial method, molecular beam epitaxial method, and MBE (Molecular Beam Epitaxial method).
Epitaxial) method, MOCVD (Meta
1 0rganic Chemical VaporD
eposition) method, ion blating method, L
B method, spin code method, dip method, etc. can be used.

本発明のSHG素子は、基板上に1膜導波層が形成され
てなり、基本波レーザー光波長(7μm)、yi膜導波
層の膜厚(TIIm)、基本波レーザー光波長(7μm
)における基板の常光屈折率(no、1)、基本波レー
ザー光波長(7μm)における薄膜導波層の常光屈折率
(nov+)、第2高調波波長(λμm/2)における
基板の異常光屈折率(n s3り および第2高調波波長(7μm /2)における′iR膜導膜層波層常光屈折率(n、。
The SHG element of the present invention has a single film waveguide layer formed on a substrate, and has a fundamental wave laser light wavelength (7 μm), a film thickness of the yi film waveguide layer (TIIm), a fundamental wave laser light wavelength (7 μm), and a thickness of the yi film waveguide layer (TIIm).
), the ordinary refractive index (no, 1) of the substrate at the wavelength of the fundamental laser light (7 μm), the ordinary refractive index (nov+) of the thin film waveguide layer at the wavelength of the fundamental laser light (7 μm), and the extraordinary refractive index of the substrate at the second harmonic wavelength (λμm/2) 'iR film guiding layer wave layer ordinary refractive index (n,) at s3 and second harmonic wavelength (7 μm/2).

)が、 (n*F2 n *S2 あるいは、 (n*F2  ns2 λコ のいずれかの関係式を満足することが望ましい。)but, (n*F2 n *S2 or, (n*F2 ns2 λko It is desirable that one of the following relational expressions be satisfied.

ただし、 上記式(A) 中のN は、 (nOF+ n e!X また、 上記式(B) 中のN2 は、 その理由は、基板上に薄膜導波層が形成されたSHG素
子においては、前記関係式(A)あるいは(B)のいず
れかを満たす構造でないと第2高調波光への変換効率が
低(実用的でないからである。
However, N in the above formula (A) is (nOF+ne!X) and N2 in the above formula (B) is Unless the structure satisfies either relational expression (A) or (B), the conversion efficiency to second harmonic light will be low (this is because it is not practical).

特に第2高調波光への高い変換効率を得るには、基本波
レーザー光波長(λμm)、薄膜導波層の膜厚(Tμm
)、基本波レーザー光波長(λμm)における基板の常
光屈折率(nO3l)、基本波レーザー光波長(λμm
)における薄膜導波層の常光屈折率(norl−第2高
調波波長(λμm/2)における基板の異常光屈折率(
nes2 )および第2高調波波長(λμm/2)にお
ける薄膜導波層の異常光屈折率(naFz)が、(n、
、□ −n、s2 ) 下記の関係式(Ao)を満足することが好ましく、なか
でも下記の関係式(A” を満足することが 有利である。
In particular, in order to obtain high conversion efficiency to second harmonic light, the wavelength of the fundamental laser light (λμm), the thickness of the thin film waveguide layer (Tμm)
), the ordinary refractive index of the substrate (nO3l) at the fundamental laser light wavelength (λμm), the fundamental laser light wavelength (λμm)
) of the thin film waveguide layer (norl - the extraordinary refractive index of the substrate at the second harmonic wavelength (λμm/2) (
The extraordinary refractive index (naFz) of the thin film waveguide layer at the second harmonic wavelength (λμm/2) is (n,
, □ -n, s2) It is preferable to satisfy the following relational expression (Ao), and it is particularly advantageous to satisfy the following relational expression (A'').

λ3 λ3 ただし、 上記関係式(A )および (A”)中のN (n *F2 n @S2 下記の関係式(B )を満足することが好ましく、 なかでも下記の関係式(B”)を満足することが有利で
ある。
λ3 λ3 However, it is preferable that N (n *F2 n @S2 in the above relational expressions (A) and (A'') satisfy the following relational expression (B), and in particular, the following relational expression (B'') should be satisfied. It is advantageous to be satisfied.

λ3 λ3 ただし、上記関係式(B゛)および(B″)中のN2は
、 (nov+  −nos+  ) また、本発明のSHO素子は、1膜導波層の光学軸(Z
軸)に対する基本波レーザー光の入射角(θ)が、0±
15″あるいは90±15°の範囲内であることが好ま
しい。
λ3 λ3 However, N2 in the above relational expressions (B゛) and (B'') is (nov+ -nos+) Moreover, in the SHO element of the present invention, the optical axis (Z
The angle of incidence (θ) of the fundamental wave laser beam with respect to the axis) is 0±
It is preferably within the range of 15'' or 90±15°.

その理由は、前記基本波レーザー光の入射角(θ)が、
前記範囲内の場合、第2高調波への変換効率が、極めて
高いからである。前記基本波レザー光の入射角は、なか
でも、0±5″あるいは90±5°の範囲内であること
が有利である。
The reason is that the incident angle (θ) of the fundamental laser beam is
This is because within the above range, the conversion efficiency to the second harmonic is extremely high. It is particularly advantageous for the angle of incidence of the fundamental laser light to be within the range of 0±5'' or 90±5°.

本発明のSHO素子に入射される基本波レーザー光の波
長(λ)は、0.4〜1.6μmであることが好ましい
The wavelength (λ) of the fundamental laser beam incident on the SHO element of the present invention is preferably 0.4 to 1.6 μm.

その理由は、前記基本波レーザー光(λ)としては、な
るべく波長の短いものであることが有利であるが、半導
体レーザによって0.4μmより短い波長のレーザー光
を発生させることは、実質的に困難であるからであり、
一方1.6μmより長い波長の基本波レーザー光を使用
した場合には、得られる第2高調波の波長が基本波レー
ザー光の1/2であることから、直接半導体レーザによ
って比較的簡単に発生させることのできる波長領域であ
ってSHG素子を使用する優位性が見出せないからであ
る。前記基本波レーザー光の波長(λ)は、半導体レー
ザー光源を比較的人手し易い0.6〜1.3μmが有利
であり、なかでも、068〜0.94amが実用上好適
である。
The reason for this is that although it is advantageous for the fundamental wave laser light (λ) to have a wavelength as short as possible, it is practically impossible to generate laser light with a wavelength shorter than 0.4 μm using a semiconductor laser. This is because it is difficult;
On the other hand, when a fundamental laser beam with a wavelength longer than 1.6 μm is used, the wavelength of the second harmonic obtained is 1/2 of the fundamental laser beam, so it can be generated relatively easily by directly using a semiconductor laser. This is because there is no advantage in using the SHG element in the wavelength range where it can be used. The wavelength (λ) of the fundamental laser beam is advantageously 0.6 to 1.3 μm, which makes it relatively easy to operate the semiconductor laser light source, and particularly, 068 to 0.94 am is practically suitable.

本発明のSHG素子の薄膜導波層の膜厚(T)は、0.
1〜20μmであることが好ましい。
The film thickness (T) of the thin film waveguide layer of the SHG element of the present invention is 0.
It is preferable that it is 1-20 micrometers.

その理由は、前記1膜導波層の膜厚(T)が、0.1a
mより薄い場合、基本波レーザ光を入射させることが困
難で、入射効率が低いため、実質的に高いSHG変換効
率が得られ難いからであり、一方20μmより厚い場合
、光パワー密度が低く、SHG変換効率が低くなってし
まい、いずれの場合もSHG素子として、使用する口上
が困難であるからである。前記薄膜導波層の膜厚は、な
かでも0.5〜10μmが有利であり、特に、1〜8μ
mが実用上好適である。
The reason is that the film thickness (T) of the single film waveguide layer is 0.1a
This is because if it is thinner than 20 μm, it is difficult to make the fundamental laser beam incident and the incidence efficiency is low, making it difficult to obtain substantially high SHG conversion efficiency.On the other hand, if it is thicker than 20 μm, the optical power density is low, This is because the SHG conversion efficiency becomes low, and in either case, it is difficult to use it as an SHG element. The thickness of the thin film waveguide layer is preferably 0.5 to 10 μm, particularly 1 to 8 μm.
m is practically suitable.

本発明における基板、薄膜導波層は各種光学材料を使用
することができ、薄膜導波層としては、例えばLiNb
O3、α−石英、KTiOPO。
Various optical materials can be used for the substrate and thin film waveguide layer in the present invention, and examples of the thin film waveguide layer include LiNb
O3, α-quartz, KTiOPO.

(KTP)、β−B a B20−  (BBO)、K
E508 ・4H,O(KBs )、KH2PO4(K
DP)、KDI PO,(KD“P)、NH4H2BO
3(ADP)、cs H2AsO4(CDA)、Cs 
Dz Ash、(CD” A) 、RbHz PO。
(KTP), β-B a B20- (BBO), K
E508 ・4H,O(KBs), KH2PO4(K
DP), KDI PO, (KD“P), NH4H2BO
3 (ADP), cs H2AsO4 (CDA), Cs
Dz Ash, (CD” A), RbHz PO.

(RDP) 、RbHz As O4(RDA) 、B
 eS○4 ・4H1O1L i CI O,・3Hz
OSLi10i、α−LiCdBO3、LiB* 0s
(LBO)、尿素、ポリパラニトロアニリン(PPNA
)、ポリジアセチレン(DCH)、4(N、N−ジメチ
ルアミノ)−3−アセトアミドニトロベンゼン(DAN
)、4〜ニトロヘンズアルデヒド ヒドラジン(NBA
H)、3−メトキシ−4−ニトロベンズアルデヒド ヒ
ドラジン、2−メチル−4−ニトロアニリン(MNA)
などが、また基板としては、例えばL i T a O
*、L+Nb():+基板上に形成されたLiTa0s
i膜、SiO2、アルミナ、KTP、BBO1LB○、
KDP、および類イ以化合物、ソーダガラス、パイレク
ノスガラス、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)など
を使用することができる。
(RDP), RbHz As O4 (RDA), B
eS○4 ・4H1O1L i CI O, ・3Hz
OSLi10i, α-LiCdBO3, LiB*0s
(LBO), urea, polyparanitroaniline (PPNA)
), polydiacetylene (DCH), 4(N,N-dimethylamino)-3-acetamidonitrobenzene (DAN
), 4~Nitrohenzaldehyde hydrazine (NBA
H), 3-methoxy-4-nitrobenzaldehyde hydrazine, 2-methyl-4-nitroaniline (MNA)
etc., and as a substrate, for example, L i T a O
*, L+Nb():+LiTa0s formed on the substrate
i-film, SiO2, alumina, KTP, BBO1LB○,
KDP and similar compounds such as soda glass, pyreno glass, polymethyl methacrylate (PMMA), etc. can be used.

前記基板および薄膜導波層用の材料は、NaCr、Mg
、Nd、Ti、Vなどの異種元素を含有させることによ
り、その屈折率を調整することができる。
Materials for the substrate and thin film waveguide layer include NaCr, Mg
By containing different elements such as , Nd, Ti, and V, the refractive index can be adjusted.

前記Na、Cr、Nd、Tiなどを含有させることによ
り、前記薄膜導波層、基板の屈折率を上げることができ
、また、前記Mg、Vなどを含有させることにより、前
記薄膜導波層、基板の屈折率を下げることができる。
By containing Na, Cr, Nd, Ti, etc., the refractive index of the thin film waveguide layer and the substrate can be increased, and by containing the above Mg, V, etc., the thin film waveguide layer, The refractive index of the substrate can be lowered.

前記Na、Cr、Mg、Nd、Ti、Vなどの異種元素
を含有させる方法としては、予め、材料の原料と異種元
素あるいは異種元素化合物を混合しておき、液相エピタ
キシャル成長法にて基板上に薄膜導波層を形成する方法
あるいは、前記基板あるいは薄膜導波層に、Na、Mg
、Nd、Ti■なとの異種元素を拡散させる拡散法を用
いることが望ましい。
As a method for incorporating different elements such as Na, Cr, Mg, Nd, Ti, and V, the raw material and the different elements or different element compounds are mixed in advance, and the mixture is deposited on the substrate by liquid phase epitaxial growth. Method of forming a thin film waveguide layer
It is desirable to use a diffusion method for diffusing different elements such as , Nd, and Ti.

また本発明のS)[G素子に適した組合せとしては、薄
膜導波層/基板が、2−メチル−4−ニトロアニリン(
MNA)/S i O□ ;2−メチル4−ニトロアニ
リン(MNA)/アルミナ;KTiOPo、  (KT
P)/アルミナ;β−BaBzO,(BBO)/フルミ
ナ;4−(N、N−ツメチルアミノ)−3〜アセトアミ
ドニトロベンゼン(DAN)/SiO□ ;4−(N、
N−ジメチルアミノ)−3−アセトアミドニトロベンゼ
ン(DA、N)/ポリメタクル酸メチル(PMMA);
 LiBz Os  (LBO)/BBO; LBO/
アルミナ;RbH,PO,(RDP)/KH2PO。
In addition, as a combination suitable for the S)[G element of the present invention, the thin film waveguide layer/substrate is 2-methyl-4-nitroaniline (
MNA)/S i O□; 2-methyl 4-nitroaniline (MNA)/alumina; KTiOPo, (KT
P)/Alumina; β-BaBzO, (BBO)/Flumina; 4-(N, N-tumethylamino)-3~acetamidonitrobenzene (DAN)/SiO□; 4-(N,
N-dimethylamino)-3-acetamidonitrobenzene (DA, N)/polymethyl methacrylate (PMMA);
LiBz Os (LBO)/BBO; LBO/
Alumina; RbH, PO, (RDP)/KH2PO.

(KDP)iポリパラニトロアニリン(p−PNA)/
PMMAなどがある。
(KDP)i polyparanitroaniline (p-PNA)/
Examples include PMMA.

前記SHG素子に適した組合せとしては、なかでも基板
としてL i T a 03単結晶、あるいはLiNb
○、単結晶基板上に形成されたL 1Ta03単結晶薄
膜、薄膜導波層としてLiNb○。
Among the combinations suitable for the SHG element, Li Ta 03 single crystal or LiNb is used as the substrate.
○, L 1Ta03 single crystal thin film formed on a single crystal substrate, LiNb ○ as a thin film waveguide layer.

を用いる組み合わせが好適である。A combination using the following is preferred.

その理由は、前記L IN b O3は非線形光学定数
が大きいこと、光の損失が小さいこと、均一な膜を作成
できることが挙げられ、また、LiTa01は、前記L
iNb0.と結晶構造が類(以しており、前記LiNb
O3のFil膜を形成しやすく、また、高品質で安価な
結晶を入手し易いからである。
The reasons for this are that L IN b O3 has a large nonlinear optical constant, small optical loss, and can form a uniform film, and LiTa01 has a large nonlinear optical constant, small optical loss, and can form a uniform film.
iNb0. The crystal structure is similar to that of the LiNb
This is because it is easy to form an O3 film and it is easy to obtain high quality and inexpensive crystals.

前記基板としてLiNb○3単結晶基板上に形成された
LiTa0*単結晶薄膜を使用する場合、前記LiNb
C)+単結晶基板は、光学グレードであることが望まし
い。
When using a LiTa0* single crystal thin film formed on a LiNb○3 single crystal substrate as the substrate, the LiNb
C) The single crystal substrate is preferably of optical grade.

前記光学グレードのL IN b Os単結晶基板とは
、結晶性が優れ、鉄などの不純物の含有12ppm以下
、屈折率分布10−’/cm(局所≦105)以下、原
料純度99.999%以上のものを指す。前記LiNb
0.単結晶基板が、光学グレードであることが望ましい
理由は、光学グレードのL iN b Ox単結晶基板
上にLiTa0.単結晶薄膜を形成することにより、光
学グレードのし1Tao、単結晶薄膜を得ることができ
、この光学グレードのLiTa0.単結晶薄膜上にLi
Nb Ox単結晶を形成することにより、前記LiTa
0t単結晶薄膜の結晶性がLiNb○3単結晶に転写さ
れ、光の伝搬性、電気光学効果、非線形光学効果が特に
優れた薄膜導波層が得られるからである。
The optical grade LIN b Os single crystal substrate has excellent crystallinity, contains impurities such as iron at 12 ppm or less, has a refractive index distribution of 10-'/cm (locally ≦105) or less, and has a raw material purity of 99.999% or more. refers to something. The LiNb
0. The reason why it is desirable that the single crystal substrate be of optical grade is that LiTa0. By forming a single crystal thin film, it is possible to obtain an optical grade LiTa0. Li on a single crystal thin film
By forming a Nb Ox single crystal, the LiTa
This is because the crystallinity of the 0t single crystal thin film is transferred to the LiNb○3 single crystal, resulting in a thin film waveguide layer with particularly excellent light propagation properties, electro-optic effects, and nonlinear optical effects.

また、前記LiTaO3単結晶薄膜の厚みは、0.2〜
30μmであることが望ましい。
Further, the thickness of the LiTaO3 single crystal thin film is 0.2~
The thickness is preferably 30 μm.

この理由は、前記LiTaO3単結晶薄膜の厚みが0.
2μmより薄い場合、導波光が漏れてしまい、また、3
0μmより厚い場合、結晶性か低下してしまうからであ
る。
The reason for this is that the thickness of the LiTaO3 single crystal thin film is 0.
If it is thinner than 2 μm, the guided light will leak, and
This is because if it is thicker than 0 μm, the crystallinity will decrease.

前記L i T a 03単結晶薄膜の厚みは、特に0
゜5〜10μmが好ましく、1〜5μmが有利である。
The thickness of the L i T a 03 single crystal thin film is particularly 0.
It is preferably between 5 and 10 μm, advantageously between 1 and 5 μm.

本発明のSHG素子における、薄膜導波層と基板は、そ
れぞれ格子整合されている−ことが望ましい。
In the SHG element of the present invention, it is desirable that the thin film waveguide layer and the substrate are each lattice matched.

前記格子整合とは、薄膜導波層の格子定数を、基板の格
子定数の99.81〜100.07%とすることである
The lattice matching means that the lattice constant of the thin film waveguide layer is 99.81 to 100.07% of the lattice constant of the substrate.

このような格子整合が望ましい理由は、格子の歪みやマ
イクロクラック等のない薄膜を形成できるからである。
The reason why such lattice matching is desirable is that a thin film without lattice distortion or microcracks can be formed.

さらに、本発明のSHG素子は、基本波レーザ光の透過
率が100%もしくは100%近くであり、かつ、波長
0.6μm〜基本波長未満までの光を全く透過させない
か、もしくは殆ど透過させない波長選択性薄膜が入射端
面に形成されていることが望ましい。
Furthermore, the SHG element of the present invention has a transmittance of 100% or nearly 100% for fundamental laser light, and does not transmit at all or hardly transmits light with a wavelength of 0.6 μm to less than the fundamental wavelength. Preferably, a selective thin film is formed on the incident end face.

この理由は、半導体レーザは一般に中心波長以外にも周
辺の波長の弱いレーザ光もしくは自然光を放出しており
、この周波の波長の光はSHG素子として用いる場合に
は一般に不要だからである前記基本波レーザ光の透過率
は90〜100%であることが望ましい。
The reason for this is that semiconductor lasers generally emit weak laser light or natural light at peripheral wavelengths in addition to the center wavelength, and light at wavelengths at this frequency is generally unnecessary when used as an SHG element. It is desirable that the transmittance of laser light is 90 to 100%.

また、本発明のSHG素子は基本波レーザー光の透過率
が100%もしくは100%近くになるように入射端面
に反射防止コーティング処理をほどこしたものが望まし
い。
Further, the SHG element of the present invention preferably has an anti-reflection coating applied to the incident end face so that the transmittance of the fundamental wave laser beam is 100% or close to 100%.

前記反射防止コーティングの基本波レーザー光の透過率
は90〜100%であることが望ましい。
The transmittance of the fundamental laser beam of the antireflection coating is preferably 90 to 100%.

反射防止コーテイング材は、下記の条件を満たすことが
望ましい。
It is desirable that the antireflection coating material satisfy the following conditions.

n、  d、  =  λ/4   +  m λ/2
 −   (3)n、:反射防止コーテイング材 dl :反射防止コーテイング材の厚さλ :基本波レ
ーザ光 mは、0および自然数 nt=r丁7丁7−−−−− (4) nl :反射防止コーテイング材 n、:反射防止コーテイング材の厚さ no :入射媒体の屈折率(一般には空気でno前記反
射防止コーティングの材料としては5i02、MgO、
ZnO,、AN2 oi等の酸化物、L 1Nboz 
、MgFzなどのフッ化物、LiTarm 、Y3 G
as○I2、 Gd* Gas O+z等の複合酸化物
、あるいはPMMA、MNA等の有機物等を用いること
ができ、これらを重ねた多層薄膜も用いることができる
、作成方法としてはスパッタリング法、液相エピタキシ
ャル法、蒸着法、MBE(分子ビームエピタキシャル+
Mo1ecular  Beam  Epitaxia
l)法、MOCVD(Metal  Organic 
 Chemical  Vapor  Deposit
i。
n, d, = λ/4 + m λ/2
- (3) n, : Anti-reflection coating material dl : Thickness of anti-reflection coating material λ : Fundamental wave laser beam m is 0 and natural number nt = r77 (4) nl : Reflection Anti-reflection coating material n,: Thickness of the anti-reflection coating material no: Refractive index of the incident medium (generally air).
Oxides such as ZnO, AN2 oi, L 1Nboz
, fluorides such as MgFz, LiTarm, Y3G
Composite oxides such as as○I2, Gd* Gas O+z, etc., or organic substances such as PMMA, MNA, etc. can be used, and multilayer thin films made by stacking these can also be used. Creation methods include sputtering method, liquid phase epitaxial method, etc. method, vapor deposition method, MBE (molecular beam epitaxial +
Mo1ecular Beam Epitaxia
l) method, MOCVD (Metal Organic
Chemical Vapor Deposit
i.

n)法、イオンブレーティング法、LB法、スピンコー
ド法、デイツプ法などが有利である。
n) method, ion blating method, LB method, spin code method, dip method, etc. are advantageous.

また、本発明のSHG素子は、F!膜導波層上にクラッ
ド層が形成されてなることが望ましい。
Moreover, the SHG element of the present invention has F! Preferably, a cladding layer is formed on the film waveguide layer.

この理由は、前記クラッド層を薄膜導波層上に設けるこ
とにより、基板、薄膜導波層、クラ、ド層が屈折率に関
して対称形に近くなるため、基本波レーザ光および、第
2高調波光の電界分布を対称形とすることができ、薄膜
導波層の膜厚が、理論位相整合膜厚に完全に一致してい
ない場合でも、第2高調波光の出力低下を緩和できるこ
とから、位相整合膜厚の許容範囲が広く、高変換効率の
SHG素子が得られるからである。
The reason for this is that by providing the cladding layer on the thin film waveguide layer, the substrate, the thin film waveguide layer, the cladding layer, and the cladding layer become nearly symmetrical with respect to the refractive index. The electric field distribution can be made symmetrical, and even if the thickness of the thin film waveguide layer does not completely match the theoretical phase matching film thickness, the decrease in the output of the second harmonic light can be alleviated. This is because the allowable range of film thickness is wide and an SHG element with high conversion efficiency can be obtained.

また、前記グランド層は、保護層として働き、導波層の
破損や塵、埃の付着による光散乱を防止でき、端面研磨
で問題となる導波層のカケ(ビ。
In addition, the ground layer acts as a protective layer and can prevent light scattering due to damage to the waveguide layer or adhesion of dust and dust, and can prevent chipping of the waveguide layer, which is a problem when polishing the end face.

チング)を完全に防止でき、素子作成の歩留りを著しく
向上させることができる。
(ching) can be completely prevented, and the yield of device fabrication can be significantly improved.

さらに、前記クラ、ド層は、関係式1)および2)を満
たすことが望ましい。
Furthermore, it is desirable that the above-described layers satisfy relational expressions 1) and 2).

n6.、−0.50≦n1lc≦n、、、 −0,05
−−−式1)%式% ・式2) n6ごに 基本波レーザ光波長(λμm) における 基板の常光屈折率 noe:基本波レーザ光波長(λμm)におけるクラン
ド層の常光屈折率 nes□ :第2高調波波長(λμm/2)における基
板の異常光屈折率 n1lc’第2高調波波長(2g m / 2 )にお
けるクラ、ド層の異常光屈折率 この理由は、前記クラッド層が、前記1)および2)式
を満足することにより、第2高調波光と基本波レーザ光
の電界分布型なりを最大限にでき、位相整合膜厚の許容
範囲が広く、高変換効率のSHG素子が得られるからで
ある。
n6. , -0.50≦n1lc≦n, , -0,05
---Formula 1) %Formula % ・Formula 2) For every n6, the ordinary refractive index of the substrate at the fundamental laser light wavelength (λμm) noe: The ordinary refractive index of the ground layer at the fundamental laser light wavelength (λμm) nes□: The extraordinary optical refractive index of the substrate at the second harmonic wavelength (λμm/2) is By satisfying equations 1) and 2), the electric field distribution of the second harmonic light and the fundamental laser light can be maximized, and an SHG element with a wide tolerance range of phase matching film thickness and high conversion efficiency can be obtained. This is because it will be done.

特に、膜厚の位相整合誤差の許容範囲を拡張するために
は、式3)および4)を満たすことが好ましい。
In particular, in order to expand the allowable range of phase matching errors in film thickness, it is preferable to satisfy equations 3) and 4).

natI −0,25≦noc≦nos+−0,lO・
−式3)%式%) natI:基本波レーザ光波長(λμm)における基板
の常光屈折率 noe:基本波レーザ光波長(λμm)におけるクラッ
ド層の常光屈折率 n1lt□ :第2高調波波長(λμm/2)における
基板の異常光屈折率 n、c:第2高調波波長(Xμm/2)におけるクラッ
ド層の異常光屈折率 また、本発明のSHG素子のクラッド層の厚みは、0.
2〜30μmが望ましい。この理由は、0.2μmより
薄い場合は、導波光を閉し込めることができず、また3
0μmより厚い場合は、クランド層の結晶性が低下して
、光学的特性が低下し、またクランド層の形成に時間が
かかり生産性が低下するからである。
natI −0,25≦noc≦nos+−0, lO・
- Formula 3) % Formula %) natI: Ordinary refractive index of the substrate at the fundamental laser light wavelength (λμm) noe: Ordinary refractive index of the cladding layer at the fundamental laser light wavelength (λμm) n1lt□: Second harmonic wavelength ( n, c: extraordinary refractive index of the cladding layer at the second harmonic wavelength (Xμm/2); The thickness of the cladding layer of the SHG element of the present invention is 0.
A thickness of 2 to 30 μm is desirable. The reason for this is that if the thickness is less than 0.2 μm, the guided light cannot be confined;
If it is thicker than 0 μm, the crystallinity of the ground layer will be reduced, resulting in poor optical properties, and it will take time to form the ground layer, resulting in reduced productivity.

前記クラッド層は、0.5〜10μmが好ましく、1〜
8〃mが好適である。
The cladding layer preferably has a thickness of 0.5 to 10 μm, and has a thickness of 1 to 10 μm.
8 m is suitable.

本発明におけるクラッド層は各種光学材料を使用するこ
とができ、ZnOlMgO,AL Oi、PMMA、S
iO□、パイレックスガラス、ソダガラスなどが使用で
き、なかでもZnOが好適である。
Various optical materials can be used for the cladding layer in the present invention, such as ZnOlMgO, AL Oi, PMMA, S
iO□, Pyrex glass, soda glass, etc. can be used, and ZnO is particularly suitable.

本発明のSHG素子は、レーザ光が、SHO素子の薄膜
導波層に入射されるように、半導体レーザ素子(半導体
レーザのベアチップ)を接合し、ワンチップ化しておく
ことが望ましい。
The SHG device of the present invention is desirably made into a single chip by bonding semiconductor laser devices (bare semiconductor laser chips) so that laser light is incident on the thin film waveguide layer of the SHO device.

前記薄膜導波層は、チャンネル型であることが望ましく
、このような形態としては、チャン名ル型SHG素子お
よび、プロ、7り上に固着された半導体レーザ素子から
なり、前記半導体レーザ素子の発光領域の端面(この端
面からレーザ光が発せられる)と前記チャンネル型SH
G素子のチャンフル部位の端面が互いに近接するよう、
前記ブロックと前記チャン翠ル型SHC,素子の基板が
結合された構造を有し、 前記チャンネル型SHG素子におけるチャンネル部位の
輻W、厚みT、前記半導体レーザ素子の中心線と前記チ
ャンスル型SHC素子におけるチャンフル部位の中心線
の幅方向における偏位ΔX、厚み方向の偏位ΔZ、前記
ヘアチップの発光領域の端面と前記チャン名ル型SHO
素子のチャンネル部位の端面の間の距離ΔYが、以下の
範囲を満たすことが望ましい。
It is preferable that the thin film waveguide layer is of a channel type, and in such a form, it is composed of a channel type SHG element and a semiconductor laser element fixed on a protrusion 7. The end face of the light emitting region (laser light is emitted from this end face) and the channel type SH
so that the end faces of the chamfered portions of the G element are close to each other,
It has a structure in which the block, the channel-type SHC, and the substrate of the device are combined, and the radius W and thickness T of the channel portion of the channel-type SHG device, the center line of the semiconductor laser device, and the channel-type SHC deviation ΔX in the width direction of the center line of the chamfered part in the element, deviation ΔZ in the thickness direction, the end face of the light emitting region of the hair tip and the channel name SHO
It is desirable that the distance ΔY between the end faces of the channel portions of the element satisfies the following range.

(W−2)  μm/2≦ΔX≦(W−2)ttm/2
0、 Ol μm≦ΔY≦4 μm T gm/2≦ΔZ≦T u m / 2このような構
造が望ましい理由は、レーザ光導波のための煩雑な調整
を行う必要がないため、取り扱いやすくなるからである
(W-2) μm/2≦ΔX≦(W-2)ttm/2
0, Ol μm≦ΔY≦4 μm T gm/2≦ΔZ≦T um/2 The reason why such a structure is desirable is that it is easier to handle since there is no need to make complicated adjustments for laser light waveguide. It is.

半導体レーザ素子の中心線とチャンネル部位の中心線の
幅方向における偏位ΔX、厚み方向の偏位ΔZ、前記へ
アチップの発光領域の端面と前記チャンスル型導波路の
チャンフル部位の端面の間の距離ΔYが、上記範囲を満
たすことが、望ましい理由は、上記範囲内では、50%
以上のレーザ光入射効率が得られ、実用的だからである
The deviation ΔX in the width direction between the center line of the semiconductor laser element and the center line of the channel part, the deviation ΔZ in the thickness direction, and the difference between the end face of the light emitting region of the hair chip and the end face of the chamfer part of the chancel type waveguide. The reason why it is desirable for the distance ΔY to satisfy the above range is that within the above range, 50%
This is because the above laser light incidence efficiency can be obtained and it is practical.

ところで前記半導体レーザのヘアチップの中心線とは、
半導体レーザの発光領域の端面(即ちこの端面からレー
ザ光が発せられる)に垂直で、前記半導体レーザの発光
領域の幅と厚みを同時に口付する直線を指す。
By the way, the center line of the hair chip of the semiconductor laser is
It refers to a straight line that is perpendicular to the end face of the light emitting region of the semiconductor laser (that is, from which laser light is emitted) and that simultaneously defines the width and thickness of the light emitting region of the semiconductor laser.

また、前記前記チャンネル型導波路の中心線とは、チャ
ンネル部位の端面に垂直で、前記チャンネル部位の幅と
厚みを同時に口付する直線である。
Further, the center line of the channel type waveguide is a straight line that is perpendicular to the end face of the channel portion and that defines the width and thickness of the channel portion at the same time.

前記ΔX、ΔZは、正、負の値を取るが、前記半導体レ
ーザのヘアチップの中心線とチャンネル型導波路におけ
るチャンネル部位の中心線が、完全に一致した状態をΔ
X=0、ΔZ=0として、特定の方向にずれた場合を正
とした場合に、該特定の方向とは反対方向にずれた場合
を負と定義している。
The ΔX and ΔZ take positive and negative values, but the state where the center line of the hair chip of the semiconductor laser and the center line of the channel part in the channel type waveguide completely coincide is Δ.
Assuming that X=0 and ΔZ=0, a deviation in a specific direction is defined as positive, and a deviation in the opposite direction to the specific direction is defined as negative.

前記ΔYは、0であることが望ましいが、加工が困難で
あること、また熱膨張を考慮すると、0゜01μmを下
限とすることが好ましい。
The ΔY is preferably 0, but considering the difficulty of processing and thermal expansion, the lower limit is preferably 0°01 μm.

前記チャンネル型SHO素子におけるチャンネル部位の
幅W、厚みT、前記半導体レーザ素子の中心線と前記チ
ャンスル型SHG素子におけるチャンネル部位の中心線
の幅方向における偏位ΔX、厚み方向の偏位ΔZ、前記
ヘアチップの発光領域の端面と前記チャンフル型SHG
素子のチャンネル部位の端面の間の距離ΔYが、以下の
範囲を満たすことが望ましく、 (W−2)μm/3≦ΔX≦(W−2)μm/30.0
5μm≦ΔY≦2grn T u m / 3≦ΔZ≦T g m / 3また (W−2)μm/4≦ΔX≦(W−2)μm/40.1
μm≦ΔY≦0.5μm T u m / 4≦ΔZ≦T g m / 4が好適
である。
Width W and thickness T of the channel portion in the channel-type SHO element, deviation ΔX in the width direction between the center line of the semiconductor laser element and the center line of the channel portion in the chance-type SHG element, deviation ΔZ in the thickness direction, The end face of the light emitting region of the hair tip and the chamfered SHG
It is desirable that the distance ΔY between the end faces of the channel parts of the element satisfies the following range, (W-2)μm/3≦ΔX≦(W-2)μm/30.0
5μm≦ΔY≦2grn Tu m / 3≦ΔZ≦T g m / 3 or (W-2) μm/4≦ΔX≦(W-2) μm/40.1
It is preferable that μm≦ΔY≦0.5 μm T um /4≦ΔZ≦T g m /4.

前記チャンネル型SHG素子におけるチャンネル部位の
幅W、厚みTは、それぞれ、 1μm≦W≦15μm 0.2μm≦T≦6Bzm であることが望ましい。
It is desirable that the width W and thickness T of the channel portion in the channel type SHG element satisfy the following, respectively: 1 μm≦W≦15 μm 0.2 μm≦T≦6Bzm.

この理由は、半導体レーザの発光部分の寸法は輻1〜2
μm、厚さ0,1〜04μmが普通であるため、上記範
囲のチャンスル型導波路を用いることにより、さらに高
い入射効率が得られるからである。
The reason for this is that the dimensions of the light emitting part of the semiconductor laser are 1 to 2
This is because, since the thickness is normally 0.1 to 0.4 μm, even higher incidence efficiency can be obtained by using a chancel type waveguide within the above range.

また、前記チャンネル部位の幅W、厚みTば、それぞれ
、 2μm≦W≦10μm 0.4am≦T≦4μm を満たすことが好ましく、 4μm≦W≦7μm Iμm≦T≦2.5μm を満たすことが好適である。
Furthermore, the width W and thickness T of the channel portion preferably satisfy the following conditions: 2 μm≦W≦10 μm, 0.4 am≦T≦4 μm, and preferably satisfy the following conditions: 4 μm≦W≦7 μm, and I μm≦T≦2.5 μm. It is.

前記ブロックは、ノリコン類であることが望ましい。It is preferable that the block is a Noricon type block.

これは、ノリコンブロックは熱膨張率が半導体レーザベ
アチップと近いため、熱サイクルに強く、また、化学エ
ツチングなどの加工処理しやすいからである。
This is because the Noricon block has a coefficient of thermal expansion close to that of a semiconductor laser bare chip, so it is resistant to thermal cycles and is easy to process such as chemical etching.

前記ブロックと前記チャンネル型SHG素子は、接着剤
にて結合されてなることが望ましい、 また、前記ブロ
ックと前記チャンネル型SHG素子の基板は固定板を介
して結合されていてもよい。
It is preferable that the block and the channel type SHG element are bonded together with an adhesive, and the block and the substrate of the channel type SHG element may be bonded via a fixing plate.

また、前記半導体レーザのベアチンプが接合された5)
IG素子は、パフケージの中に封入されていることが望
ましい。
In addition, the bare chimp of the semiconductor laser is bonded 5)
It is desirable that the IG element is enclosed within a puff cage.

この理由は、パンケージの中に封入するこ上により、機
械衝撃に対する耐性を向上させることができ、また半導
体レーザ素子の寿命を長くすることができるからである
The reason for this is that by enclosing it in a pancage, the resistance to mechanical shock can be improved and the life of the semiconductor laser element can be extended.

前記パッケージには、第2高調波光をパンケージの外へ
出射するための窓が設けられていることが必要である。
It is necessary that the package is provided with a window for emitting the second harmonic light to the outside of the pan cage.

前記第2高調波光をパッケージの外へ出射するための窓
に、本発明で述べるところのフィルターが設けられてい
ることが望ましい。 この理由は、気密封止したままで
、不要な基本波レーザ光を出射光から取り除き、必要な
第2高調波光のみを効率良く取り出すことができるから
である。
It is desirable that the window for emitting the second harmonic light to the outside of the package is provided with a filter as described in the present invention. The reason for this is that unnecessary fundamental wave laser light can be removed from the emitted light and only the necessary second harmonic light can be extracted efficiently while the device remains hermetically sealed.

このため、通常の封止用窓ガラスの内部もしくは外部に
フィルターを追加する場合に比べて、半導体レーザ素子
を保護したままで、プロセスの簡略化、コストの低下、
および第2高調波光の透過率の向上を図ることができる
For this reason, compared to adding a filter inside or outside of a typical sealing window glass, this method simplifies the process, lowers costs, and protects the semiconductor laser element.
Also, it is possible to improve the transmittance of second harmonic light.

次に本発明に係る実施例を記載する。Next, examples according to the present invention will be described.

実施例■ (+)RFスパッタリング法により、厚さ0.5−のZ
カッ)LiTa03単結晶基板上に厚さ500人のMg
O薄膜を形成し、熱拡散法によりI−1TaOz単結晶
表層にMgを拡散させた。基本波レーザ光波長λを0.
78μmとしたとき、Mg拡散LiTa○3基板の常光
屈折率(n osI)は2゜153、第2高調波λ/2
におけるMg拡散LIT a O*基板の異常光屈折率
(n et2>は2.272となった。
Example ■ (+) By RF sputtering method, Z with a thickness of 0.5-
c) 500mm thick Mg on LiTa03 single crystal substrate
An O thin film was formed, and Mg was diffused into the surface layer of the I-1TaOz single crystal by thermal diffusion. The fundamental laser light wavelength λ is set to 0.
When the thickness is 78 μm, the ordinary refractive index (nosI) of the Mg-diffused LiTa○3 substrate is 2°153, and the second harmonic is λ/2.
The extraordinary refractive index (net2>) of the Mg-diffused LIT a O* substrate was 2.272.

この基板上に液相エピタキソヤル成長法により基本波レ
ーザ光波長λを0.83μmとしたとき常光屈折率(n
ar、)が2.252、第2高調波における異常光屈折
率(nor□)が2.253であるMg、Na (それ
ぞれ6mo 1%、Imo1%〕固熔L IN b O
x単結晶薄膜を成長させた後、表面を鏡面研磨し、この
LiNb01薄膜を導波路としするスラブ型導波路を作
成した。
On this substrate, the ordinary refractive index (n
ar, ) is 2.252, and the extraordinary optical refractive index (nor□) at the second harmonic is 2.253.
After growing the x single-crystal thin film, the surface was mirror-polished to create a slab-type waveguide using this LiNb01 thin film as a waveguide.

(2)  (])で得たスラブ型導波路の膜厚をイオン
ビームエツチングにより、MK2.23±0.05μm
に調整した。
(2) The thickness of the slab waveguide obtained in (]) was reduced to MK2.23±0.05 μm by ion beam etching.
Adjusted to.

(3)前記(1)及び(2)で得られたスラブ型導波路
上にフォノトリングラフィーとRFスパンタリングによ
りT1導波路パターンを形成し、これを工、チングマス
クとして、イオンビームエツチングした後、Tiエツチ
ングマスクを除去しさらにイオンビ−ムエツチングする
ことにより、幅10μm、膜厚2.23±0.05pm
、段差1μmのリッジ型のチャンネル型導波路を作成し
た。
(3) A T1 waveguide pattern was formed on the slab waveguide obtained in (1) and (2) above by phonotrography and RF sputtering, and this was used as a etching mask for ion beam etching. , by removing the Ti etching mask and performing ion beam etching, a width of 10 μm and a film thickness of 2.23 ± 0.05 pm was obtained.
A ridge-type channel waveguide with a step height of 1 μm was fabricated.

(4)  (3)で得られたチャンネル型導波路の両端
面をパフ研磨により鏡面研磨して端面からの光入出射を
可能とし第2高調波発生素子(SHO素子)とした。
(4) Both end faces of the channel-type waveguide obtained in (3) were mirror-polished by puff polishing to enable light input and output from the end faces, and a second harmonic generation element (SHO element) was obtained.

(5)  (4)で得られたチャンネル型導波路の両端
面のうち、一方にRFスパッタリング法により、厚さ7
00人、SiO□薄膜からなるフィルターを作成した。
(5) One of both end faces of the channel waveguide obtained in (4) was coated with a thickness of 7 mm by RF sputtering.
00 people created a filter made of SiO□ thin film.

このSHO素子について前記Si○2薄膜からなるフィ
ルターを形成した端面とは反対側の端面へ、波長0.8
3am、40mWの半導体レーザを単結晶薄膜の結晶軸
(Z軸)に対して90”の角変で入射した場合のSHC
変換効率を測定したところ18.5%であり、非常に高
い効率が得られた。
Regarding this SHO element, a wavelength of 0.8
SHC when a 3 am, 40 mW semiconductor laser is incident at an angle of 90” with respect to the crystal axis (Z axis) of a single crystal thin film
When the conversion efficiency was measured, it was 18.5%, indicating a very high efficiency.

実施例2 (1)基本波レーザ光波長(λ)をo、83μmとした
とき基本波レーザ光波長における常光屈折率(nail
が2151、第2高調波における異常光屈折率(n@$
2 )が2261である厚さ05[IIlのZカットL
iTaO3単結晶基板の上に液相エピタキノヤル成長法
により基本波レーザ光波長における常光屈折率(nov
+ )が2.270、第2高調波波長における異常屈折
率(n*yz)が2.263であるNd、Naをそれぞ
れImo 1%固溶させたL JN b Oy単結晶薄
膜を成長させた後、表面を鏡面研磨し、この薄膜を導波
層とするスラブ型導波路を作成した。
Example 2 (1) When the fundamental laser light wavelength (λ) is o and 83 μm, the ordinary refractive index (nail
is 2151, the extraordinary refractive index at the second harmonic (n@$
2) is 2261 and the thickness is 05 [IIl Z cut L
The ordinary refractive index (nov
+ ) is 2.270, and the extraordinary refractive index (n*yz) at the second harmonic wavelength is 2.263. A L JN b Oy single crystal thin film containing 1% Imo solid solution of each of Nd and Na was grown. Afterwards, the surface was mirror-polished, and a slab-type waveguide using this thin film as a waveguide layer was created.

(2) (1)で得たスラブ型導波路の膜厚をイオンビ
ムエンチングにより、2.30t!m士0.03μmに
調整した。
(2) The thickness of the slab waveguide obtained in (1) was reduced to 2.30t by ion beam etching! The thickness was adjusted to 0.03 μm.

(3)前記(1)および(2)で得たスラブ型導波路を
実施例1の(3)と同様の方法にて幅10μm、膜厚2
.3±0,03μm、段差1μmのリンジ型のチャンネ
ル型導波路を作成した。
(3) The slab waveguide obtained in (1) and (2) above was prepared with a width of 10 μm and a film thickness of 2 by the same method as in (3) of Example 1.
.. A ring-shaped channel waveguide with a width of 3±0.03 μm and a step height of 1 μm was created.

(4) (3)で得られたチャンネル型導波路の両端面
をパフ研磨により鏡面研磨して端面からの光入出射を可
能とした。
(4) Both end faces of the channel-type waveguide obtained in (3) were mirror-polished by puff polishing to allow light to enter and exit from the end faces.

(5) (4)で得られたチャンネル型導波路の両端面
のうち一方にRFスパンタ法により、厚さ590人のM
g0Fjl膜からなるフィルターを形成した。
(5) One of both end faces of the channel waveguide obtained in (4) was coated with a thickness of 590 mm by the RF spanner method.
A filter consisting of a g0Fjl membrane was formed.

二のSHG素子について、前記Mg0l膜からなるフィ
ルターを形成した端面とは反対側の端面へ波長0.83
μm、40mWの半導体レーーザを単結晶薄膜の結晶軸
(Z軸)に対して90°の角度で入射した場合のSHO
変換効率を測定したところ25.6%であり、非常に高
い効率が得られた。
Regarding the second SHG element, a wavelength of 0.83
SHO when a μm, 40mW semiconductor laser is incident at an angle of 90° to the crystal axis (Z axis) of a single crystal thin film
When the conversion efficiency was measured, it was 25.6%, indicating a very high efficiency.

(発明の効果) 以上のように本発明の第2高調波発生素子は、第2高調
波光のみを選択的に取り出すことができ、高いSHO変
換効率を有することから、単色性に優れたレーザ光を得
ることができる。
(Effects of the Invention) As described above, the second harmonic generation element of the present invention can selectively extract only the second harmonic light and has high SHO conversion efficiency, so it can produce laser light with excellent monochromaticity. can be obtained.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、基板上に薄膜導波層が形成された第2高調波発生素
子であって、 前記第2高調波発生素子の出力側にフィルターが形成さ
れてなることを特徴とする第2高調波発生素子。 2、前記フィルターは、第2高調波発生素子の出力端面
に直接形成されてなる請求項1に記載第2高調波発生素
子。 3、前記第2高調波発生素子は、基板上に薄膜導波層が
形成されてなり、 基本波レーザー光波長(λμm)、薄膜導波層の膜厚(
Tμm)、基本波レーザー光波長(λμm)における基
板の常光屈折率(n_O_S_1)、基本波レーザー光
波長(λμm)における薄膜導波層の常光屈折率(n_
O_F_1)、第2高調波波長(λμm/2)における
基板の異常光屈折率(n_e_s_2)および第2高調
波波長(λμm/2)における薄膜導波層の異常光屈折
率(n_e_F_2)が、(n_O_F_1−n_O_
S_1) >2の場合、 (n_e_F_2−n_e_s_2) 0.02≦(λ+0.1)N_1/λ^3T≦6.0・
・・(A)あるいは、 (n_O_F_1−n_O_S_1)/(n_e_F_
2−n_e_s_2)≦2の場合、0.05≦(λ+0
.1)N_2/λ^3T≦5.0・・・(B)のいずれ
かの関係式で表される請求項1に記載の第2高調波発生
素子。 ただし、上記式(A)中のN_1は、 N_1=(n_e_F_2−n_e_s_2)/(n_
O_F_1−n_e_s_2)であり、また、上記式(
B)中のN_2は、 N_2=(n_e_F_2−n_e_s_2)/(n_
O_F_1−n_O_S_1)である。
[Claims] 1. A second harmonic generation element having a thin film waveguide layer formed on a substrate, characterized in that a filter is formed on the output side of the second harmonic generation element. A second harmonic generation element. 2. The second harmonic generation element according to claim 1, wherein the filter is formed directly on the output end face of the second harmonic generation element. 3. The second harmonic generation element has a thin film waveguide layer formed on a substrate, and the wavelength of the fundamental laser beam (λμm) and the film thickness of the thin film waveguide layer (
Tμm), the ordinary refractive index of the substrate at the fundamental laser light wavelength (λμm) (n_O_S_1), the ordinary refractive index of the thin film waveguide layer at the fundamental laser light wavelength (λμm) (n_
O_F_1), the extraordinary refractive index (n_e_s_2) of the substrate at the second harmonic wavelength (λμm/2) and the extraordinary refractive index (n_e_F_2) of the thin film waveguide layer at the second harmonic wavelength (λμm/2) are ( n_O_F_1-n_O_
S_1) > 2, (n_e_F_2-n_e_s_2) 0.02≦(λ+0.1)N_1/λ^3T≦6.0・
...(A) Or (n_O_F_1-n_O_S_1)/(n_e_F_
2-n_e_s_2)≦2, 0.05≦(λ+0
.. 1) The second harmonic generation element according to claim 1, which is expressed by one of the following relational expressions: 1) N_2/λ^3T≦5.0 (B). However, N_1 in the above formula (A) is N_1=(n_e_F_2-n_e_s_2)/(n_
O_F_1−n_e_s_2), and the above formula (
N_2 in B) is N_2=(n_e_F_2-n_e_s_2)/(n_
O_F_1-n_O_S_1).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH07120799A (en) * 1993-10-22 1995-05-12 Nec Corp Wavelength converter

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