JPH04245232A - 第２高調波発生素子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は端面で生じるレーザ光の
反射を防止し、入出射効率を向上させた第２高調波発生
素子に関する。

【０００２】

【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
ィスクメモリや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。

【０００３】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、近年光ディスク装置、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
導体レーザの出力が数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Ｓ
ＨＧ素子が要求されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光導波
路に基本波長光を入出射する際、導波路の端面で反射が
起こり入出射効率が低下し、変換効率まで低下してしま
うという問題があった。本発明者らは、鋭意研究した結
果、ＳＨＧ素子の入出力部に、反射防止膜を形成し、入
射効率を向上させることにより、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。

【０００５】

【課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高調波発生素子の入出力部に反射防止膜が形成され
てなることを特徴とする第２高調波発生素子である。

【０００６】

【作用】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
面に反射防止膜をコーティング処理されてなる。このよ
うな第２高調波発生素子が望ましい理由は、導波路内へ
の光の入射効率、あるいは出射効率を向上させることが
でき、結果として、高出力の第２高調波発生素子を実現
できるからである。また、出射端面には、第２高調波の
透過率が１００％もしくは１００％近くになるように反
射防止コーティング処理を施したものが望ましい。前記
反射防止コーティングの基本波レーザー光、第２高調波
の透過率は９０〜１００％であることが望ましい。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。

【０００７】

【数３】 但し、ｎ１　：反射防止コーテイング材の屈折率、ｄ１
　：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および自然数である。

【０００８】

【数４】 但し、ｎ１　：反射防止コーテイング材の屈折率、ｎｓ
　：反射防止コーテイング材の厚さ、ｎ０　：入射媒体
の屈折率（一般には空気でｎ０　＝１）である。

【０００９】前記反射防止コーティングの材料としては
ＳｉＯ２　、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ａｌ２　Ｏ３　等の酸化
物、ＭｇＦ２　などのフッ化物、ＬｉＮｂＯ３　、Ｌｉ
ＴａＯ３　、Ｙ３　Ｇａ５　Ｏ１２、Ｇｄ３　Ｇａ５　
Ｏ１２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：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　　Ｂｅａｍ
　　Ｅｐｉｔａｘｉａｌ）法、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ
　　Ｏｒｇａｎｉｃ　　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　Ｖａｐｏ
ｒ　　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、イオンプレーティン
グ法、ＬＢ法、スピンコート法、ディップ法などが有利
である。

【００１０】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。前記反射防止条件として
は、数５を満たすことが望ましく、数６を満たすことが
、好適である。

【００１１】

【数５】 但し、ｎａｄ：接着剤の屈折率、ｄａｄ：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

【０
０１２】

【数６】 但し、ｎａｄ：接着剤の屈折率、ｎｓ　：薄膜導波路の
屈折率、ｎ０　：入射媒体の屈折率である。

【００１３】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。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。

【００１４】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。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。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。

【００１５】前記フィルターの、基本波長光の透過率は
、０　〜１０％　であることが望ましい。また、前記フ
ィルターの、第２　高調波光の透過率は、９０〜１００
％であることが望ましい。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、ＳＨ
Ｇ出力を向上させることができる。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。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。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モードで導波路を伝搬し、発生する
第２高調波光はＴＭ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。前記フィルターの材料としては、ＳｉＯ２　、
ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ａｌ２　Ｏ３　等の酸化物、ＬｉＮｂ
Ｏ３　、ＬｉＴａＯ３　、Ｙ３　Ｇａ５　Ｏ１２、　　
Ｇｄ３　Ｇａ５　Ｏ１２等の複合酸化物、あるいはＰＭ
ＭＡ、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。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、蒸着法、ＭＢＥ（分子ビームエピタキシャ
ル：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　　Ｂｅａｍ　　Ｅｐｉｔａｘ
ｉａｌ）法、ＭＯＣＶＤ（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃ　
　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）法、イオンプレーティング法、ＬＢ法、スピンコー
ト法、ディップ法などを用いることができる。

【００１６】本発明のＳＨＧ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（ｎ０Ｓ１　）、
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（ｎ０Ｆ１　）、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（ｎｅＦ２　）が、

【数７】 あるいは、

【数８】 を満たすことが望ましい。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、前記数７ある
いは数８のいずれかを満たす構造でないと第２高調波光
への変換効率が低く実用的でないからである。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
（ｎ０Ｓ１　）、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（ｎ０Ｆ１　）、第２高調
波波長（λμｍ／２）における基板の異常光屈折率（ｎ
ｅＳ２　）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（ｎｅＦ２　）が、

【数９】 あるいは、

【数１０】 を満たすことが好適である。

【００１７】また、本発明のＳＨＧ素子は、薄膜導波層
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。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。前記基本波レーザ
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。

【００１８】本発明のＳＨＧ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。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入手し易い０．６〜１
．３μｍが有利であり、なかでも、０．６８〜０．９４
μｍが実用上好適である。

【００１９】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。その
理由は、前記薄膜導波層の膜厚（Ｔ）が、０．１μｍ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、使用することが困
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、１〜８μｍが
実用上好適である。

【００２０】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ＬｉＮｂＯ３　、α−石英、ＫＴｉＯＰＯ４　（Ｋ
ＴＰ）、β−ＢａＢ２　Ｏ４　（ＢＢＯ），ＫＢ５　Ｏ
８　・４Ｈ２　Ｏ（ＫＢ５　）、ＫＨ２　ＰＯ４　（Ｋ
ＤＰ）、ＫＤ２　ＰＯ４　、ＮＨ４　Ｈ２　ＰＯ４　（
ＡＤＰ）、Ｃ５　Ｈ２　ＡｓＯ４　（ＣＤＡ）、Ｃ５　
Ｄ２　ＡｓＯ４　、ＲｂＨ２　ＰＯ４　（ＲＤＰ）、Ｒ
ｂＨ２　ＡｓＯ４　（ＲＤＡ）、ＢｅＳＯ４　・４Ｈ２
　Ｏ、ＬｉＣｌＯ４　・３Ｈ２　Ｏ、ＬｉＩＯ３　、α
−ＬｉＣｄＢＯ３　、ＬｉＢ３　Ｏ５　（ＬＢＯ）、尿
素、ポリパラニトロアニリン（ｐ−ＰＮＡ）、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
トロベンズアルデヒド　　ヒドラジン（ＮＢＡＨ）、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ＬｉＴａＯ３　、ＬｉＮｂ
Ｏ３　基板上に形成されたＬｉＴａＯ３　薄膜、ＳｉＯ
２　、アルミナ、ＫＴＰ、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＫＤＰ、お
よび類似化合物、ソーダガラス、パイレクッスガラス、
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。

【００２１】前記基板および薄膜導波層用の材料は、Ｎ
ａ，Ｃｒ，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
。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。 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，Ｖなど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。

【００２２】また本発明のＳＨＧ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）／ＳｉＯ２　；２−メチル−４−ニ
トロアニリン（ＭＮＡ）／アルミナ；ＫｉＯＰＯ４　（
ＫＴＰ）／アルミナ；β−ＢａＢ２　Ｏ４　（ＢＢＯ）
／アルミナ；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）／ＳｉＯ２　；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）／ポリメタクル酸メチル（ＰＭＭ
Ａ）；ＬｉＢ３　Ｏ５　（ＬＢＯ）／ＢＢＯ；ＬＢＯ／
アルミナ；ＲｂＨ２　ＰＯ４　（ＲＤＰ）／ＫＨ２　Ｐ
Ｏ４　（ＫＤＰ）；ポリパラニトロアニリン（ｐ−ＰＮ
Ａ）／ＰＭＭＡなどがある。

【００２３】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ＬｉＴａＯ３　単結晶、あるいは　
　ＬｉＮｂＯ３　単結晶基板上に形成されたＬｉＴａＯ
３　単結晶薄膜、薄膜導波層としてＬｉＮｂＯ３　を用
いる組み合わせが好適である。その理由は、前記ＬｉＮ
ｂＯ３　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
、ＬｉＴａＯ３　は、前記ＬｉＮｂＯ３　と結晶構造が
類似しており、前記ＬｉＮｂＯ３　の薄膜を形成しやす
く、また、高品質で安価な結晶を入手し易いからである
。

【００２４】前記基板としてＬｉＮｂＯ３　単結晶基板
上に形成されたＬｉＴａＯ３　単結晶薄膜を使用する場
合、前記ＬｉＮｂＯ３　単結晶基板は、光学グレードで
あることが望ましい。前記光学グレードのＬｉＮｂＯ３
　単結晶基板とは、結晶性が優れ、鉄などの不純物の含
有量２ｐｐｍ以下、屈折率分布１０−４／ｃｍ（局所≦
１０−５）以下、原料純度９９．９９９％以上のものを
指す。前記ＬｉＮｂＯ３　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ＬｉＮｂ
Ｏ３　単結晶基板上にＬｉＴａＯ３　単結晶薄膜を形成
することにより、光学グレードのＬｉＴａＯ３　単結晶
薄膜を得ることができ、この光学グレードのＬｉＴａＯ
３　単結晶薄膜上にＬｉＮｂＯ３　単結晶を形成するこ
とにより、前記ＬｉＴａＯ３　単結晶薄膜の結晶性がＬ
ｉＮｂＯ３　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。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。この
理由は、前記ＬｉＴａＯ３　単結晶薄膜の厚みが０．２
μｍより薄い場合、導波光が漏れてしまい、また、３０
μｍより厚い場合、結晶性が低下してしまうからである
。前記ＬｉＴａＯ３　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。

【００２５】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
。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。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。

【００２６】また、本発明のＳＨＧ素子は、薄膜導波層
上にクラッド層が形成されてなることが望ましい。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、クラッ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ＳＨ
Ｇ素子が得られるからである。また、前記クラッド層は
、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（ピッチング）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。

【００２７】さらに、前記クラッド層は、下記の数式を
満たすことが望ましい。

【数１１】

【数１２】 但し、ｎｏｓ１　：基本波レーザ光波長（λμｍ）にお
ける　　基板の常光屈折率、ｎｏｃ：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、ｎｅｓ
２　：第２高調波波長（λμｍ／２）における　　基板
の異常光屈折率、ｎｅｃ：第２高調波波長（λμｍ／２
）におけるクラッド層の異常光屈折率である。この理由
は、前記クラッド層が、上記数１１、数１２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
重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。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、導波光を閉じ込めることができず、また３０μ
ｍより厚い場合は、クラッド層の結晶性が低下して、光
学的特性が低下し、またクラッ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。前記クラッド層は、０
．５〜１０μｍが好ましく、１〜８μｍが好適である。

【００２８】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、ＺｎＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２　Ｏ３
　、ＰＭＭＡ、ＳｉＯ２　、パイレックスガラス、ソー
ダガラスなどが使用でき、なかでもＺｎＯが好適である
。

【００２９】本発明のＳＨＧ素子は、レーザ光が、ＳＨ
Ｇ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。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、チャンネル型ＳＨＧ素子および、ブロック上に固着
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ＳＨＧ素子のチャンネル部位の
端面が互いに近接するよう、前記ブロックと前記チャン
ネル型ＳＨＧ素子の基板が結合された構造を有し、

【０
０３０】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、前記半導体レーザ素子の中心線
と前記チャンネル型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Δ
Ｚ、前記ベアチップの発光領域の端面と前記チャンネル
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い。

【数１３】

【数１４】

【数１５】 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。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、前記ベアチップの発光領域の端面と前記チャン
ネル型導波路のチャンネ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。

【００３１】ところで前記半導体レーザのベアチップの
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二分する直線を指
す。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
幅と厚みを同時に二分する直線である。前記ΔＸ、ΔＺ
は、正、負の値を取るが、前記半導体レーザのベアチッ
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ΔＸ＝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。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、０．０１μ
ｍを下限とすることが好ましい。半導体レーザの発光部
分の寸法は幅１〜２μｍ、厚さ０．１〜０．４μｍが普
通であるため、上記範囲のチャンネ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
。また、前記チャンネル部位の幅Ｗ、厚みＴは、それぞ
れ、２μｍ≦Ｗ≦１０μｍ、０．４μｍ≦Ｔ≦４μｍで
あることが望ましい。

【００３２】前記ブロックは、シリコン製であることが
望ましい。これは、シ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、化学エッチングなどの加工処理しやすいからである
。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。

【００３３】また、前記半導体レーザのベアチップが接
合されたＳＨＧ素子は、パッケージの中に封入されてい
ることが望ましい。この理由は、パッケージの中に封入
することにより、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。前記パッケージには、第２高調波
光をパッ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。

【００３４】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、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。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。次
に本発明に係る実施例を記載する。

【００３５】

【実施例】実施例１ （１）　　ＲＦスパッタリング法により、厚さ０．５ｍ
ｍのＺカットＬｉＴａＯ３　単結晶基板上に厚さ５００
ÅのＭｇＯ薄膜を形成し、熱拡散法により、ＬｉＴａＯ
３　単結晶表層に１０００Åの厚さで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、Ｍ
ｇ拡散ＬｉＴａＯ３　基板の常光屈折率（ｎ０Ｓ１）は
２．１５１、第２高調波λ／２におけるＭｇ拡散ＬｉＴ
ａＯ３　基板の異常光屈折率（ｎｅＳ２）は２．２６１
となった。この基板上に液相エピタキシャル成長法によ
り基本波レーザ光波長λを０．８３μｍとしたとき常光
屈折率（ｎ０Ｆ１　）が２．２６４、第２高調波におけ
る異常光屈折率（ｎｅＦ２　）が２．２６３であるＭｇ
、Ｎａ（それぞれ６ｍｏｌ％，１ｍｏｌ％）固溶ＬｉＮ
ｂＯ３　単結晶薄膜を成長させた後、表面を鏡面研磨し
、このＬｉＮｂＯ３薄膜を導波路としするスラブ型導波
路を作成した。この薄膜のａ軸の格子定数は、基板のａ
軸の格子定数の９９．９８％で、格子整合されている。

【００３６】（２）　　（１）で得たスラブ型導波路の
膜厚をイオンビームエッチングにより、膜厚２．２３±
０．０５μｍに調整した。

【００３７】（３）　　前記（１）及び（２）で得られ
たスラブ型導波路上にフォトリソグラフィーとＲＦスパ
ッタリングによりＴｉ導波路パターンを形成し、これを
エッチングマスクとして、イオンビームエッチングした
後、Ｔｉエッチングマスクを除去しさらにイオンビーム
エッチングすることにより、幅１０μｍ、膜厚２．５０
±０．０５μｍ、段差１μｍのリッジ型のチャンネル型
導波路を作成した。

【００３８】（４）　　（３）で得られたチャンネル型
導波路の両端面をバ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（ＳＨＧ素子
）とした。

【００３９】（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１４００Å、ＳｉＯ２　薄膜からなる反射防
止膜を作成した。

【００４０】このＳＨＧ素子について前記ＳｉＯ２　薄
膜からなる反射防止膜を形成した端面へ、波長０．８３
μｍ、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°の角度で入射した場合の入射効率
は、６９．０％であった。また、ＳＨＧ変換効率を測定
したところ２１．３％であり、非常に高い効率が得られ
た。

【００４１】実施例２ 本実施例は、基本的には、実施例１と同様であるが、反
射防止膜として、ＭｇＦ２　を、厚さ２５００Åで両端
面に形成した。このＳＨＧ素子について、端面へ、波長
０．８３μｍ、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°の角度で入射した場合の
入射効率は、７０．０％であった。また、ＳＨＧ変換効
率を測定したところ２１．０％であり、非常に高い効率
が得られた。

【００４２】実施例３ 本実施例は、基本的には実施例１と同様であるが、反射
防止膜としてＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）を両
単面に、厚さ８００Åで形成し、ＬｉＴａＯ３　基板お
よび、ＬｉＮｂＯ３　単結晶薄膜に異種元素を含有させ
、ＳＨＧ変換効率を測定した。このＳＨＧ素子の入射効
率は、７１．０±０．５％であった。この結果を表１に
示す。

【００４３】

【表１】

【００４４】比較例１ 本比較例は、基本的には実施例１と同様であるが、入力
、出力部いずれにも反射防止膜を形成しなかった。波長
０．８３μｍ、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°の角度で入射した場合の
入射効率は、５４．０％であった。また、ＳＨＧ変換効
率を測定したところ１８．０％であった。

【００４５】比較例２ 常法に従い、ＲＦスパッタ法により、ＬｉＴａＯ３　基
板上にＬｉＮｂＯ３　単結晶薄膜薄膜を形成し、ＳＨＧ
素子に加工した。入力、出力部いずれにも反射防止膜を
形成しなかった。波長０．８３μｍ、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
角度で入射した場合の入射効率は、１５．０％であった
。また、ＳＨＧ変換効率を測定したところ　　１．０％
であった。

【００４６】

【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、入出射部での反射を抑制できるため、高い入射効
率が期待でき、高出力の第２高調波発生素子が得られる
。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板上に薄膜導波層が形成されてなる
   第２高調波発生素子であって、第２高調波発生素子の入
   力部あるいは出力部の少なくとも一方に反射防止膜が形
   成されてなることを特徴とする第２高調波発生素子。
2. 【請求項２】　　前記反射防止膜は、第２高調波発生素
   子の入力部あるいは出力部の少なくとも一方の端面に直
   接形成されてなる請求項１に記載の第２高調波発生素子
   。
3. 【請求項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（ｎ０Ｓ
   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（ｎ０Ｆ１）、第２高調波波長（λ
   μｍ／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（ｎｅＦ２　）が、 【数１】 あるいは 【数２】 を満たす請求項１に記載の第２高調波発生素子。