JPH04335328A - 第２高調波発生素子の製造方法 - 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、光ディスク装置、レ−
ザプリンタ、その他の光応用装置の光源の短波長化に係
り、とくに波長が約８００ｎｍの半導体レ−ザ光を波長
が約４００ｎｍの青色光に変換するような、導波路型の
第２高調波発生素子（ＳＨＧ，Ｓｅｃｏｎｎｄ　Ｈａｒ
ｍｏｎｉｃ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）とその製造方法、お
よび上記第２高調波発生素子を用いたバルク型光ヘッド
、集積化光ヘッド、ディスク装置、レーザビームプリン
タ等の光情報処理機器用部品と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からレ−ザ光の短波長化により光記
録再生装置における記録密度の向上、レーザビームプリ
ンタにおける高精彩化などが進展するものと期待されて
いるものの、例えば半導体レーザ波長を従来の８００ｎ
ｍから５００ｎｍ以下に短縮するには、従来のレ−ザに
用いられているＩＩＩ−Ｖ族半導体をＩＩ−ＶＩ族半導
体に変更する必要があり簡単なことではなかった。この
ため赤外光例えば波長８００ｎｍの半導体レーザ光（赤
外光）を、光学的非線形性を利用して波長４００ｎｍの
第２高調波に変換する方法が注目されている。

【０００３】このような第２高調波発生素子により第２
高調波を効率よく発生させるためには、基本波と第２高
調波間にエネルギー保存則と運動量保存則とが満足され
る必要がある。ところが一般に光学材料の屈折率は波長
によって変化するため、エネルギー保存則を満足する波
長間では運動量の保存法則が成立しないという問題が発
生するので、基本波と第２高調波間の位相整合をとる必
要があった。上記位相整合とは、第２高調波発生素子内
で発生した無数の第２高調波成分が光導波路内を伝搬す
る過程で互いに同位相で合波されるようにすることであ
る。上記位相整合により、発生した第２高調波成分は互
いに強め合う方向に合成されて出力される。

【０００４】上記位相整合法にはいくつかの方法が提案
されている。例えば、特開昭６１−１８９６４公報には
図４に示すように、ＬｉＮｂＯ３単結晶基板４１上に、
プロトン交換法（ＬｉＮｂＯ３のＬｉイオンとプロトン
を一部置換する方法）により光導波路４２を形成し、そ
の一端面より基板表面と垂直な方向３５へ偏光した基本
波３３を入射し、チェレンコフ放射により発生した基板
表面と垂直な方向３５へ偏光した第二高調波４４を取り
出す方法が提案されている。この方法では第２高調波が
導波路から外へ放射する放射モードであり位相整合は満
足される。

【０００５】また、１９８９年の電子情報通信学会秋季
全国大会予稿集Ｃ−２４９には角度位相整合と称する方
法が報告されている。上記角度位相整合法においては図
３に示すように、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）
基板３１上にマグネシウムをドープしたニオブ酸リチウ
ム（ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３と略称する）を液相成長させ
て形成した光導波路３２を設け、その一端面に基板表面
と垂直なｚ方向に偏光（ＴＥ偏光）した基本波３３を入
射させ、他端面から基板表面と平行なｘ方向に偏光（Ｔ
Ｍ偏光）した第２高調波３４を出射させるようにしてい
る。光導波路３２内を基本波３３が伝播する過程で屈折
率の非線形性により基本波３３は第２高調波３４成分に
変換されていく。このとき、基本波３３と第２高調波３
４成分の伝播速度が等しければ第２高調波成分は常に位
相整合されて出力するので最大の第２高調波出力を得る
ことができる。

【０００６】しかしながら屈折率は一般に光の周波数に
比例して変化するので、上記位相整合条件は満たされな
い。例えば基本波３３と第２高調波３４の偏光方向がと
もにｚ方向であると上記位相整合条件を満たせないので
、図３に示すように第２高調波３４の偏光方向をｘ方向
にして、上記位相整合条件を満たす屈折率がｘ方向に存
在する結晶を用いるようにするのである。すなわち、結
晶の異方性を利用して位相整合を行っている。

【０００７】また、エレクトロニクス、レターズ（Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｌｅｔｔｅｒｓ）第２５巻，第７
３１〜７３２頁には図５に示すように、自発分極を持つ
強誘電体、例えばＬｉＮｂＯ３基板４１上に自発分極方
向を等ピッチで反転させた分極反転層５３と、プロトン
交換法により形成した光導波路５２を設け、光導波路５
２の一端より基板表面とｚ方向に偏光した基本波３３を
入射し、他端より同様にｚ方向に偏光した第２高調波５
６を取り出す方法が提案されている。ここでは、上記自
発分極の反転により光導波路５２内で発生する第２高調
波成分に強弱をつけ、上記自発分極の反転ピッチの長さ
を調節して強い第２高調波成分同志を位相整合して取り
出すようにするのである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記図４に示したチェ
レンコフ放射を用いる方法では、第２高調波４４が三日
月型となるため波面収差が大きく、これを光ディスク装
置等に用いる微小光スポットまで絞り込むことはほとん
ど不可能であった。また、図３に示した従来方法にはＬ
ｉＮｂＯ３のような非線形光学係数の大きな強誘電体材
料を用いるので、第２高調波３４の波長が５００ｎｍ以
下の場合には屈折率の波長分散性により十分に位相整合
することができず青色光が得られないという問題があっ
た。

【０００９】また、基本波３３と第２高調波３４の偏光
方向が直交するため各偏光方向における屈折率の温度係
数が大きく異なり、これにより伝播速度が温度変化して
位相整合条件を崩すので許容温度幅は０．１℃程度に狭
められ、また光導波路３２の膜厚精度には０．０１μｍ
以下というような非現実的な値が要求されるという問題
もあった。一方、図５に示した分極反転格子を用いる第
２高調波発生素子においては、第２高調波は光導波路に
閉じ込められるので出射光を容易に絞り込むことができ
、また、基本波３３と第２高調波５６が同じ方向に偏光
するのでそれぞれの屈折率の温度係数も略等しくなるた
め、図３における許容温度幅０．２℃を約３℃に改善で
きるものの実用的には不十分である上、変換効率の温度
劣化が過大という問題を伴っていた。本発明の目的は、
上記基本波と第２高調波の偏光方向が同じである第２高
調波発生素子の許容温度幅を拡大し、同時に変換効率を
高めることにある。また、上記第２高調波発生素子の製
造方法を提供し、さらにこの第２高調波発生素子を用い
た可視光発生用光源、光ヘッド、光情報記録再生装置等
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、上記光学基板と光導波路の基板表面と垂直な方向の
屈折率温度係数の比を０．９から１．１の範囲に入るよ
うにする。さらに、上記光導波路内では非線形光学係数
が等間隔格子状に交互に反転するようにし、さらに基本
波から第二高調波への変換性能を表す結合係数をＫとし
、基本波の入力パワーをＰ０としたときに，Ｋ√Ｐ０の
値が１０ｍ￣１以上になるようにする。さらに、上記光
学基板にマグネシウムがドープされたニオブ酸リチウム
を用い、上記光導波路にニオブ酸リチウム、または上記
光学基板よりマグネシウムのドープ量が少ないニオブ酸
リチウムを用いるようにする。

【００１１】また第２高調波発生素子を、上記光学基板
の表面の自発分極方向を等間隔で反転させる第１工程と
、光導波層を構成する強誘電体金属酸化物の原料粉末を
フラックスと混合して酸素及び水蒸気雰囲気下で加熱溶
融して得られる溶融体に浸漬し上記光学基板上に金属酸
化膜を液相エピタキシャル成長させる第２工程と、上記
光学基板表面に設けた自発分極部の分極方向を上記金属
酸化膜に転写する第３工程により製造するようにする。 また、上記フラックスをホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ２Ｏ
４）、またはフッ化リチウム（ＬｉＦ）、またはフッ化
カリウム（ＫＦ）とするようにする。

【００１２】

【作用】上記本発明においては、光学基板と光導波路の
基板法線方向の屈折率の温度係数比が０．９〜１．１と
１に近い値に設定することにより、また、基本波から第
二高調波への変換性能を表す結合係数をＫ、基本波の入
力パワーをＰ０としてＫ√Ｐ０の値を１０ｍ￣１以上の
大きな値に設定することにより第２高調波発生素子許容
温度幅が拡大し、また、その変換効率が向上する。また
、具体的には上光学基板をＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３、光導
波路をＬｉＮｂＯ３または、上記光学基板よりマグネシ
ウムのドープ量が少ないＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３材とする
ことにより上記１に近い屈折率の温度係数比が得られる
。また、上記光導波路の金属酸化膜の液相エピタキシャ
ル成長により、光導波路内に断面形状が矩形の分極反転
格子が高精度に作製され、これにより上記結合係数Ｋの
値が高まり、同時に上記温度許容幅が広がる。

【００１３】

【実施例】

〔実施例　　１〕図１は本発明による第２高調波発生素
子実施例の斜視図である。図１において、リッジ型の光
導波路４に入射される基本波５、および光導波部４より
出射する第２高調波６は図６に示した従来素子の場合と
同様に基板１表面に対してともに垂直方向（Ｃ軸方向）
に偏光している。したがって、本発明は図５に示すよう
な表面が平坦な構造にも適用することができる。しかし
以下においては説明の明快化のため図１のリッジ型につ
いて説明を進めることにする。表面が＋ｃ面である５ｍ
ｏｌ％ＭｇＯドープのＺｃｕｔＬｉＮｂＯ３単結晶基板
１上に通常は自発分極が上向きの１ｍｏｌ％ＭｇＯドー
プＬｉＮｂＯ３単結晶薄膜２が設けられる。薄膜２上に
は薄膜２と同一材質の光導波路４が設けられ、光導波路
４内には薄膜２とは分極方向が逆（下向き）の分極反転
格子３が設けられている。

【００１４】図２は図１における光導波路４の断面図で
ある。図５に示した従来装置においては分極反転層５３
は三角波状の層状断面を有していたが、本発明では基本
波から第２高調波への変換効率を高めるために、分極反
転部は図２の３のように矩形断面の格子状となっている
。したがって、３を分極反転格子と名付ける。Ｊｏｕｒ
ｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ誌、第
４０巻、第２号、７２０〜７３４頁においてＭ．Ｄｉｄ
ｏｍｅｎｉｃｏ　Ｊｒ．らは、上記ＬｉＮｂＯ３やＬｉ
ＴａＯ３等の空間群Ｒ３ｃに属する強誘電体結晶では、
自発分極の向きが反転すると非線形光学係数の符号も反
転することを報告している。従って、上記光導波路４内
では分極反転格子３の存在により非線形光学係数が周期
的に反転するので、分極反転格子３部で第２高調波が発
生し、その偏光方向は基本波と同一方向となるのである
。また、分極反転格子３のピッチΛを適正化することに
より各分極反転格子部で発生した第２高調波成分を同位
相で合波することができるのである。

【００１５】しかし、光導波路４内各部の屈折率の温度
変化により上記分極反転格子３間の最適ピッチΛが変る
ため上記位相整合条件が崩れて変換効率ηが低下すると
いう問題が発生する。本発明の目的は上記温度劣化を低
減することにある。以下、分極反転格子の変換効率ηと
位相整合条件、とくにその温度依存性について理論的に
考察して上記温度特性を改善する条件を明らかにする。

【００１６】式（１）および式（２）はそれぞれ、図１
の光導波路４内におけるｚ方向に偏光した平面波（波長
λ、角周波数ω＝２πｃ／λ）である基本波５と第２高
調波６のｚ方向電場成分を一般的に表現したものである
。

【数２】

【数３】 ただし、Ｎ（λ）、Ｎ（λ／２）等は、それぞれ光導波
路４内における基本波５および第２高調波６に対する実
効屈折率、ｃ．ｃはその前の指数項の複素共役項（Ｃｏ
ｍｐｌｅｘ　Ｃｏｎｊｕｇａｔｅ）である。式（１）の
Ａ（ｙ）と式（２）におけるＣ（ｙ）は上記基本波５と
第２高調波６のｙ方向（進行方向）における振幅変化を
表し、光導波路４の光学非線形性による上記基本波と第
２高調波電場間の結合によって規定される。

【００１７】式（３−１）と式（３−２）は上記Ａ（ｙ
）とＣ（ｙ）のｙ方向変化率でありＭａｘｗｅｌｌ方程
式から導かれる。

【数４】 ここで指数項の中身である４π／λ（Ｎ（λ／２）−Ｎ
（λ））が位相の不整合量Δβを表している。また、数
４中の積分項は重なり積分とよばれ、素子の第２高調波
発生効率を支配する重要な項である。

【００１８】また、ｄ（ｘ，ｙ，ｚ）は非線形光学係数
であり、本発明のようにｄ（ｘ，ｙ，ｚ）の符号がｙ方
向にピッチΛで反転するようになっていると式（４）の
ようにフーリエ級数に展開することができる。

【数５】 また、フーリエ次数Ｍ＝−１の場合に周期Λを式（５）
のように選ぶと位相整合が実現する。

【数６】

【００１９】周期Λを上記のように決定しても、屈折率
Ｎ（λ／２）、Ｎ（λ）等の温度変化により式（５）の
整合条件が崩れ、上記Δβがゼロではなくなる。Δβが
ゼロでないときの基本波から第２高調波への変換効率η
は、式（３）からヤコビの楕円関数を用いて式（６）の
ように導かれる。

【数７】 Ｌは素子長、Ｐ０は入射基本波パワー、Ｋは基本波から
第２高調波への変換性能を表す結合係数で式（７）のよ
うに表される。

【数８】

【００２０】式（６）の楕円関数は、Ｋ√Ｐ０Ｌνが小
さいときには式（８−１）、（８−２）のように冪級数
に展開できる。

【数９】 式（８−２）より、位相整合が取れているΔβ＝０の場
合には、効率ηはほぼ結合係数ｋの２乗に比例し、また
、入射パワーＰ０に比例することがわかる。また、位相
整合が不完全な場合には、式（８−２）の第２項以下が
大きくなって、効率ηが低下し、同時にΔβの温度変動
の影響が強くなることがわかる。したがって変換効率η
の温度変動を低減するには、第１に大きな変換効率ηが
得られる構造を採用することが重要である。このため本
発明では図５に示した従来の分極反転層５３の替わりに
図１に示した矩形断面形状を有する分極反転格子３を採
用している。このようにすると変換効率ηを高めたうえ
温度変動を低減出来るという２重の効果を得ることがで
きる。

【００２１】このような本発明の効果は上記式（１）〜
（８）に示したように、非線形光学係数の分極反転格子
を有する第２高調波発生素子の特性を理論的に解析して
詳しく考察したことから見出されたのである。以下、変
換効率ηの温度特性を更に詳しく解析して、温度変動幅
を実用的な範囲内に抑えることのできる条件を明らかに
する。なお、以下の解折は一例として、基板１としてマ
グネシウムが５ｍｏｌ％ドープされたＺｃｕｔＬｉＮｂ
Ｏ３を用い、光導波路４にはマグネシウムが１ｍｏｌ％
ドープされたＬｉＮｂＯ３薄膜を用い、その厚さを２μ
ｍ、幅を３μｍとした。基本波５の波長λは８３０ｎｍ
、したがって第２高調波の波長は４１５ｎｍである。 また、位相整合の次数Ｍは１である。入力光パワーＰ０
＝４０ｍＷのとき、式（６）、（８）等の中のＫ√Ｐ０
の値は８８ｍ￣１となる。

【００２２】図６は式（６）から計算した変換効率ηの
温度特性である。パラメータｒは式（９）に示すように
基板の基板表面に垂直な方向（ｚ方向）の屈折率の温度
係数と、光導波層の基板表面に垂直な方向の屈折率の温
度係数の比である。ｒが１に近いほど変換効率ηは温度
の影響を受けにく、また、ｒが減少するにつれて温度影
響が急速に強まることがわかる。図７は変換効率ηを８
０％に保つ際に許容し得る温度許容幅ΔＴと上記屈折率
の温度係数比ｒ（式９）との関係を求めたものである。 これより例えば１０℃以上の温度許容幅を得ようとする
と、ｒを略０．９〜１．１の範囲内に納める必要がある
ことがわかる。

【００２３】図３に示した従来の異方性モ−ド変換にお
いては上記温度許容幅は通常±０．１℃程度であった。 これに対し本発明では上記のようにｒを０．９〜１．１
として温度許容幅を±１０℃と略１００倍以上に広げる
ことが容易である。また、上記±１０℃の温度許容幅は
第２高調波素子を空調された室内で動作させる場合には
比較的容易に満たし得る値であり、また、空調されない
場合には簡単な温度調節装置に経済的に制御でき、実用
的に見て妥当な許容幅である。図８はｒ＝１の場合のＫ
√Ｐ０と温度許容幅の関係を示す。図８よりＫ√Ｐ０が
大きいほど温度許容幅が大きいことがわかるが、特にＫ
√Ｐ０の値を１０ｍ￣１以上とすれば、温度許容幅を大
きく拡大できる。

【００２４】以上のように、温度許容幅が大幅に拡大し
た理由は、以下の二点である。 （１）まず第一に、屈折率の温度係数の比が１にきわめ
て近いことである。例えば、従来例の図３の角度整合型
の素子では、基板と光導波層の屈折率の温度係数比は１
０にも達し、このため温度の許容幅が極めて狭かったの
である。 （２）第二に、Ｋ√Ｐ０の値が極めて大きいことが上げ
られる。数８から明らかなように、同一のΔβに対し、
Ｋ√Ｐ０の値が大きいほど、効率低下へのΔβの効果は
減殺される。従来の、例えば図５の素子では、Ｋ√Ｐ０
の値は１から５ｍ￣１程度であり、このため温度許容幅
は、あまり広くはなかったのである。これに対して本発
明では断面形状が矩形の分極反転層３を用いるので上記
Ｋの値を高めることができ、さらにこれにより変換効率
が向上して損失が減るので、基本波入力Ｐ０の値を増加
することができるようになるのである。

【００２４】図９−１、図９−２は液層エピタキシャル
成長法を用いた上記第２高調波発生素子の製造工程図で
ある。まず、基板の分極反転格子の作製を行った。図９
−１（ａ）にしめすように上記基板１上に５ｎｍ厚にス
パッタリングしたＴｉ膜をホトリソグラフィとエッチン
グにより、ピッチが２．５から３．５μｍまで０．１μ
ｍずつ異なる１１種類のパターンを作製し、その中から
後に決定される最適ピッチのパタ−ンを選定できるよう
にした。次いで図９−１（ｂ）に示すように熱処理炉９
２にて１０４０℃、３０分の熱処理を行い、約１μｍの
分域反転域３を形成した。なお、熱処理炉９２内の雰囲
気ガスには８０℃の純水中を通した酸素ガスとアルゴン
ガスを用い酸化リチウムの外拡散を防止するようにした
。

【００２５】次に図９−１（ｃ）に示すように、＋ｃ面
が光学研磨された５ｍｏｌ％ＭｇＯドープのＺｃｕｔＬ
ｉＮｂＯ３単結晶基板１上に１ｍｏｌ％ＭｇＯドープＬ
ｉＮｂＯ３薄膜２を２．５μｍ厚にエピタキシャル成長
させた。上記エピタキシャル材には炭酸リチウムＬｉ２
ＣＯ３、硼酸Ｈ３ＢＯ３、五酸化ニオブＮｂ２Ｏ５、酸
化マグネシウムＭｇＯ等の混合粉末を酸素および水蒸材
雰囲気内で略１２００℃、３時間加熱して均一に溶融さ
せたときに、薄膜２の１ｍｏｌ％ＭｇＯドープＬｉＮｂ
Ｏ３が２０ｍｏｌ％、フラックス材となる硼酸リチウム
Ｌｉ２Ｂ２Ｏ４が８０ｍｏｌ％となるように各成分を調
整したものをもちいる。

【００２６】薄膜２は上記溶融体を６０℃／ｈの冷却速
度で８００℃まで冷却してから＋ｃ面が光学研磨された
上記基板１を浸漬し、次いで上記溶融体から取り出し電
気炉中で３０℃／ｈで室温まで徐冷して生成する。ＥＰ
ＭＡによってＭｇの含有率を調べたところ、ほぼ１ｍｏ
ｌ％であった。なお、上記フラックス材料の添加量は７
０から９０ｍｏｌ％の範囲が望ましい。浸漬時間は膜厚
０．５〜３μｍに対て１０〜３０分である。またフラッ
クス材には上記硼酸リチウムの他にフッ化リチウムＬｉ
Ｆ、フッ化カリウムＫＦ、五酸化バナジウムＶ２Ｏ５等
を用いることもできる。

【００２７】次いで図９−２（ｄ）に示すように基板１
を水蒸気を含む酸素雰囲気内でアニールして酸素の欠損
を補い、次いで図９−２（ｅ）に示すように薄膜２上に
光導波路を蔽う３μｍ幅のホトレジストマスク９３を設
け、図９−２（ｆ）に示すようにホトレジストマスク９
３の上からイオンミリングにより薄膜を２μｍエッチン
グし、その後ホトレジストを除いて光導体波路４を作製
する。なお、上記イオンミリング用の装置は、円錐状の
空洞真空容器の外周に複数の永久磁石を配したプラズマ
室にてイオンを生成して、加速電極、減速電極、接地電
極等により引きだされる構造であるため、空間密度分布
が一様なイオンを指向性高く取り出すことでき、これに
よりエッチング精度を高めることができるようになって
いる。

【００２８】上記基板１の光導波路４に基板表面と垂直
方向に偏光した波長８３０ｎｍのＴｉ−Ｓレーザ光を入
射させ、同じ方向に励振された電場を有するＴＭモード
の実効屈折率Ｎ（λ）を測定したところ２．１６８６で
あった。波長４１５ｎｍの色素レーザを入射して同様の
測定を行ったところ二本のモードが励振され、低次モー
ドの実効屈折率Ｎ（λ／２）は２．３０１６であった。 また、８３０ｎｍの光に対する光伝搬損失をカットバッ
ク法により測定したところ１ｄＢ／ｃｍであった。この
ように光伝搬損失が低くなる第一の理由は、薄膜２が上
記液相エピタキシャル成長により化学量論的組成にきわ
てて近い高品質に生成されたためであり、第二の理由は
上記イオンミリングを指向性高く行った結果、光導波路
４の側壁部が極めて高精度に加工できたためである。

【００２９】上記基本波と第２高調波の屈折率を用い、
Ｍ＝１として式（４）より分極ピッチΛを求めると約３
．１μｍとなる。したがって、ピッチΛが３．１μｍの
試料を光導波路長１０ｍｍに切り出し、Ｔｉ−Ｓレーザ
光（基本波）を入射し、第２高調波の発生効率を測定し
た。試料を銅ブロックに搭載してペルチェ素子によりそ
の温度を制御できるようにした。上記銅ブロックの温度
を２５℃に設定し、最大の第２高調波発生効率が得られ
るように基本波波長を設定すると、基本波入力４０ｍＷ
に対して２ｍＷの第２高調波出力が得られ、フレネル反
射損失を含めるとその効率は６．８％となった。式（６
）から計算される効率は４０％であるから上記６．８％
は理論値の約１／６になる。この不一致の原因は、式（
６）では光伝搬損失を無視しているためと考えられ、光
伝搬損失を０．５ｄＢ／ｃｍとすると上記効率は１５％
となる。

【００３０】上記数値を基にして効率が基本波入力に比
例して増加する点を勘案すると、例えば出力２００ｍＷ
の大出力半導体レーザを結合効率５０％で光導波路４へ
結合した場合には変換効率ηは１７％、すなわち１７ｍ
Ｗの第二高調波出力が得られることになり、光磁気型光
ディスクや相変化型光ディスクの書き込み、再生用に十
分な大きさの短波長光源が得られることになる。図１０
は上記ペルチェ素子により基板温度を変化させた場合の
上記変換効率ηの測定結果である。これより変換効率η
が８０％に低下する温度幅は２５℃を中心にして約±１
０℃であった。この値は図６のｒ＝１における温度幅よ
り小さいもののｒ＝０．９に対する値よりは可成大きい
。この理由は、本発明では基板１と光導波路４はともに
ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３であり、それぞれの基板表面に垂
直な方向の屈折率の温度係数がほぼ等しいことと、Ｋ√
Ｐ０の値が従来の素子に比べて大きくなったため式（４
）に示した位相整合条件の温度変化が少なくなったため
と考えられる。

【００３１】この結果、従来の第二高調波発生素子に較
べて上記許容温度範囲がを約１００倍に広げることがで
きたのである。図１１に示した本発明の第２高調波発生
素子は図１２のように実装して小形可視光光源として使
用する。出力約１００ｍＷ、波長８３０ｎｍの大出力半
導体レーザ１１１のレーザ光はレンズ系１１２により第
２高調波発生素子１１３の光導波部端面に集光され、波
長４１５ｎｍの第２高調波は出射面１１５より出射しコ
リメートレンズ系１１６により平行光にされる。なお入
射面１１４には反射防止膜がコーティングされ、出射面
１１５には波長８３０ｎｍの基本波をカットするコーテ
ィングが施されている。

【００３２】〔実施例　　３〕図１２は上記図１１の可
視光光源を搭載した追記型光ディスク用ヘッドの一例の
構成図である。上記小形可視光光源１２１の出射光は偏
光ビームスプリッタ１２２を透過し、λ／４波長板１２
３により円偏光に変換され対物レンズ１２４により光デ
ィスク１２５に集光される。光ディスク１２５からの反
射光は偏光ビームスプリッタ１２２により反射され、集
光レンズ１２６により集光され、ハーフミラー１２７で
二分割される。２分割された光の一方は２分割ホトセン
サ１２８に導かれ光ディスクのトラッキング誤差信号に
変換される。２分割された光の他方は４分割ホトセンサ
１２９に導かれフォーカシング誤差信号と再生信号に変
換される。

【００３３】〔実施例　　４〕図１３は図１１の可視光
光源を搭載した光磁気ディスク用ヘッドの一例の構成図
である。上記可視光光源１２１の出射光は偏光ビームス
プリッタ１３２を通過し、反射プリズム１３３で立ち上
げられ、対物レンズ１３４で光ディスク１３５上に集光
される。１３６は書き込み、消去用の磁気コイルである
。 ディスク面１３５からの反射光は偏光ビームスプリッタ
１３２で反射され、λ／２波長板１３７を通過して集光
レンズ１３８により集光され、偏光ビームスプリッタ１
３９により２分割される。２分割された光の一方は２分
割フォトセンサ１３１０に入力されトラッキング誤差信
号に変換される。２分割された光の他方は４分割フォト
センサ１３１１上に導かれてフォーカシング誤差信号と
光磁気再生信号に変換される。上記可視光光源１２１は
ヘッド光学系を適宜変更することにより、再生専用型光
ディスクや相変化型光ディスクにも適用することができ
る。

【００３４】〔実施例　　５〕図１４は上記実施例３ま
たは実施例４の光ヘッドを用いた光情報記録再生装置１
４４の概略構成図である。アクチュエータ１４２に搭載
された光ヘッド１４１は光記録媒体１４５からの光情報
を電気信号に変換して信号処理手段する。この光情報記
録再生装置においては本発明の第２高調波変換素子が生
成する青色光を用いることができるので、ディスク上の
スポット径を０．５μｍに小さくできるので記録密度を
従来の４倍に高めることができる。また、第２高調波発
生素子の温度変動が僅少であるため従来装置では省くこ
とができなかった温度制御系を不必要になり、このため
システムが簡単化されて経済化されると同時に、光ヘッ
ドが小型軽量化されるのでアクセス時間を短縮すること
ができる。

【００３５】

【発明の効果】光学基板をＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３、光導
波路をＬｉＮｂＯ３または、上記光学基板よりマグネシ
ウムのドープ量が少ないＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３材とする
ことにより基板法線方向の屈折率の温度係数比を０．９
〜１．１と１に近い値に設定でき、また、基本波から第
２高調波への変換性能を表す結合係数をＫ、基本波の入
力パワーをＰ０としてＫ√Ｐ０の値を１０ｍ￣１以上の
大きな値に設定できるため、許容温度幅を従来の屈折率
異方性を利用したモ−ド変換素子の０．１℃に較べて１
００倍以上の１０℃に拡大した第２高調波発生素子を提
供することができる。また、上記光導波路の金属酸化膜
の液相エピタキシャル成長により、光導波路内に断面形
状が矩形の分極反転格子が高精度に作製できるので、基
本波から第２高調波への変換係数と高めることができる
。また、上記第２高調波発生素子を用いて光ディスクの
短波長記録を可能にする波長が４００ｎｍ帯のレ−ザ光
源装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第２高調波発生素子の斜視図であ
る。

【図２】図１の第２高調波発生素子の断面図である。

【図３】従来のモード位相整合法を用いた第２高調波発
生素子の斜視図である。

【図４】従来のチェレンコフ位相整合法を用いた第２高
調波発生素子の斜視図である。

【図５】従来の分極反転を用いた第２高調波発生素子の
斜視図である。

【図６】本発明による第２高調波発生素子の変換効率の
温度特性例である。

【図７】本発明による第２高調波発生素子の屈折率温度
係数比と温度許容幅の関係図である。

【図８】本発明による第２高調波発生素子の結合係数と
温度許容幅の関係図である。

【図９−１】本発明による第２高調波発生素子の製造工
程図である。

【図９−２】本発明による第２高調波発生素子の製造工
程図である。

【図１０】本発明による第２高調波発生素子の温度特性
測定結果である。

【図１１】本発明による第２高調波発生素子の外観図で
ある。

【図１２】本発明による第２高調波発生素子を用いた可
視光光源の構成図である。

【図１３】図１１の可視光光源を用いた追記型光ディス
クヘッドの構成図である。

【図１４】図１１の可視光光源を搭載した光磁気型光デ
ィスクヘッドの構成図である。

【図１５】光情報記録再生装置の構成図である。

【符号の説明】

１　　基板 ２　　薄膜 ３　　分極反転格子 ４　　光導波路 ５　　基本波 ６　　第２高調波 １１１　　レ−ザダイオ−ド １１３　　第２高調波発生素子 １２１　　可視光光源 １２２、１３２　　偏光ビームスプリッタ１２４、１３
４　　対物レンズ １４１　　光ヘッド １４５　　光記録媒体

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光学基板上に該光学基板より高い屈折
   率を有する光導波路を備えた第２高調波発生素子におい
   て、上記光学基板と光導波路の基板表面と垂直な方向の
   屈折率の温度係数の比を０．９から１．１の範囲にした
   ことを特徴とする第２高調波発生素子。
2. 【請求項２】　　請求項１において、上記光導波路は非
   線形光学係数が交互に反転する部分を等間隔に設けて構
   成され、さらに基本波から第２高調波への変換性能を表
   す結合係数をＫとし、基本波の入力パワーをＰ０とした
   ときに，Ｋ√Ｐ０の値を１０ｍ￣１以上つするようにし
   たことを特徴とする第２高調波発生素子。ただし、前記
   結合係数Ｋは 【数１】 とする。
3. 【請求項３】　　請求項１または２において、上記光学
   基板をマグネシウムがドープされたニオブ酸リチウムと
   し、上記光導波路をニオブ酸リチウム、または上記光学
   基板よりマグネシウムのドープ量が少ないニオブ酸リチ
   ウムとするようにしたことを特徴とする第２高調波発生
   素子。
4. 【請求項４】　　光学基板の表面に非線形光学係数が交
   互に反転する部分を等間隔に隣接して設けた光導波路を
   有する第２高調波発生素子の製造方法において、上記光
   学基板の表面の自発分極方向を等間隔で反転させる第１
   工程と、上記第１工程を経た上記光学基板を、光導波層
   を構成する強誘電体金属酸化物の原料粉末をフラックス
   と混合して酸素及び水蒸気雰囲気下で加熱溶融して得ら
   れる溶融体に浸漬し、上記光学基板上に金属酸化膜を液
   相エピタキシャル成長させる第２工程と、上記光学基板
   表面に設けた自発分極部の分極方向を上記金属酸化膜に
   転写する第３工程とを備えたことを特徴とする第２高調
   波発生素子の製造方法。
5. 【請求項５】　　請求項４において、上記フラックスを
   ホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ２Ｏ４）、またはフッ化リチ
   ウム（ＬｉＦ）、またはフッ化カリウム（ＫＦ）とした
   ことを特徴とする第２高調波発生素子の製造方法。
6. 【請求項６】　　波長７８０ｎｍから１１００ｎｍの近
   赤外半導体レーザ光源と、上記レーザ光源の出射光を集
   光するレンズ系と、光学基板上に光導波路を備え、上記
   光学基板上と光導波路の光学基板表面と垂直な方向の屈
   折率の温度係数の比を０．９から１．１の範囲にした第
   ２高調波発生素子と、上記レーザ光源の出射光を集光し
   て上記光導波路に入射するレンズ系とを備えたことを特
   徴とする光記録媒体の記録、再生装置用の第２調波発生
   素子を用いた光源装置。