JPH0572590A - Second harmonic wave generating element - Google Patents

Second harmonic wave generating element

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JPH0572590A
JPH0572590A JP26256891A JP26256891A JPH0572590A JP H0572590 A JPH0572590 A JP H0572590A JP 26256891 A JP26256891 A JP 26256891A JP 26256891 A JP26256891 A JP 26256891A JP H0572590 A JPH0572590 A JP H0572590A
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JP
Japan
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thin film
refractive index
single crystal
shg
waveguide layer
Prior art date
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Application number
JP26256891A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsushi Ono
哲史 大野
Yasuji Hiramatsu
靖二 平松
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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 obtain the SHG element which can be easily produced and has high conversion efficiency. CONSTITUTION:The surface roughness Rmax of the thin-film waveguide layers 3 of the second harmonic generating element constituted by forming the thin-film waveguide layers 3 consisting of the single crystal of LiNO3, on an LiTaO3 substrate 1 is specified within the 10 to 10000Angstrom range. The substrate 1 and the thin-film waveguide layer 3 are so constituted as to attain lambda=0.80 to 1.15mum, noS1=2.08 to 2.17, neS2=209 to 2.30, noF1=2.20 to 2.27, and neF2=2.19 to 2.35 when the ordinary light refractive index of a basic wave laser beam of a wavelength lambda is designated as (noS1), the ordinary light refractive index of the substrate 1 when the second harmonic wave of lambda/2 is generated is designated as (noS2), the ordinary light refractive index of the thin-film waveguide layer 3 of the basic wave laser beam of the wavelength lambda is designated as (noF1), and the extraordinary light refractive index of the thin-film waveguide layer 3 when the second harmonic wave of lambda/2 is generated is designated as (neF2).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、作製の容易な高い変換
効率をもつ薄膜導波路型第2高調波発生素子(以下、
「SHG素子」と略記する)に関し、特に、LiTaO
3 基板上に、表面粗度Rmax が10〜10000 Aの範囲内で
あるLiNbO3 単結晶薄膜導波層を形成する点に特徴
の一端があるSHG素子を提案する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film waveguide type second harmonic wave generating element (hereinafter
Abbreviated as “SHG element”), especially LiTaO
We propose an SHG device, which is characterized in that a LiNbO 3 single crystal thin film waveguide layer having a surface roughness Rmax in the range of 10 to 10,000 A is formed on 3 substrates.

【0002】SHG素子は、入射した波長λのレーザを
光学結晶材料の非線形光学効果を利用してλ/2の波長
に変換して出力する素子のことである。このSHG素子
によれば、出力光の波長を1/2に変換できることか
ら、光ディスクメモリやCDプレーヤ等に応用した場
合、記録密度を4倍に上げることができる。また、レー
ザプリンタやフォトリソグラフィー等に応用した場合、
高い解像度を得ることができるものである。
An SHG element is an element that converts an incident laser beam having a wavelength λ into a wavelength of λ / 2 by utilizing a non-linear optical effect of an optical crystal material and outputs it. According to this SHG element, the wavelength of the output light can be converted to 1/2, so that when applied to an optical disk memory, a CD player or the like, the recording density can be increased four times. When applied to laser printers, photolithography, etc.,
It is possible to obtain high resolution.

【0003】[0003]

【従来の技術】従来、かかるSHG素子としては、高出
力のガスレーザを励起源とし、非線形光学結晶材料のバ
ルク単結晶を用いたものが知られていた。ところで近
年、光ディスク装置やレーザプリンタ等においては、装
置全体を小型化する要請が強くなってきたが、上述のよ
うなガスレーザは、光変調のため外部に変調器が必要で
あることから、小型化に適していない。このような事情
から、最近では、直接変調が可能で、ガスレーザに比べ
て安価で取扱の容易な半導体レーザを使用するSHG素
子が注目を浴びている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as such an SHG element, one using a high-output gas laser as an excitation source and using a bulk single crystal of a nonlinear optical crystal material has been known. By the way, in recent years, in optical disk devices and laser printers, there has been a strong demand for downsizing the entire device. However, since the gas laser as described above requires an external modulator for optical modulation, downsizing can be achieved. Not suitable for. Under such circumstances, the SHG element using a semiconductor laser, which is capable of direct modulation and is cheaper and easier to handle than a gas laser, has recently attracted attention.

【0004】一方で、半導体レーザを励起源とするもの
の場合であっても、この半導体レーザの出力は数mWか
ら数十mWと小さい。このことから、SHG素子につい
ては高い変換効率が期待できる薄膜導波路型のものへの
要求が高い。すなわち、薄膜導波路を用いたSHG素子
は、1.薄膜導波路内に限られるから光パワー密度を高
められること、2.光波が薄膜導波路内に閉じ込めら
れ、広がらないために、長い距離にわたって相互作用を
行わせ得ること、3.バルクでは、位相整合できない物
質でも薄膜のモード分散を利用することにより位相整合
ができること、などの利点を有する。
On the other hand, even when a semiconductor laser is used as an excitation source, the output of this semiconductor laser is as small as several mW to several tens mW. For this reason, there is a strong demand for a thin film waveguide type SHG element that can be expected to have high conversion efficiency. That is, the SHG element using the thin film waveguide is 1. 1. It is possible to increase the optical power density because it is limited to the inside of the thin film waveguide. 2. The ability to interact over long distances because the light waves are confined in the thin film waveguide and do not spread. The bulk has an advantage that even a substance that cannot be phase-matched can be phase-matched by utilizing mode dispersion of a thin film.

【0005】この点、従来から知られている薄膜導波路
用材料, すなわち、非線形光学効果を持ち、SHG素子
に使用することのできる非線形光学結晶材料としては、
LiNbO3 、LiTaO3 、KNbO3 、KTiOP
4 (KTP)、Ba2 NaNb5 15 (BNN)、
3 Li2 Nb5 15(KLN)、Ba2 LiNb5
15(BLN)、ZnO、KTax Nb1 -x3 (KT
N)、LiIO3 、Srx Ba1 -xNb2 6 (SB
N)、BaTiO3、PbTiO3 、KH2 PO4 (K
DP)、KD2 PO4 (KD* P)、NH4 2 PO4
(ADP)、InPS4 、β−BaB2 4 (BB
O)、 LiB3 5(LBO)などがあり、なかでも
LiNbO3 は非線形光学定数が高く、材料として最も
適しているものの1つとして知られている。
In this respect, as a conventionally known thin film waveguide material, that is, a nonlinear optical crystal material having a nonlinear optical effect and usable for an SHG element,
LiNbO 3 , LiTaO 3 , KNbO 3 , KTiOP
O 4 (KTP), Ba 2 NaNb 5 O 15 (BNN),
K 3 Li 2 Nb 5 O 15 (KLN), Ba 2 LiNb 5 O
15 (BLN), ZnO, KTa x Nb 1 -x O 3 (KT
N), LiIO 3 , Sr x Ba 1 -x Nb 2 O 6 (SB
N), BaTiO 3 , PbTiO 3 , KH 2 PO 4 (K
DP), KD 2 PO 4 (KD * P), NH 4 H 2 PO 4
(ADP), InPS 4 , β-BaB 2 O 4 (BB
O), LiB 3 O 5 (LBO) and the like. Among them, LiNbO 3 has a high nonlinear optical constant and is known as one of the most suitable materials.

【0006】[0006]

【従来技術の問題点】ところで、薄膜導波路用材料とし
て好適な前記LiNbO3 単結晶を使用して薄膜導波路
層を形成する方法としては、従来、LiNbO3 のバル
ク単結晶にTi拡散、プロトン交換、外拡散等の処理を
施して屈折率を変化せしめた層を形成する方法が知られ
ている。しかし、これら既知の方法で得られる薄膜導波
路層は、この導波路部分の結晶性劣化に起因して非線形
光学定数が低下し、しかもこの導波路層とバルク単結晶
層との屈折率の境界が明確でないことから、光波が導波
路から拡がり易く、光エネルギーを集中させ難いため、
特に高い変換効率を得ることが困難であるという問題が
あった。
2. Description of the Related Art A method for forming a thin film waveguide layer using the LiNbO 3 single crystal suitable as a material for a thin film waveguide has heretofore been known as a method for forming Ti thin film on a bulk single crystal of LiNbO 3 and a proton. There is known a method of forming a layer whose refractive index is changed by performing treatments such as exchange and outdiffusion. However, in the thin-film waveguide layer obtained by these known methods, the nonlinear optical constant is reduced due to the crystallinity deterioration of this waveguide portion, and moreover, the boundary of the refractive index between this waveguide layer and the bulk single crystal layer is Is not clear, it is easy for light waves to spread from the waveguide, and it is difficult to concentrate light energy.
There is a problem that it is difficult to obtain particularly high conversion efficiency.

【0007】このため、本発明者らは、LiNbO3
結晶を使用し、波長 0.6〜0.94μmのレーザ光源を用い
て、基本波レーザ光と第2高調波光との位相整合が得ら
れる組合せについて種々検討し、特定の屈折率を有する
LiTaO 3結晶と、その表面に特定の屈折率を有する
LiNbO3 単結晶薄膜を導波層として組み合わせた構
造で位相整合が可能となる条件を見出し、先に特願平1
−289599号および特願平1−289600号とし
て出願した。
For this reason, the present inventors have found that LiNbO3single
Use a crystal and a laser light source with a wavelength of 0.6 to 0.94 μm
Phase matching between the fundamental laser light and the second harmonic light is obtained.
Have a specific refractive index by examining various combinations
LiTaO 3 crystal with specific refractive index on its surface
LiNbO3A structure in which a single crystal thin film is combined as a waveguiding layer.
First, we found the conditions that enable phase matching by manufacturing,
-289599 and Japanese Patent Application No. 1-289600
Applied.

【0008】ところで、近年、グリーンレーザに関する
研究が活発化しており、半導体レーザ励起Nd:YAG
レーザあるいは半導体レーザ励起NYABレーザとKT
P単結晶あるいはKNbO3 単結晶とを組み合わせた内
部共振型によるグリーンレーザの開発が報告されてい
る。(例えば、久保田;エレクトロニクス、Vol.36, N
o. 4、79−82(1991)、天野、横山ら;レーザ研究、V
ol.18,No. 8, 634 −638 (1990)、天野、横山ら;
電子情報通信学会技術研究報告、Vol.90, No. 78(OQ
E90−30−47),41−46(1990)など)
By the way, in recent years, research on green lasers has become active, and semiconductor laser pumped Nd: YAG
Laser or semiconductor laser pumped NYAB laser and KT
Development of an internal resonance type green laser in which a P single crystal or a KNbO 3 single crystal is combined has been reported. (For example, Kubota; Electronics, Vol.36, N
o. 4, 79-82 (1991), Amano, Yokoyama et al .; Laser Research, V
ol. 18, No. 8, 634-638 (1990), Amano, Yokoyama et al .;
IEICE Technical Report, Vol.90, No. 78 (OQ
E90-30-47), 41-46 (1990), etc.)

【0009】このグリーンレーザは、近赤外線レーザ等
に使用されている光センサの感度と同じ波長域にあるた
め、例えば、レーザディスクシステム等への適用に当た
っても大きな変更を必要とせず、単に光源をグリーンレ
ーザとするだけでよく、それだけで高密度記録が可能と
なる。また、レーザを利用した次世代高品位デイスプレ
イ装置実現のためのRGB3原色の一つとしても有望視
されている。
Since this green laser has the same wavelength range as the sensitivity of an optical sensor used in a near infrared laser or the like, it does not require a great change even when it is applied to a laser disk system or the like. Only a green laser is required, which enables high density recording. Further, it is also regarded as promising as one of RGB three primary colors for realizing a next-generation high-definition display device using a laser.

【0010】しかしながら、半導体レーザ励起固体レー
ザによる共振型SHGデバイスは、固体レーザおよび非
線形光学結晶材料のバルク単結晶を用いるために、小型
化および低価格化が極めて困難である。また、構造的に
も高速変調ができないという欠点がある。さらに、最
近、Erドープ光ファイバーの光増幅用光源として波長
0.98μmのInGaAs半導体レーザが開発されてい
る。この半導体レーザは、グリーンに近いブルーレーザ
光を得ることができるSHG素子用基本波光源として注
目されているものである。しかし、この半導体レーザを
基本波光源として共振構造を構成することは極めて困難
であり、またバルク単結晶を用いるために高いパワー密
度を維持したまま長い距離にわたって相互作用させるこ
とが極めて困難であるため高いSHG変換効率を得るこ
とができないという問題もあった。
However, the resonance type SHG device using a semiconductor laser pumped solid-state laser is extremely difficult to reduce in size and cost because it uses a bulk single crystal of a solid-state laser and a nonlinear optical crystal material. In addition, there is a disadvantage in that high speed modulation cannot be performed structurally. Furthermore, recently, as a light source for optical amplification of Er-doped optical fiber,
A 0.98 μm InGaAs semiconductor laser has been developed. This semiconductor laser is drawing attention as a fundamental wave light source for SHG elements that can obtain blue laser light close to green. However, it is extremely difficult to construct a resonant structure using this semiconductor laser as a fundamental wave light source, and it is extremely difficult to interact over a long distance while maintaining a high power density because a bulk single crystal is used. There is also a problem that a high SHG conversion efficiency cannot be obtained.

【0011】これに対し、上述した本発明者らが先行提
案した発明(特願平1−289599号 etc.)は、高いSHG
変換効率が期待でき、上述した従来技術の欠点が解消で
きる単結晶薄膜導波路構造のSHG素子であるが、主に
ブルーレーザを発振させるために好適な変調器であり、
従って、基板ならびに単結晶薄膜の作製の条件は、例え
ばグリーンレーザを発振させることができないものであ
った。
On the other hand, the invention previously proposed by the present inventors (Japanese Patent Application No. 1-289599 etc.) has a high SHG.
A SHG element having a single crystal thin film waveguide structure that can be expected to have a conversion efficiency and that can solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, is a modulator suitable mainly for oscillating a blue laser,
Therefore, the conditions for producing the substrate and the single crystal thin film were such that a green laser could not be oscillated.

【0012】そこで、本発明は、先行提案に係る上記S
HG素子について、今度はグリーンレーザを得るための
好適条件を探すことによって、同時に従来技術の欠点を
克服することを目的とする。
Therefore, the present invention relates to the above S related to the prior proposal.
The aim of the HG device is now to overcome the drawbacks of the prior art by searching for suitable conditions for obtaining a green laser.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】上記の目的の実現に向
け鋭意研究した結果、発明者らは、基本波レーザ光の波
長がλ(μm)のときにおけるLiTaO3基板の常光
屈折率(noS1)およびLiNbO3 単結晶薄膜導波層
の常光屈折率(noF1)、波長λ/2μmの第2高調波
を発生するときにおけるLiTaO3 基板の異常光屈折
率(neS2)およびLiNbO3 単結晶薄膜導波層の異
常光屈折率(neF2)について、これらをある特定の数
値範囲内とし、しかも上記LiNbO3 単結晶薄膜の表
面粗さをある特定の数値範囲内にすることにより、第2
高調波を極めて効率的に発生させられることを知見し、
本発明を完成した。
As a result of earnest research aimed at realizing the above-mentioned object, the inventors have found that the ordinary refractive index (noS1) of the LiTaO 3 substrate when the wavelength of the fundamental laser light is λ (μm). and ordinary refractive index of LiNbO 3 single crystal thin film waveguide layer (noF1), extraordinary refractive index of the definitive LiTaO 3 substrate in generating the second harmonic wavelength λ / 2μm (neS2) and LiNbO 3 single crystal thin film waveguide With respect to the extraordinary refractive index (neF2) of the layers, these are set within a certain numerical range, and the surface roughness of the LiNbO 3 single crystal thin film is set within a certain numerical range.
Finding that harmonics can be generated very efficiently,
The present invention has been completed.

【0014】すなわち、本発明は、LiTaO3 基板上
に、LiNbO3 単結晶薄膜導波層が形成されてなる第
2高調波発生素子において、薄膜導波層の表面粗さ R
maxが10〜10000Åの範囲内であり、波長λの基
本波レーザ光を入射するときの、前記基板の常光屈折率
を(noS1)とし、この入射条件の下でλ/2の第2高
調波を発生したときの該基板の異常光屈折率を(neS
2)とし、一方、波長λ(μm)の基本波レーザ光を入
射するときの前記薄膜導波層の常光屈折率を(noF1)
とし、その入射条件の下でλ/2(μm)の第2高調波
を発生したときの該薄膜導波層の異常光屈折率を(ne
F2)としたとき、λ, noS1, neS2, noF1, neF2
がそれぞれ下記の数値の範囲内;λ=0.80〜1.15μm、
noS1=2.08〜2.17、neS2=2.09〜2.30、noF1=2.
20〜2.27、neF2=2.19〜2.35 であることを特徴とす
る第2高調波発生素子である。なお、上記の要旨構成に
かかるSHG素子は、導波層の幅が1〜10μmの大き
さのチャンネル型にすることが有益である。
That is, according to the present invention, in the second harmonic generating device in which the LiNbO 3 single crystal thin film waveguide layer is formed on the LiTaO 3 substrate, the surface roughness R of the thin film waveguide layer is
When max is within the range of 10 to 10000Å and the fundamental wave laser beam of wavelength λ is incident, the ordinary refractive index of the substrate is (noS1), and under this incident condition, the second harmonic of λ / 2. The extraordinary refractive index of the substrate when the
2) and meanwhile, the ordinary refractive index of the thin film waveguide layer when the fundamental laser light of wavelength λ (μm) is incident is (noF1)
And the extraordinary refractive index of the thin-film waveguide layer when the second harmonic wave of λ / 2 (μm) is generated under the incident condition (ne
F2), λ, noS1, neS2, noF1, neF2
Respectively within the following numerical range; λ = 0.80 to 1.15 μm,
noS1 = 2.08 to 2.17, neS2 = 2.09 to 2.30, noF1 = 2.
The second harmonic generating element is characterized in that 20 to 2.27 and neF2 = 2.19 to 2.35. The SHG element according to the above-mentioned gist structure is beneficially a channel type in which the width of the waveguide layer is 1 to 10 μm.

【0015】[0015]

【作用】本発明のSHG素子の特徴は、薄膜導波層の表
面粗さRmax を10〜10000 Åの範囲内にすることと、基
板および薄膜導波層の基本波レーザ光に対する常光屈折
率、および第2高調波波長に対する異常光屈折率をパラ
メーターとする基板および薄膜導波層の特性式の数値が
特定の範囲内になるようにSHG素子構成を決定するこ
とにあり、これによって特定の基本波レーザ光に対する
高い変換効率の第2高調波光を発生させることができ
る。以下に本発明の構成の詳細を説明する。
The SHG element of the present invention is characterized in that the surface roughness Rmax of the thin film waveguide layer is set within the range of 10 to 10,000 Å, and the ordinary refractive index of the substrate and the thin film waveguide layer with respect to the fundamental wave laser light, And to determine the SHG element configuration so that the numerical values of the characteristic equations of the substrate and the thin-film waveguide layer with the extraordinary refractive index for the second harmonic wavelength as a parameter fall within a specific range. It is possible to generate the second harmonic light with high conversion efficiency for the wave laser light. The details of the configuration of the present invention will be described below.

【0016】本発明にかかるSHG素子は、基板上に薄
膜導波層が形成された構造を有するものである。このよ
うな構造のもの、すなわち基板上に薄膜導波層が形成さ
れたSHG素子は、入射した基本レーザ光を、薄膜導波
面に限って伝搬させるため、光波を該薄膜導波層内に閉
じ込めることができるので光パワー密度を高めることが
でき、しかも広がらないために、長い距離にわたって非
線形性を有する薄膜導波層と非線形相互作用を行わせる
ことができる。その上、バルク単結晶を使用した従来S
HG素子では位相整合できないような物質でも、薄膜導
波層のモード分散を利用することにより、容易に位相整
合できる利点もある。
The SHG element according to the present invention has a structure in which a thin film waveguide layer is formed on a substrate. The SHG device having such a structure, that is, the SHG element in which the thin film waveguide layer is formed on the substrate, propagates the incident basic laser light only to the thin film waveguide surface, so that the light wave is confined in the thin film waveguide layer. As a result, the optical power density can be increased, and since it does not spread, it is possible to cause nonlinear interaction with the thin film waveguide layer having nonlinearity over a long distance. In addition, conventional S using bulk single crystal
There is also an advantage that even a substance that cannot be phase-matched by the HG element can be easily phase-matched by utilizing the mode dispersion of the thin film waveguide layer.

【0017】また、本発明において、薄膜導波層にはL
iNbO3 単結晶を用い、基板にはLiTaO3 結晶を
用いるが、この理由は、前記LiNbO3 単結晶は非線
形光学定数が大きいこと、光の損失が小さいこと、およ
び均一な膜を作製することができるからであり、また、
LiTaO3 結晶は、前記LiNbO3 単結晶と結晶構
造が類似しており、前記LiNbO3 単結晶の薄膜を形
成し易く、また、高品質で安価な基板を入手し易いから
である。
In the present invention, the thin film waveguide layer is L
An iNbO 3 single crystal is used, and a LiTaO 3 crystal is used as a substrate because the LiNbO 3 single crystal has a large nonlinear optical constant, a small light loss, and a uniform film can be formed. Because you can,
LiTaO 3 crystal, the LiNbO 3 and a single crystal and crystal structure similar, easy to form a thin film of the LiNbO 3 single crystal, also because easily available and inexpensive substrates with high quality.

【0018】次に、本発明のSHG素子の上記薄膜導波
層は、その表面粗さ;すなわちJIS B0601の規格に
よる最大高さRmax が10〜10000 Åの範囲内になるよう
にすることが必要である。なお、表面粗さの測定は、J
IS B0651に準じ、触針式表面粗さ測定器にて測定し
た。なお、本発明において、上記表面粗さRmax の値を
10Åより小さくすることは極めて困難であるだけでな
く、光波を閉じ込めにくい。一方、この表面粗さRmax
の値が10000 Åより大きくなると、導波層表面での散乱
損失等が増大し、基本波レーザ光の導波パワーが低下す
るため、SHG変換効率が低くなってしまい、SHG素
子として使用することが困難になるため、上述の如くに
限定した。
Next, the surface roughness of the thin film waveguide layer of the SHG element of the present invention; that is, the maximum height Rmax according to the JIS B0601 standard must be within the range of 10 to 10000 Å. Is. The surface roughness is measured by J
It was measured with a stylus type surface roughness measuring device according to IS B0651. In the present invention, it is extremely difficult to make the value of the surface roughness Rmax smaller than 10Å, and it is difficult to trap the light wave. On the other hand, this surface roughness Rmax
If the value of is larger than 10,000 Å, the scattering loss on the surface of the waveguiding layer will increase, and the waveguide power of the fundamental laser light will decrease, so the SHG conversion efficiency will decrease and it will be used as an SHG element. Since it becomes difficult, the above limitation is applied.

【0019】上述の表面粗さ範囲内であっても、より一
層高い変換効率を得るには、Rmax=10〜1000Åを満足
することが有利であり、なかでもRmax =10〜100 Åを
満足することがより好適である。
Even within the above-mentioned surface roughness range, it is advantageous to satisfy Rmax = 10 to 1000Å in order to obtain a higher conversion efficiency, and above all, Rmax = 10 to 100Å. Is more preferred.

【0020】なお、この薄膜導波層の表面粗さRmax
は、触針式表面粗さ測定器により簡単に測定でき、ま
た、制御しやすいために第2高調波発生素子の制御パラ
メータとして好適である。
The surface roughness Rmax of this thin film waveguide layer
Is suitable as a control parameter for the second harmonic generation element because it can be easily measured by a stylus type surface roughness measuring instrument and can be easily controlled.

【0021】なお、本発明において用いる前記LiTa
3 基板は、単結晶基板であることが有利である。そし
て、このLiTaO3 基板の薄膜形成面の表面粗さは、
JIS B0601 Rmax =10〜1000Åの範囲内であ
ることが望ましい。この理由は、LiTaO3 基板の表
面粗さは、LiNbO3 単結晶薄膜の結晶性に大きく影
響するが、Rmax の値を10Åより小さくすることは極め
て困難であり、一方、Rmax の値が1000Åより大きくな
ると、LiNbO 3単結晶薄膜の結晶性が低下するため
である。
The LiTa used in the present invention is
O3Advantageously, the substrate is a single crystal substrate. That
This LiTaO3The surface roughness of the thin film formation surface of the substrate is
Within the range of JIS B0601 Rmax = 10 to 1000Å
Is desirable. The reason for this is that LiTaO3Board table
Surface roughness is LiNbO3It greatly affects the crystallinity of single crystal thin films.
Sounds, but it is extremely important to make the value of Rmax smaller than 10Å
On the other hand, while the value of Rmax is larger than 1000Å
Then, LiNbO 3 Because the crystallinity of the single crystal thin film decreases
Is.

【0022】本発明のSHG素子に入射される基本波レ
ーザ光の波長(λ)は、0.80〜1.15μmであることが好
ましい。この理由は、前記基本波レーザ光(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はある
が、半導体レーザによって0.80μmより短い波長のレー
ザ光を発生させることは、実質的に困難だからである。
一方、波長λが1.15μmより長い波長の基本波レーザ光
を使用した場合には、得られる第2高調波の波長が基本
波レーザ光の1/2であることから、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と重
なり、いわゆるSHG素子を使用する優位性が見出せな
いからである。
The wavelength (λ) of the fundamental laser light incident on the SHG element of the present invention is preferably 0.80 to 1.15 μm. The reason is that it is advantageous that the fundamental laser light (λ) has a wavelength as short as possible, but it is substantially difficult to generate a laser light having a wavelength shorter than 0.80 μm by a semiconductor laser. That is why.
On the other hand, when a fundamental wave laser beam having a wavelength λ longer than 1.15 μm is used, the obtained second harmonic wavelength is half that of the fundamental wave laser beam. This is because it overlaps with the wavelength region that can be generated in the above, and the advantage of using a so-called SHG element cannot be found.

【0023】本発明のSHG素子を構成しているの薄膜
導波層は、その膜厚(T)が、0.1〜20μmであること
が好ましい。この理由は、かかる膜厚(T)が、0.1 μ
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る。一方、この膜厚(T)が2
0μm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。なお、この
薄膜導波層の膜厚(T)は、なかでも0.5 〜10μmが有
利であり、特に、0.8 〜8μmの範囲が実用上好適であ
る。
The film thickness (T) of the thin film waveguide layer constituting the SHG element of the present invention is preferably 0.1 to 20 μm. The reason is that the film thickness (T) is 0.1 μm.
This is because when the thickness is less than m, it is difficult to make the fundamental wave laser light incident and the incidence efficiency is low, and it is difficult to obtain a substantially high SHG conversion efficiency. On the other hand, this film thickness (T) is 2
This is because when the thickness is more than 0 μm, the optical power density is low and the SHG conversion efficiency is low, and it is difficult to use as an SHG element in any case. The film thickness (T) of the thin film waveguide layer is particularly preferably 0.5 to 10 μm, and particularly preferably 0.8 to 8 μm for practical use.

【0024】本発明のSHG素子は、LiTaO3 基板
の基本波レーザ光の波長λ(μm)のときにおける常光
屈折率(noS1)が2.08〜2.17、第2高調波の波長λ/
2(μm)のときにおける異常光屈折率(neS2)が2.
09〜2.30、そして、基本波レーザ光の波長λ(μm)の
ときにおけるLiNbO3単結晶薄膜導波層常光屈折率
(noF1)が2.20〜2.27、第2高調波の波長λ/2(μ
m)のときにおける異常光屈折率(neF2)が2.19〜2.
35の範囲内であることが必要である。その理由は、上記
範囲内でないと第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。
The SHG element of the present invention has an ordinary refractive index (noS1) of 2.08 to 2.17 at the wavelength λ (μm) of the fundamental laser light on the LiTaO 3 substrate and a wavelength λ / of the second harmonic.
The extraordinary light refractive index (neS2) at 2 (μm) is 2.
09 to 2.30, and, definitive LiNb O3 single crystal thin film waveguide layer ordinary refractive index at the wavelength of the fundamental wave laser beam λ (μm) (noF1) is from 2.20 to 2.27, the wavelength lambda / 2 of the second harmonic (mu
m), the extraordinary light refractive index (neF2) is 2.19 to 2.
It must be within the range of 35. The reason is that unless it is within the above range, the conversion efficiency to the second harmonic light is low and not practical.

【0025】さらに、LiTaO3 基板の基本波レーザ
光の波長λ(μm)における常光屈折率(noS1)が2.
09〜2.14、第2高調波の波長λ/2(μm)における異
常光屈折率(neS2)が2.12〜2.23、そして、LiNb
3単結晶薄膜導波層の基本波レーザ光の波長λ(μ
m)における常光屈折率(noF1)が2.22〜2.24、第2
高調波の波長λ/2(μm)における異常光屈折率(n
eF2)が2.21〜2.26の範囲内であることがより好適であ
る。
Furthermore, LiTaO3Substrate fundamental wave laser
The ordinary refractive index (noS1) at the wavelength of light λ (μm) is 2.
09 to 2.14, the difference in the wavelength λ / 2 (μm) of the second harmonic
Ordinary refractive index (neS2) is 2.12 to 2.23, and LiNb
O 3 Wavelength of fundamental wave laser light of single crystal thin film waveguide layer λ (μ
Ordinary refractive index (noF1) in m) is 2.22 to 2.24, second
Extraordinary light refractive index (n at wavelength λ / 2 (μm) of harmonics
More preferably, eF2) is in the range of 2.21 to 2.26.
It

【0026】前述のごとき屈折率を有するLiNbO3
単結晶薄膜導波層、およびLiTaO 3基板は、Na、
Cr、Mg、Nd、Zn、Ni、Ti、Vなどの異種元
素を含有させることにより、屈折率を調整したものを使
用することが有利である。
LiNbO having the above-mentioned refractive index3
Single crystal thin film waveguide layer and LiTaO 3 substrates are Na,
Heterogeneous elements such as Cr, Mg, Nd, Zn, Ni, Ti, V
Use the one whose refractive index is adjusted by containing the element.
It is advantageous to use.

【0027】さて、LiTaO3 基板上に、前記Na、
Cr、Mg、Nd、Zn、Ni、Ti、Vなどの異種元
素を含有させたLiNbO3 単結晶薄膜導波層を形成す
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LiTaO 3基板上にLiNbO3 単結晶薄膜
導波層を形成する方法、スパッタリング法、有機金属化
学堆積(MOCVD)法、分子ビームエピタキシー(M
BE)法などを適用することができる。また、前記Li
TaO3 基板あるいはLiNbO 3単結晶薄膜導波層
に、Na、Mg、Nd、Zn、Ni、Ti、Vなどの異
種元素を含有させる方法としては、拡散法、イオン注入
法など種々の方法を用いることができる。
Now, LiTaO3On the substrate, the Na,
Heterogeneous elements such as Cr, Mg, Nd, Zn, Ni, Ti, V
LiNbO containing element3Form a single-crystal thin-film waveguide layer
As a method of
Liquid phase epitaxial growth by mixing different element compounds
LiTaO by long method 3 LiNbO on the substrate3Single crystal thin film
Waveguide layer forming method, sputtering method, metallization
Deposition (MOCVD) method, Molecular beam epitaxy (M
BE method etc. can be applied. In addition, the Li
TaO3Substrate or LiNbO 3 Single crystal thin film waveguiding layer
Different Na, Mg, Nd, Zn, Ni, Ti, V, etc.
As a method of incorporating the seed element, a diffusion method or ion implantation
Various methods such as a method can be used.

【0028】さて、本発明のSHG素子については、導
波層の幅が1〜10μmにするチャンネル型であることが
有利である。チャンネル型のSHG素子が有利であるわ
けは、スラブ型に比べて、光パワー密度を高くできるか
らである。そして、幅が1〜10μmであることが有利で
ある理由は、幅が1μmより小さいと、入射光を導波路
に導入することが難しく、入射効率が低いため、SHG
変換効率も低くなってしまうからである。一方、入射効
率は幅が大きいほど高いが、10μmより大きいと、光パ
ワー密度が低下するため、SHG変換効率が低下するか
らである。
Now, the SHG element of the present invention is advantageously a channel type in which the width of the waveguide layer is 1 to 10 μm. The channel type SHG element is advantageous because the optical power density can be made higher than that of the slab type. The reason why the width is 1 to 10 μm is advantageous is that if the width is smaller than 1 μm, it is difficult to introduce the incident light into the waveguide and the incident efficiency is low.
This is because the conversion efficiency will also be low. On the other hand, the incident efficiency is higher as the width is larger, but if it is larger than 10 μm, the optical power density is lowered and the SHG conversion efficiency is lowered.

【0029】また、本発明にかかるSHG素子を製造す
る方法としては、基板上にスパッタリング法や液相エピ
タキシャル成長法などの方法により、薄膜導波層を形成
し、そして、この薄膜導波層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
ングすることにより、チャンネル型のSHG素子を作製
する方法などが有利に適合する。
As a method of manufacturing the SHG element according to the present invention, a thin film waveguide layer is formed on a substrate by a method such as a sputtering method or a liquid phase epitaxial growth method, and the thin film waveguide layer is formed on the thin film waveguide layer. A method of producing a channel type SHG element by forming a Ti waveguide pattern by photolithography and RF sputtering, and ion beam etching using this as an etching mask is advantageously suitable.

【0030】[0030]

【実施例】【Example】

実施例1−1 基本波レーザ光の波長(λ)を1.15μmとしたとき、こ
の波長の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
(noS1)が2.133 で、この入射条件の下で第2高調波
を発生したときの異常光屈折率(neS2)が2.194 であ
る厚さ1mmのZカットLiTaO3 単結晶基板1上に、
波長(λ)の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折
率(noF1)が2.225で、この入射条件の下で第2高調
波を発生するときの異常光屈折率(neF2)が2.208 で
あるNa,Mgをそれぞれ1モル%, 5モル%固溶させ
たLiNbO3 単結晶薄膜2を、液相エピタキシャル成
長法により1.43μmの厚さに成長させた。この薄膜の表
面粗さは、JIS B0601 Rmax =200 Åであった。
なお、Na,Mgをそれぞれ1.5モル%固溶させたL
iNbO3 単結晶薄膜は国際出願番号PCT/JP90
/01207(国際公開番号WO 91/04360
号)に記載の方法で得られた薄膜であり、LiNbO3
単結晶薄膜のa軸の格子定数は、5.1537Å、LiTaO
3 単結晶基板のa軸の格子定数は、5.1538Åであり、両
者は格子整合されている。
Example 1-1 When the wavelength (λ) of the fundamental laser light is 1.15 μm, the ordinary refractive index (noS1) when the fundamental laser light of this wavelength is incident is 2.133. On a 1 mm thick Z-cut LiTaO 3 single crystal substrate 1 having an extraordinary refractive index (neS2) of 2.194 when two harmonics are generated,
The ordinary refractive index (noF1) is 2.225 when the fundamental wave laser light of wavelength (λ) is incident, and the extraordinary refractive index (neF2) is 2.208 when the second harmonic is generated under this incident condition. A LiNbO 3 single crystal thin film 2 containing 1 mol% and 5 mol% of solid solution of Na and Mg, respectively, was grown to a thickness of 1.43 μm by a liquid phase epitaxial growth method. The surface roughness of this thin film was JIS B0601 Rmax = 200Å.
It should be noted that L containing 1.5 mol% of Na and Mg dissolved therein
iNbO 3 single crystal thin film is international application number PCT / JP90
/ 01207 (International publication number WO 91/04360
No.), a LiNbO 3
The a-axis lattice constant of the single crystal thin film is 5.1537Å, LiTaO
The lattice constant of the a-axis of the three single crystal substrates is 5.1538Å, and both are lattice-matched.

【0031】さらに、この単結晶薄膜上に、フォトレジ
スト膜により幅5μmのエッチングマスクを形成し、次
いでイオンビームエッチングによりチャンネル型の導波
層3とし、さらに、両側の端面を光学研磨してその端面
より光入出射が可能なSHG素子とした。このSHG素
子について、波長1.15μm、30mWのHe−Neレーザ
を、Na,Mg固溶LiNbO 3単結晶薄膜に入射した
場合のSHG変換効率を測定したところ12.3%であり、
変換効率の高いSHG素子であることが認められた。
Further, a photoresist is formed on the single crystal thin film.
An etching mask with a width of 5 μm is formed by the strike film,
Channel type waveguide by ion beam etching
Layer 3 is formed, and the end faces on both sides are optically polished to form the end faces.
The SHG element is capable of further entering and exiting light. This SHG element
30mW He-Ne laser with wavelength of 1.15μm
And Na, Mg solid solution LiNbO 3 incident on single crystal thin film
The SHG conversion efficiency in this case was 12.3%,
It was confirmed that the SHG element had high conversion efficiency.

【0032】実施例1−2 前記実施例1−1と同様であるが、LiNbO3 単結晶
薄膜の厚さを3.29μmとしたSHG素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、JISB0601 Rmax=500 Åで
あった。このSHG素子について、実施例1−1と同様
にSHG変換効率を測定したところ5.4%であり、変
換効率の高いSHG素子であることが認められた。
Example 1-2 An SHG element similar to the example 1-1 was prepared, except that the thickness of the LiNbO 3 single crystal thin film was 3.29 μm. The surface roughness of this thin film was JIS B0601 Rmax = 500Å. When the SHG conversion efficiency of this SHG element was measured in the same manner as in Example 1-1, it was 5.4%, and it was confirmed that the SHG element had a high conversion efficiency.

【0033】実施例1−3 前記実施例1−1と同様であるが、LiNbO 3単結晶
薄膜の厚さを3.70μmとしたSHG素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、JISB0601 Rmax=1000Åで
あった。このSHG素子について、実施例1−1と同様
にSHG変換効率を測定したところ 1.6%であり、変換
効率の高いSHG素子であることが認められた。
Example 1-3 Same as Example 1-1, except that LiNbO 3 single crystal
An SHG element having a thin film thickness of 3.70 μm was produced. This
The surface roughness of the thin film is JIS B0601 Rmax = 1000Å
there were. This SHG element is the same as in Example 1-1.
The SHG conversion efficiency was measured to be 1.6%.
It was confirmed to be a highly efficient SHG element.

【0034】実施例2−1 基本波レーザ光の波長(λ)を0.98μmとしたとき、こ
の波長の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
(noS1)が2.141 で、この入射条件の下で第2高調波
を発生したときの異常光屈折率(neS2)が2.225 であ
る厚さ1mmのXカットLiTaO 3単結晶基板上に、波
長(λ)の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
(noF1)が2.238で、この入射条件の下で第2高調波
を発生したときの異常光屈折率(neF2)が2.255 であ
るLiNbO3 単結晶薄膜を、液相エピタキシャル成長
法により2.79μmの厚さに成長させた。この薄膜の表面
粗さは、JIS B0601 Rmax =1000Åであった。さ
らに、この単結晶薄膜上に、フォトレジスト膜により幅
5μmのエッチングマスクを形成し、次いで、イオンビ
ームエッチングによりチャンネル型の導波層とし、さら
に、両側の端面を光学研磨してその端面より光入出射が
可能なSHG素子とした。このSHG素子について、波
長0.98μm、50mWの半導体レーザを、LiNbO 3単
結晶薄膜に入射した場合のSHG変換効率を測定したと
ころ 4.8%であり、変換効率の高いSHG素子であるこ
とが認められた。
Example 2-1 When the wavelength (λ) of the fundamental laser light is 0.98 μm,
Ordinary Refractive Index When Injecting Fundamental Wave Laser Light of Various Wavelengths
(NoS1) is 2.141, and the second harmonic wave is generated under this incident condition.
The extraordinary light refractive index (neS2) when is generated is 2.225.
1mm thick X-cut LiTaO 3 Waves on a single crystal substrate
Ordinary refractive index when a long (λ) fundamental laser beam is incident
(NoF1) is 2.238, and the second harmonic wave is generated under this incident condition.
The extraordinary light refractive index (neF2) when is generated is 2.255.
LiNbO3Liquid phase epitaxial growth of single crystal thin film
It was grown to a thickness of 2.79 μm by the method. The surface of this thin film
The roughness was JIS B0601 Rmax = 1000Å. It
In addition, the width of a photoresist film on this single crystal thin film
An etching mask of 5 μm is formed, and then an ion mask is formed.
Channel etching to form a channel-type waveguide layer
In addition, the end faces on both sides are optically polished so that light can enter and exit from the end faces.
It was a possible SHG element. For this SHG element,
A 0.98 μm long, 50 mW semiconductor laser is used for LiNbO. 3 single
When measuring the SHG conversion efficiency when incident on a crystalline thin film
4.8%, which is an SHG element with high conversion efficiency.
Was recognized.

【0035】実施例2−2 前記実施例2−1と同様であるが、LiNbO3 単結晶
薄膜の厚さを3.80μmとしたSHG素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、JISB0601 Rmax=200Å
であった。このSHG素子について、実施例2−1と同
様にSHG変換効率を測定したところ10.5%であり、変
換効率の高いSHG素子であることが認められた。
Example 2-2 An SHG device similar to that of Example 2-1 was prepared, except that the LiNbO 3 single crystal thin film had a thickness of 3.80 μm. The surface roughness of this thin film is JISB0601 Rmax = 200Å
Met. When the SHG conversion efficiency of this SHG element was measured in the same manner as in Example 2-1, it was 10.5%, and it was confirmed that the SHG element had a high conversion efficiency.

【0036】実施例2−3 前記実施例2−1と同様であるが、LiNbO3 単結晶
薄膜の厚さを5.71μmとしたSHG素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、JISB0601 Rmax=800Å
であった。このSHG素子について、実施例2−1と同
様にSHG変換効率を測定したところ 7.0%であり、変
換効率の高いSHG素子であることが認められた。
Example 2-3 An SHG device similar to that of Example 2-1 was prepared, except that the LiNbO 3 single crystal thin film had a thickness of 5.71 μm. The surface roughness of this thin film is JISB0601 Rmax = 800Å
Met. When the SHG conversion efficiency of this SHG element was measured in the same manner as in Example 2-1, it was 7.0%, and it was confirmed that the SHG element had a high conversion efficiency.

【0037】実施例3−1 基本波レーザ光の波長(λ)を1.06μmとしたとき、こ
の波長の基本波レーザを入射するときの常光屈折率(n
oS1)が2.137 で、この入射条件の下で第2高調波を発
生したときの異常光屈折率(neS2)が2.209 である厚
さ1mmのZカットLiTaO 3単結晶基板上に、波長
(λ)の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
(noF1)が2.230で、この入射条件の下で第2高調波
を発生したときの異常光屈折率(neF2)が2.225 であ
る、Na,Mgをそれぞれ1モル%, 5モル%固溶させ
たLiNbO3 単結晶薄膜を、液相エピタキシャル成長
法により2.72μmの厚さに成長させた。この薄膜の表面
粗さは、JIS B0601 Rmax =100 Åであった。さ
らに、この単結晶薄膜上に、フォトレジスト膜により幅
5μmのエッチングマスクを形成し、次いでイオンビー
ムエッチングによりチャンネル型の導波層とし、さら
に、両側の端面を光学研磨してその端面より光入出射が
可能なSHG素子とした。このSHG素子について、波
長1.06μm、100mWのYAGレーザを、Na,Mg固
溶LiNbO3 単結晶薄膜に入射した場合のSHG変換
効率を測定したところ25.3%であり、変換効率の高いS
HG素子であることが認められた。
Example 3-1 When the wavelength (λ) of the fundamental laser light is 1.06 μm,
Ordinary refractive index (n
oS1) is 2.137, and the second harmonic is emitted under this incident condition.
Abnormal refractive index (neS2) of 2.209
1mm Z-cut LiTaO 3 Wavelength on single crystal substrate
Ordinary refractive index when the fundamental laser light of (λ) is incident
(NoF1) is 2.230, and the second harmonic wave is generated under this incident condition.
The extraordinary light refractive index (neF2) when is generated is 2.225.
1 mol% and 5 mol% solid solution of Na and Mg, respectively
LiNbO3Liquid phase epitaxial growth of single crystal thin film
It was grown to a thickness of 2.72 μm by the method. The surface of this thin film
The roughness was JIS B0601 Rmax = 100Å. It
In addition, the width of a photoresist film on this single crystal thin film
Form a 5μm etching mask, then ion beam
Channel etching to form a channel-type waveguide layer
In addition, the end faces on both sides are optically polished so that light can enter and exit from the end faces.
It was a possible SHG element. For this SHG element,
A YAG laser with a length of 1.06 μm and a power of 100 mW is used to solidify Na and Mg.
Melt LiNbO3SHG conversion when incident on a single crystal thin film
When the efficiency was measured, it was 25.3%, and S with high conversion efficiency
It was confirmed to be an HG device.

【0038】実施例3−2 前記実施例3−1と同様であるが、LiNbO 3単結晶
薄膜の厚さを5.81μmとしたSHG素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、JISB0601 Rmax=1100Åで
あった。このSHG素子について、実施例3−1と同様
にSHG変換効率を測定したところ11.8%であり、変換
効率の高いSHG素子であることが認められた。
Example 3-2 The same as Example 3-1 except that LiNbO was used. 3 single crystal
An SHG element having a thin film thickness of 5.81 μm was produced. This
The surface roughness of the thin film is JIS B0601 Rmax = 1100Å
there were. This SHG element is the same as in Example 3-1.
The SHG conversion efficiency was measured to be 11.8%.
It was confirmed to be a highly efficient SHG element.

【0039】実施例3−3 前記実施例3−1と同様であるが、LiNbO 3単結晶
薄膜の厚さを6.46μmとしたSHG素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、JISB0601 Rmax=1000Åで
あった。このSHG素子について、実施例3−1と同様
にSHG変換効率を測定したところ 3.5%であり、変換
効率の高いSHG素子であることが認められた。
Example 3-3 The same as Example 3-1 except that LiNbO was used. 3 single crystal
An SHG element having a thin film thickness of 6.46 μm was produced. This
The surface roughness of the thin film is JIS B0601 Rmax = 1000Å
there were. This SHG element is the same as in Example 3-1.
The SHG conversion efficiency was measured to be 3.5%.
It was confirmed to be a highly efficient SHG element.

【0040】実施例4−1 厚さ1mmのZカットLiTaO 3単結晶基板上に、RF
スパッタリング法により厚さ1000ÅのV膜を形成し、L
iTaO 3単結晶表層に熱拡散法によりVを拡散させ
た。基本波レーザ光の波長(λ)を0.98μmとしたと
き、この波長の基本波レーザ光を入射するときの常光屈
折率(noS1)が2.121 で、この入射条件の下で第2高
調波を発生したときの異常光屈折率(neS2)は2.185
となった。この基板上に、波長(λ)の基本波レーザ光
を入射するときの常光屈折率(noF1)が2.235 で、こ
の入射条件の下で第2高調波を発生したときの異常光屈
折率(neF2)が2.243 である、Zn,Mgをそれぞれ
2モル%, 5モル%固溶させたLiNbO 3単結晶薄膜
を、液相エピタキシャル成長法により2.88μmの厚さに
成長させた。この薄膜の表面粗さは、JIS B0601
Rmax =150 Åであった。さらに、この単結晶薄膜上に
フォトレジスト膜により幅5μmのエッチングマスクを
形成し、次いで、イオンビームエッチングによりチャン
ネル型の導波層とし、さらに、両側の端面を光学研磨し
てその端面より光入出射が可能なSHG素子とした。こ
のSHG素子について、波長0.98μm、50mWの半導
体レーザを、Zn,Mg固溶LiNbO 3単結晶薄膜に
入射した場合のSHG変換効率を測定したところ13.9%
であり、変換効率の高いSHG素子であることが認めら
れた。
Example 4-1 Z-cut LiTaO having a thickness of 1 mm RF on 3 single crystal substrates
Form a V film with a thickness of 1000Å by the sputtering method, and
iTaO 3 Diffuse V into the surface of single crystal by thermal diffusion method
It was If the wavelength (λ) of the fundamental laser light is 0.98 μm
When the fundamental laser light of this wavelength is incident,
The folding rate (noS1) is 2.121, which is the second highest value under this incident condition.
The extraordinary refractive index (neS2) when a harmonic is generated is 2.185.
Became. On this substrate, the fundamental wave laser light of wavelength (λ)
The ordinary light refractive index (noF1) when incident on is 2.235.
Optical anisotropy when the second harmonic is generated under the conditions of incidence
The folding rate (neF2) is 2.243, Zn and Mg are respectively
2 mol%, 5 mol% solid-dissolved LiNbO 3 Single crystal thin film
To a thickness of 2.88 μm by liquid phase epitaxial growth
I grew it. The surface roughness of this thin film is JIS B0601.
Rmax = 150Å. Furthermore, on this single crystal thin film
An etching mask with a width of 5 μm is formed by the photoresist film.
Formed and then ion beam etching
It is a channel waveguide layer, and both end faces are optically polished.
The SHG element is capable of entering and exiting light from its end face. This
Of SHG device of 0.98μm wavelength, 50mW semiconductor
Laser, Zn, Mg solid solution LiNbO 3 For single crystal thin film
The SHG conversion efficiency when incident is 13.9%
And it is recognized that the SHG element has high conversion efficiency.
It was

【0041】実施例4−2 前記実施例4−1と同様であるが、LiNbO 3単結晶
薄膜の厚さを4.44μmとしたSHG素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、JISB0601 Rmax=1100Åで
あった。このSHG素子について、実施例4−1と同様
にSHG変換効率を測定したところ 3.0%であり、変換
効率の高いSHG素子であることが認められた。
Example 4-2 Same as Example 4-1 except that LiNbO 3 single crystal
An SHG element having a thin film thickness of 4.44 μm was produced. This
The surface roughness of the thin film is JIS B0601 Rmax = 1100Å
there were. This SHG element is the same as in Example 4-1.
The SHG conversion efficiency was measured to be 3.0%.
It was confirmed to be a highly efficient SHG element.

【0042】実施例4−3 前記実施例4−1と同様であるが、LiNbO 3単結晶
薄膜の厚さを6.05μmとしたSHG素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、JISB0601 Rmax=500Å
であった。このSHG素子について、実施例4−1と同
様にSHG変換効率を測定したところ 6.6%であり、変
換効率の高いSHG素子であることが認められた。
Example 4-3 The same as Example 4-1 except that LiNbO was used. 3 single crystal
An SHG element having a thin film thickness of 6.05 μm was produced. This
The surface roughness of the thin film is JIS B0601 Rmax = 500Å
Met. This SHG element was the same as in Example 4-1.
Similarly, the SHG conversion efficiency was measured to be 6.6%.
It was confirmed that the SHG element had a high conversion efficiency.

【0043】実施例5−1 基本波レーザ光の波長(λ)を1.15μmとしたとき、こ
の波長の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
(noS1)が2.133 で、この入射条件の下で第2高調波
を発生したときの異常光屈折率(neS2)が2.194 であ
る厚さ1mmのZカットLiTaO 3単結晶基板上に、波
長(λ)の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
(noF1)が2.227 で、この入射条件の下で第2高調波
を発生したときの異常光屈折率(neF2)が2.218 であ
るLiNbO 3単結晶薄膜を、液相エピタキシャル成長
法により2.08μmの厚さに成長させた。この薄膜の表面
粗さは、JIS B0601 Rmax =100 Åであった。さ
らに、この単結晶薄膜上に、フォトレジスト膜により幅
5μmのエッチングマスクを形成し、次いで、イオンビ
ームエッチングによりチャンネル型の導波層とし、さら
に、両側の端面を光学研磨してその端面より光入出射が
可能なSHG素子とした。このSHG素子について、波
長1.15μm、30mWのHe−Neレーザを、LiNbO
3 単結晶薄膜に入射した場合のSHG変換効率を測定し
たところ 8.5%であり、変換効率の高いSHG素子であ
ることが認められた。
Example 5-1 When the wavelength (λ) of the fundamental laser light was 1.15 μm,
Ordinary Refractive Index When Injecting Fundamental Wave Laser Light of Various Wavelengths
(NoS1) is 2.133, and the second harmonic wave is generated under this incident condition.
The extraordinary light refractive index (neS2) when is generated is 2.194.
Z-cut LiTaO with a thickness of 1 mm 3 Waves on a single crystal substrate
Ordinary refractive index when a long (λ) fundamental laser beam is incident
(NoF1) is 2.227, and the second harmonic wave is generated under this incident condition.
The extraordinary light refractive index (neF2) when is generated is 2.218.
LiNbO Liquid phase epitaxial growth of 3 single crystal thin films
It was grown to a thickness of 2.08 μm by the method. The surface of this thin film
The roughness was JIS B0601 Rmax = 100Å. It
In addition, the width of a photoresist film on this single crystal thin film
An etching mask of 5 μm is formed, and then an ion mask is formed.
Channel etching to form a channel-type waveguide layer
In addition, the end faces on both sides are optically polished so that light can enter and exit from the end faces.
It was a possible SHG element. For this SHG element,
A He-Ne laser with a length of 1.15 μm and 30 mW is used for LiNbO.
3Measure the SHG conversion efficiency when incident on a single crystal thin film
It is 8.5%, which is an SHG element with high conversion efficiency.
Was recognized.

【0044】実施例5−2 前記実施例5−1と同様であるが、LiNbO3 単結晶
薄膜の厚さを3.42μmとしたSHG素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、JISB0601 Rmax=90Åで
あった。このSHG素子について、実施例5−1と同様
にSHG変換効率を測定したところ 1.7%であり、変換
効率の高いSHG素子であることが認められた。
Example 5-2 An SHG element similar to the example 5-1 was prepared, except that the LiNbO 3 single crystal thin film had a thickness of 3.42 μm. The surface roughness of this thin film was JIS B0601 Rmax = 90Å. When the SHG conversion efficiency of this SHG element was measured in the same manner as in Example 5-1, it was 1.7%, and it was confirmed that the SHG element had a high conversion efficiency.

【0045】実施例5−3 前記実施例5−1と同様であるが、LiNbO 3単結晶
薄膜の厚さを5.23μmとしたSHG素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、JISB0601 Rmax=100 Åで
あった。このSHG素子について、実施例5−1と同様
にSHG変換効率を測定したところ 1.1%であり、変換
効率の高いSHG素子であることが認められた。
Example 5-3 The same as Example 5-1 except that LiNbO was used. 3 single crystal
An SHG element having a thin film thickness of 5.23 μm was produced. This
The surface roughness of the thin film is JIS B0601 Rmax = 100Å
there were. This SHG element is the same as in Example 5-1.
The SHG conversion efficiency was measured to be 1.1%.
It was confirmed to be a highly efficient SHG element.

【0046】実施例6−1 厚さ1mmのYカットLiTaO 3単結晶基板上に、RF
スパッタリング法により厚さ1000ÅのMgO膜を形成
し、LiTaO3 単結晶表層に、熱拡散法によりMgO
を拡散させた。基本波レーザ光の波長(λ)を1.06μm
としたとき、この波長の基本波レーザ光を入射するとき
の常光屈折率(noS1)が2.117 で、この入射条件の下
で第2高調波を発生したときの異常光屈折率(neS2)
が2.169 であった。この基板上に基本波レーザ光を入射
するときの常光屈折率(noF1)が2.230で、この入射
条件の下で第2高調波を発生したときの異常光屈折率
(neF2)が2.225 である、Zn,Mgをそれぞれ2.5
モル%固溶させたLiNbO3 単結晶薄膜を、液相エピ
タキシャル成長法により2.72μmの厚さに成長させた。
この薄膜の表面粗さは、JIS B0601 Rmax =150
Åであった。さらに、この単結晶薄膜上に、フォトレジ
スト膜により幅5μmのエッチングマスクを形成し、次
いで、イオンビームエッチングによりチャンネル型の導
波層とし、さらに、両側の端面を光学研磨してその端面
より光入出射が可能なSHG素子とした。このSHG素
子について、波長1.06μm、100 mWのYAGレーザ
を、Zn,Mg固溶LiNbO 3単結晶薄膜に入射した
場合のSHG変換効率を測定したところ25.3%であり、
変換効率の高いSHG素子であることが認められた。
Example 6-1 Y-cut LiTaO having a thickness of 1 mm RF on 3 single crystal substrates
Forming 1000Å thick MgO film by sputtering method
And LiTaO3MgO was formed on the surface of the single crystal by the thermal diffusion method.
Diffused. The wavelength (λ) of the fundamental laser light is 1.06 μm
And when a fundamental laser beam of this wavelength is incident
Has an ordinary refractive index (noS1) of 2.117,
Refractive index (neS2) when the second harmonic is generated at
Was 2.169. Inject fundamental laser light onto this substrate
Ordinary refractive index (noF1) is 2.230 when
Extraordinary refractive index when the second harmonic is generated under the conditions
(NeF2) is 2.225, Zn and Mg are 2.5 each
LiNbO dissolved in mol%3Liquid crystal epitaxy of single crystal thin film
It was grown to a thickness of 2.72 μm by the axial growth method.
The surface roughness of this thin film is JIS B0601 Rmax = 150
It was Å. Furthermore, a photoresist is formed on this single crystal thin film.
An etching mask with a width of 5 μm is formed by the strike film,
Ion beam etching
Corrugated layer, and then further polish the end faces on both sides by optical polishing
The SHG element is capable of further entering and exiting light. This SHG element
YAG laser with wavelength of 1.06 μm and 100 mW
Zn, Mg solid solution LiNbO 3 incident on single crystal thin film
The SHG conversion efficiency in this case was 25.3%,
It was confirmed that the SHG element had high conversion efficiency.

【0047】実施例6−2 前記実施例6−1と同様であるが、LiNbO3 単結晶
薄膜の厚さを4.23μmとしたSHG素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、JISB0601 Rmax=100 Åで
あった。このSHG素子について、実施例6−1と同様
にSHG変換効率を測定したところ 5.4%であり、変換
効率の高いSHG素子であることが認められた。
Example 6-2 An SHG device similar to that of Example 6-1 was prepared, but the thickness of the LiNbO 3 single crystal thin film was 4.23 μm. The surface roughness of this thin film was JIS B0601 Rmax = 100Å. When the SHG conversion efficiency of this SHG element was measured in the same manner as in Example 6-1, it was 5.4%, and it was confirmed that the SHG element had a high conversion efficiency.

【0048】実施例6−3 前記実施例6−1と同様であるが、LiNbO 3単結晶
薄膜の厚さを5.80μmとしたSHG素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、JISB0601 Rmax=200 Åで
あった。このSHG素子について、実施例6−1と同様
にSHG変換効率を測定したところ11.9%であり、変換
効率の高いSHG素子であることが認められた。
Example 6-3 The same as Example 6-1 except that LiNbO was used. 3 single crystal
An SHG element having a thin film thickness of 5.80 μm was produced. This
The surface roughness of the thin film is JIS B0601 Rmax = 200Å
there were. This SHG element is the same as in Example 6-1.
The SHG conversion efficiency was measured to be 11.9%.
It was confirmed to be a highly efficient SHG element.

【0049】実施例7−1 厚さ1mmのZカットLiTaO 3単結晶基板上に、RF
スパッタリング法により厚さ1000ÅのMgO膜を形成
し、LiTaO3 単結晶表層に、熱拡散法によりMgO
を拡散させた。基本波レーザ光の波長(λ)を0.84μm
としたとき、この波長の基本波レーザ光を入射するとき
の常光屈折率(noS1)が2.130 で、この入射条件の下
で第2高調波を発生したときの異常光屈折率(neS2)
は2.229 であった。この基板上に、波長(λ)の基本波
レーザ光を入射するときの常光屈折率(noF1)が2.24
8 で、この入射条件の下で第2高調波を発生したときの
異常光屈折率(neF2)が2.294 である、Na,Mgを
それぞれ1モル%, 5モル%固溶させたLiNbO3
結晶薄膜を、液相エピタキシャル成長法により1.94μm
の厚さに成長させた。この薄膜の表面粗さは、JIS
B0601 Rmax=200 Åであった。さらに、この単結晶
薄膜上に、フォトレジスト膜により幅5μmのエッチン
グマスクを形成し、次いで、イオンビームエッチングに
よりチャンネル型の導波層とし、さらに、両側の端面を
光学研磨してその端面より光入出射が可能なSHG素子
とした。このSHG素子について、波長0.84μm、80
mWの半導体レーザを、Na,Mg固溶LiNbO 3単
結晶薄膜に入射した場合のSHG変換効率を測定したと
ころ13.8%であり、変換効率の高いSHG素子であるこ
とが認められた。
Example 7-1 Z-cut LiTaO having a thickness of 1 mm RF on 3 single crystal substrates
Forming 1000Å thick MgO film by sputtering method
And LiTaO3MgO was formed on the surface of the single crystal by the thermal diffusion method.
Diffused. The wavelength (λ) of the fundamental laser light is 0.84 μm
And when a fundamental laser beam of this wavelength is incident
Has an ordinary refractive index (noS1) of 2.130,
Refractive index (neS2) when the second harmonic is generated at
Was 2.229. On this substrate, the fundamental wave of wavelength (λ)
Ordinary refractive index (noF1) when entering laser light is 2.24
8 when the second harmonic is generated under this incident condition
Extraordinary light refractive index (neF2) is 2.294, Na, Mg
LiNbO dissolved in 1 mol% and 5 mol% respectively3single
Crystal thin film is 1.94μm by liquid phase epitaxial growth method
Grown to a thickness of. The surface roughness of this thin film is JIS
B0601 Rmax = 200Å. Furthermore, this single crystal
Etching of 5 μm width with a photoresist film on the thin film
Mask and then ion beam etching
A more channel-type waveguiding layer with both end faces
SHG element that is optically polished and allows light to enter and exit from its end face
And About this SHG element, wavelength 0.84μm, 80
An mW semiconductor laser is used as a solid solution of Na and Mg. 3 single
When measuring the SHG conversion efficiency when incident on a crystalline thin film
The SHG element has a high conversion efficiency of 13.8%.
Was recognized.

【0050】実施例7−2 前記実施例7−1と同様であるが、LiNbO3 単結晶
薄膜の厚さを2.92μmとしたSHG素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、JISB0601 Rmax=560 Åで
あった。このSHG素子について、実施例7−1と同様
にSHG変換効率を測定したところ 9.2%であり、変換
効率の高いSHG素子であることが認められた。
Example 7-2 An SHG device similar to that of Example 7-1 was prepared, except that the LiNbO 3 single crystal thin film had a thickness of 2.92 μm. The surface roughness of this thin film was JISB0601 Rmax = 560Å. When the SHG conversion efficiency of this SHG element was measured in the same manner as in Example 7-1, it was 9.2%, and it was confirmed that the SHG element had a high conversion efficiency.

【0051】実施例7−3 前記実施例7−1と同様であるが、LiNbO3 単結晶
薄膜の厚さを3.40μmとしたSHG素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、JISB0601 Rmax=200 Åで
あった。このSHG素子について、実施例7−1と同様
にSHG変換効率を測定したところ 2.6%であり、変換
効率が高いSHG素子であることが認められた。
Example 7-3 An SHG device similar to that of Example 7-1 was prepared, except that the LiNbO 3 single crystal thin film had a thickness of 3.40 μm. The surface roughness of this thin film was JIS B0601 Rmax = 200Å. When the SHG conversion efficiency of this SHG element was measured in the same manner as in Example 7-1, it was 2.6%, and it was confirmed that the SHG element had a high conversion efficiency.

【0052】実施例8−1 基本波レーザ光の波長(λ)を1.06μmとしたとき、こ
の波長の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
(noS1)が2.137 で、この入射条件の下で第2高調波
を発生したときの異常光屈折率(neS2)が2.209 であ
る厚さ1mmのZカットLiTaO3 単結晶基板上に、波
長(λ)の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
(noF1)が2.230 で、この入射条件の下で第2高調波
を発生したときの異常光屈折率(neF2)が2.225 であ
る、Na,Mgをそれぞれ1モル%, 5モル%固溶させ
たLiNbO 3単結晶薄膜を、液相エピタキシャル成長
法により2.72μmの厚さに成長させた。この薄膜の表面
粗さは、JIS B0601 Rmax = 5000Åであった。
さらに、この単結晶薄膜上に、フォトレジスト膜により
幅5μmのエッチングマスクを形成し、次いでイオンビ
ームエッチングによりチャンネル型の導波層とし、さら
に、両側の端面を光学研磨してその端面より光入出射が
可能なSHG素子とした。このSHG素子について、波
長1.06μm、100 mWのYAGレーザを、Na,Mg固
溶LiNbO 3単結晶薄膜に入射した場合のSHG変換
効率を測定したところ 6.3%であり、変換効率が高いS
HG素子であることが認められた。
Example 8-1 When the wavelength (λ) of the fundamental laser light was set to 1.06 μm,
Ordinary Refractive Index When Injecting Fundamental Wave Laser Light of Various Wavelengths
(NoS1) is 2.137, and the second harmonic wave is generated under this incident condition.
The extraordinary light refractive index (neS2) when is generated is 2.209.
Z-cut LiTaO with a thickness of 1 mm3Waves on a single crystal substrate
Ordinary refractive index when a long (λ) fundamental laser beam is incident
(NoF1) is 2.230, and the second harmonic wave is generated under this incident condition.
The extraordinary light refractive index (neF2) when is generated is 2.225.
1 mol% and 5 mol% solid solution of Na and Mg, respectively
LiNbO Liquid phase epitaxial growth of 3 single crystal thin films
It was grown to a thickness of 2.72 μm by the method. The surface of this thin film
The roughness was JIS B0601 Rmax = 5000Å.
Furthermore, a photoresist film is applied on this single crystal thin film.
Form an etching mask with a width of 5 μm,
Channel etching to form a channel-type waveguide layer
In addition, the end faces on both sides are optically polished so that light can enter and exit from the end faces.
It was a possible SHG element. For this SHG element,
A YAG laser with a length of 1.06 μm and a power of 100 mW was used for solidification of Na and Mg.
Melt LiNbO 3 SHG conversion when incident on a single crystal thin film
When the efficiency was measured, it was 6.3%, and the conversion efficiency was high.
It was confirmed to be an HG device.

【0053】実施例8−2 前記実施例8−1と同様であるが、LiNbO 3単結晶
薄膜の厚さを5.81μmとしたSHG素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、JISB0601 Rmax=7000Åで
あった。このSHG素子について、実施例8−1と同様
にSHG変換効率を測定したところ 3.0%であり、変換
効率が高いSHG素子であることが認められた。
Example 8-2 The same as Example 8-1, except that LiNbO 3 single crystal
An SHG element having a thin film thickness of 5.81 μm was produced. This
The surface roughness of the thin film is JIS B0601 Rmax = 7000Å
there were. This SHG element is the same as in Example 8-1.
The SHG conversion efficiency was measured to be 3.0%.
It was confirmed that the SHG element had high efficiency.

【0054】実施例8−3 前記実施例8−1と同様であるが、LiNbO 3単結晶
薄膜の厚さを6.46μmとしたSHG素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、JISB0601 Rmax=7000Åで
あったこのSHG素子について、実施例8−1と同様に
SHG変換効率を測定したところ 0.9%であり、変換効
率が高いSHG素子であることが認められた。
Example 8-3 The same as Example 8-1, except that LiNbO was used. 3 single crystal
An SHG element having a thin film thickness of 6.46 μm was produced. This
The surface roughness of the thin film is JIS B0601 Rmax = 7000Å
About this existing SHG element, as in Example 8-1
The SHG conversion efficiency was measured and found to be 0.9%.
It was confirmed that the SHG element had a high rate.

【0055】比較例1 基本波レーザ光の波長(λ)を1.06μmとしたとき、こ
の波長の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
(noS1)が2.137 で、この入射条件の下で第2高調波
を発生したときの異常光屈折率(neS2)が2.209 であ
る厚さ1mmのZカットLiTaO 3単結晶基板上に、波
長(λ)の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
(noF1)が2.230 で、この入射条件の下で第2高調波
を発生したときの異常光屈折率(neF2)が2.225 であ
る、Na,Mgをそれぞれ1モル%, 5モル%固溶させ
たLiNbO 3単結晶薄膜を、液相エピタキシャル成長
法により2.72μmの厚さに成長させた。この薄膜の表面
粗さは、JIS B0601 Rmax = 12000 Åであっ
た。さらに、この単結晶薄膜上に、フォトレジスト膜に
より幅5μmのエッチングマスクを形成し、次いでイオ
ンビームエッチングによりチャンネル型の導波層とし、
さらに、両側の端面を光学研磨してその端面より光入出
射が可能なSHG素子とした。このSHG素子につい
て、波長1.06μm、100 mWのYAGレーザを、Na,
Mg固溶LiNbO 3単結晶薄膜に入射した場合のSH
G変換効率を測定したところ0.025 %であり、実用的な
SHG素子とすることができなかった。
Comparative Example 1 When the wavelength (λ) of the fundamental laser light is 1.06 μm,
Ordinary Refractive Index When Injecting Fundamental Wave Laser Light of Various Wavelengths
(NoS1) is 2.137, and the second harmonic wave is generated under this incident condition.
The extraordinary light refractive index (neS2) when is generated is 2.209.
Z-cut LiTaO with a thickness of 1 mm 3 Waves on a single crystal substrate
Ordinary refractive index when a long (λ) fundamental laser beam is incident
(NoF1) is 2.230, and the second harmonic wave is generated under this incident condition.
The extraordinary light refractive index (neF2) when is generated is 2.225.
1 mol% and 5 mol% solid solution of Na and Mg, respectively
LiNbO Liquid phase epitaxial growth of 3 single crystal thin films
It was grown to a thickness of 2.72 μm by the method. The surface of this thin film
The roughness is JIS B0601 Rmax = 12000 Å
It was Furthermore, a photoresist film is formed on this single crystal thin film.
Form an etching mask with a width of 5 μm and then
Channel-type waveguide layer by ion beam etching,
Furthermore, the end faces on both sides are optically polished and light enters and exits from the end faces.
The SHG element is capable of firing. About this SHG element
Then, a YAG laser with a wavelength of 1.06 μm and 100 mW was
Mg solid solution LiNbO 3 SH when incident on a single crystal thin film
The measured G conversion efficiency is 0.025%, which is practical
It could not be used as an SHG element.

【0056】比較例2 厚さ1mmのZカットLiTaO 3単結晶基板上に、RF
スパッタリング法により厚さ1000ÅのV膜を形成し、L
iTaO 3単結晶表層に、熱拡散法によりVを拡散させ
た。基本波レーザ光の波長(λ)を0.98μmとしたと
き、この波長の基本波レーザ光を入射するときの常光屈
折率(noS1)が2.181 で、この入射条件の下で第2高
調波を発生したときの異常光屈折率(neS2)は2.185
であった。この基板上に、波長(λ)の基本波レーザ光
を入射するときの常光屈折率(noF1)が2.235 で、こ
の入射条件の下で第2高調波を発生したときの異常光屈
折率(neF2)が2.243 である、Zn,Mgをそれぞれ
2モル%, 5モル%固溶させたLiNbO3 単結晶薄膜
を、液相エピタキシャル成長法により2.88μmの厚さに
成長させた。この薄膜の表面粗さは、JIS B0601
Rmax =10000 Åであった。 さらに、この単結晶薄膜
上に、フォトレジスト膜により幅5μmのエッチングマ
スクを形成し、次いで、イオンビームエッチングにより
チャンネル型の導波層とし、さらに、両側の端面を光学
研磨してその端面より光入出射が可能なSHG素子とし
た。このSHG素子について、波長0.98μm、50mW
の半導体レーザを、Zn,Mg固溶LiNbO 3単結晶
薄膜に入射した場合のSHG変換効率を測定したところ
0.014%であり、実用的なSHG素子とすることができ
なかった。
Comparative Example 2 Z-cut LiTaO having a thickness of 1 mm RF on 3 single crystal substrates
Form a V film with a thickness of 1000Å by the sputtering method, and
iTaO 3 V is diffused on the surface of the single crystal by the thermal diffusion method.
It was If the wavelength (λ) of the fundamental laser light is 0.98 μm
When the fundamental laser light of this wavelength is incident,
The folding rate (noS1) is 2.181, which is the second highest value under this incident condition.
The extraordinary refractive index (neS2) when a harmonic is generated is 2.185.
Met. On this substrate, the fundamental wave laser light of wavelength (λ)
The ordinary light refractive index (noF1) when incident on is 2.235.
Optical anisotropy when the second harmonic is generated under the conditions of incidence
The folding rate (neF2) is 2.243, Zn and Mg are respectively
2 mol%, 5 mol% solid-dissolved LiNbO3Single crystal thin film
To a thickness of 2.88 μm by liquid phase epitaxial growth
I grew it. The surface roughness of this thin film is JIS B0601.
Rmax = 10000Å. Furthermore, this single crystal thin film
On top of that, an etching mask with a width of 5 μm is formed by a photoresist film.
Disk, then by ion beam etching
Channel-type waveguiding layer
Polished to be an SHG element that allows light to enter and exit from its end face
It was About this SHG element, wavelength 0.98μm, 50mW
Semiconductor laser of Zn, Mg solid solution LiNbO 3 single crystal
Measurement of SHG conversion efficiency when incident on a thin film
0.014%, which is a practical SHG element.
There wasn't.

【0057】比較例3 厚さ0.5 mmのZカットLiTaO3単結晶基板上に、液相エピ
タキシャル成長法により種々の厚さの Mg (5モル%) 固
溶LiNbO3単結晶薄膜を成長させた。表面を鏡面研磨後、
電子顕微鏡観察した結果、厚さは3μmであることが判
った。この膜に通常のフォトリソグラフィーにより、T
i薄膜のパターンを形成した。この薄膜にイオンビーム
エッチングを施し、段差を形成した。段差を段差計で測
定したところ、0.80μmであった。次いで、Ti薄膜を
除去し、さらに電子顕微鏡観察を行ない、図1に示す膜
厚Tと段差tの比率を求め、膜厚Tの厚さを求めた結
果、膜厚Tは2.96μmであった。さらにイオンビームエ
ッチングを行ない、電子顕微鏡観察を行ない、図1に示
す膜厚Tと段差tの比率から膜厚Tの厚さを求め、膜厚
Tを1.80μmの厚さに調整した。両側の端面を鏡面研磨
し、その端面より光の入出射を可能としたSHG素子を
得た。基本波レーザ光波長λを0.94μmとしたとき、Li
TaO3単結晶基板の常光屈折率(noS1)は 2.180、LiNb
O3単結晶薄膜導波層の常光屈折率(noF1)は 2.271、
第二高調波波長λ/2におけるLiTaO3単結晶基板の異常光
屈折率(neS2)は 2.261、LiNbO3単結晶薄膜導波層の
異常光屈折率(neF2)は 2.268、であった。このSH
G素子は、 また、 このSHG素子について、波長0.94μm、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
入射角で入射した場合のSHG変換効率を測定したとこ
ろ0.80%であり、また膜厚さの測定が面倒であった。
Comparative Example 3 Mg (5 mol%) solid solution LiNbO 3 single crystal thin films having various thicknesses were grown on a Z-cut LiTaO 3 single crystal substrate having a thickness of 0.5 mm by a liquid phase epitaxial growth method. After mirror polishing the surface,
As a result of observation with an electron microscope, it was found that the thickness was 3 μm. This film is subjected to T by the usual photolithography.
An i thin film pattern was formed. This thin film was subjected to ion beam etching to form steps. When the step difference was measured with a step meter, it was 0.80 μm. Next, the Ti thin film was removed, and further observation with an electron microscope was carried out to obtain the ratio between the film thickness T and the step t shown in FIG. 1 to obtain the film thickness T. As a result, the film thickness T was 2.96 μm. .. Further, ion beam etching was performed, and electron microscope observation was performed. The thickness T was determined from the ratio of the thickness T and the step t shown in FIG. 1, and the thickness T was adjusted to 1.80 μm. The end faces on both sides were mirror-polished to obtain an SHG element capable of entering and exiting light from the end faces. When the fundamental laser light wavelength λ is 0.94 μm, Li
Ordinary refractive index (noS1) of TaO 3 single crystal substrate is 2.180, LiNb
The ordinary refractive index (noF1) of the O 3 single crystal thin film waveguide layer is 2.271,
The extraordinary refractive index (neS2) of the LiTaO 3 single crystal substrate at the second harmonic wavelength λ / 2 was 2.261, and the extraordinary refractive index (neF2) of the LiNbO 3 single crystal thin film waveguide layer was 2.268. This SH
G element is Also, The SHG conversion efficiency of this SHG element was 0.80% when a semiconductor laser with a wavelength of 0.94 μm and a wavelength of 40 mW was incident at an incident angle of 90 ° with respect to the crystal axis (Z axis) of the single crystal thin film. The measurement of the film thickness was troublesome.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、L
iTaO 3単結晶基板上にLiNbO3薄膜導波層が形成
したSHG素子とし、この基板と薄膜導波層の常光屈折
率,異常光屈折率を所定の範囲に調整することにより、
極めて高いSHG変換効率を有するSHG素子を容易に
製造でき、特にグリーンレーザを高効率で発振させるこ
とができる。
As described above, according to the present invention, L
iTaO 3 LiNbO on single crystal substrate3Forming a thin film waveguide layer
Ordinary refraction of this substrate and the thin film waveguide layer
By adjusting the refractive index and the extraordinary light refractive index within the specified range,
Easy SHG element with extremely high SHG conversion efficiency
It can be manufactured, and in particular, it can generate a green laser with high efficiency.
You can

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のSHG素子の略線図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an SHG element of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 薄膜 3 導波層 1 substrate 2 thin film 3 waveguiding layer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 LiTaO3 基板上に、LiNbO3
結晶薄膜導波層が形成されてなる第2高調波発生素子に
おいて、薄膜導波層の表面粗さ Rmax が10〜10000 Å
の範囲内であり、 波長λの基本波レーザ光を入射するときの、前記基板の
常光屈折率を(noS1)とし、この入射条件の下でλ/
2の第2高調波を発生したときの該基板の異常光屈折率
を(neS2)とし、一方、波長λ(μm)の基本波レー
ザ光を入射するときの前記薄膜導波層の常光屈折率を
(noF1)とし、その入射条件の下でλ/2(μm)の
第2高調波を発生したときの該薄膜導波層の異常光屈折
率を(neF2)としたとき、λ, noS1, neS2, no
F1, neF2がそれぞれ下記の数値の範囲内であることを
特徴とする第2高調波発生素子。 記 λ=0.80〜1.15μm noS1=2.08〜2.17 neS2=2.09〜2.30 noF1=2.20〜2.27 neF2=2.19〜2.35
1. A second harmonic generation device comprising a LiNbO 3 single crystal thin film waveguide layer formed on a LiTaO 3 substrate, wherein the thin film waveguide layer has a surface roughness Rmax of 10 to 10000 Å.
And the ordinary refractive index of the substrate is (noS1) when a fundamental laser beam of wavelength λ is incident, and λ /
The extraordinary refractive index of the substrate when the second harmonic of 2 is generated is (neS2), and the ordinary refractive index of the thin film waveguide layer when the fundamental laser light of wavelength λ (μm) is incident. Is (noF1) and the extraordinary refractive index of the thin-film waveguide layer is (neF2) when the second harmonic of λ / 2 (μm) is generated under the incident condition, then λ, noS1, neS2, no
A second harmonic generation element characterized in that F1 and neF2 are within the following numerical ranges, respectively. Note λ = 0.80 to 1.15 μm noS1 = 2.08 to 2.17 neS2 = 2.09 to 2.30 noF1 = 2.20 to 2.27 neF2 = 2.19 to 2.35
【請求項2】 前記第2高調波発生素子は、導波層の幅
が1〜10μmのチャンネル型である請求項1に記載の
第2高調波発生素子。
2. The second harmonic generating element according to claim 1, wherein the second harmonic generating element is a channel type having a waveguide layer width of 1 to 10 μm.
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