JPH0597591A

JPH0597591A - ニオブ酸リチウム単結晶の製造方法および光素子

Info

Publication number: JPH0597591A
Application number: JP28353891A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Furukawa; 保典古川; Masazumi Sato; 正純佐藤; Kohei Ito; 康平伊藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1991-10-03
Filing date: 1991-10-03
Publication date: 1993-04-20

Abstract

(57)【要約】【目的】耐光損傷特性に優れたニオブ酸リチウム単結
晶を得ることと、短波長光を用いる光素子用基板にニオ
ブ酸リチウム単結晶を用いニオブ酸リチウム単結晶の持
つ大きな非線形光学定数を生かしたＳＨＧ素子の安定性
と高出力化の特性向上をすることである。【構成】ニオブ酸リチウム単結晶を３００〜７００℃
の温度範囲においてオゾンを含む雰囲気中で熱処理する
ことにより耐光損傷特性を向上させたことを特徴とする
ニオブ酸リチウム単結晶の製造方法であり、レーザー光
源から結晶への入射光、または結晶内における光のパワ
ー密度が１平方ｃｍあたり１０Ｗ以上である光素子であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を使用する情
報処理分野あるいは光応用計測制御および通信分野に利
用する単結晶に関するものであり、特には耐光損傷特性
に優れたニオブ酸リチウム単結晶に係る。

【０００２】

【従来の技術】ニオブ酸リチウム単結晶は融点約１２５
０℃、キュリー温度約１１５０℃の強誘電体結晶で、通
常大気中もしくは酸素を含む雰囲気中で白金坩堝を用
い、融液からチョクラルスキー法により育成されてい
る。育成された単結晶は多分域状態であるので、結晶温
度をキュリー温度以上に保ち電界印加徐冷法により、結
晶の単一分域化処理が行われる。この後、結晶はウエハ
状に加工され、たとえば表面弾性波素子用の基板として
大量に用いられている。近年、ニオブ酸リチウム結晶は
光学的品質に優れ、比較的安価で大口径の結晶が育成可
能で、しかも低損失な光導波路が容易に形成可能なこと
から、非線形光学効果及び電気光学効果等を用いた各種
光学素子の基板材料としてよく用いられている。

【０００３】しかしながら、そのような光学用途の実用
に際しては、光損傷の発生が実用化を妨げる大きな問題
であることが明らかにされてきた。ここで言う光損傷と
は、レーザ光入射により結晶の屈折率が局所的に変化す
る現象で光誘起屈折率変化と呼ばれるものである。この
光損傷の発生原因は結晶内に含まれる遷移金属不純物に
よるものとされており、特に結晶内のＦｅイオンの原子
価の変化によりその現象が説明されている。すなわち結
晶のＺ軸（光学軸）に並行でない方向に光を入射した際
に、光の照射部内の光強度の強い部分に存在するＦｅ²+
イオンが励起されて電子を放出しＦｅ³+に変わる。この
ようにして発生した電子は、結晶内の非照射部もしくは
照射の弱い領域内にある他のＦｅ³+によって一般に捕獲
され、このようなイオンはＦｅ²+に変えられてしまう。
このような現象による全体的効果は、Ｆｅ²+イオンの分
布の変化として現れ、その結果、結晶自身のもつ電気光
学効果を介しての局所的屈折率分布の不均一性として現
れる。結晶を光変調器や波長変換素子等の光学用途の基
板として用いるときには、このような光照射部の屈折率
変化により素子が安定に動作しないことや、本来結晶が
有している特性を十分生かしきれないという非常に大き
な問題が生じる。

【０００４】この光損傷は使用する光波長が短波長であ
るほど顕著になるので、短波長の光を用いる素子用途ほ
ど光損傷の問題が大きくなる。

【０００５】この問題を改善するため、種々の提案がな
されている。一つには結晶内に含まれるＦｅ等の遷移金
属不純物を低減することである。その他として、マグネ
シアを添加することにより光損傷を低減する方法が報告
されている(Ｄ.Ａ.Ｂryan,et,al.,「Ａppl.Ｐhys.Ｌet
t.」,vol.44、P.847、1984)。この報告によれば、マグ
ネシアを添加したニオブ酸リチウム結晶においては、マ
グネシアの添加量とともに耐光損傷強度が増加し、この
強度は添加マグネシアが４．５ｍｏｌ％以上で一定値と
なることが知られている。また、最近では亜鉛を添加す
ることにより耐光損傷性の改善効果があることが報告さ
れている。

【０００６】近年、マグネシアを添加したニオブ酸リチ
ウム結晶を用い、チェレンコフ方式により第二高調波出
力がｃｗレーザで０．４ｍＷ程度発生することのできる
波長変換素子が製品開発されている（谷内；ＬｉＮｂＯ
₃のＳＨＧデバイス；応用物理学会、第９３回結晶工学
分科会、Ｐ２３（１９９０））。

【０００７】また、近年光学用途の無色透明に優れたニ
オブ酸リチウム単結晶の製造法について特開平１−９６
０９５が出願されており、その中にニオブ酸リチウム単
結晶を大気中もしくは酸素含有雰囲気中で約１０００か
ら１１００℃の高温で約１から４時間程度熱処理するこ
とにより結晶の無色化の効果があることが記述されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術による酸
化物単結晶育成においては、購入可能な原料の純度は４
Ｎ〜５Ｎ程度であり、また坩堝材や炉内の耐火保温材等
から育成結晶への不純物取り込みもあるので半導体並み
の高純度化する事は不可能である。従ってＦｅ不純物の
低減にも限界がある。結晶中のＦｅ不純物濃度を例えば
０．５ｐｐｍ以下に低減すると確かに耐光損傷特性が向
上する効果はあるものの、短波長光を用いる素子用途に
おいては耐光損傷強度は不十分である。また、上記従来
技術における酸化マグネシウム叉は酸化亜鉛を添加した
結晶においては、耐光損傷に対する大幅な特性向上は認
められたが、添加する酸化マグネシウムおよび酸化亜鉛
の量を例えば５ｍｏｌ％以上にしても、例えば波長変換
素子用基板として用いたときには出力される高調波光の
パワー密度が２００Ｗ／ｃｍ²以上程度になると損傷は
完全には対策できないとの問題が生じた。一方、このよ
うな添加による耐光損傷改善を行う結晶では次のような
別の問題が生じてきた。すなわち、上記従来技術におけ
る酸化マグネシウム添加ニオブ酸リチウム単結晶は、結
晶中のマグネシウムの偏析係数が１より大きいために結
晶中のマグネシウム濃度は不均一であることや、育成す
る場合クラックが発生しやすく、またサブグレインバウ
ンダリーも多く光学用途としての品質均一性の面では使
用には耐えない品質になり易く、これによる素子作製上
の不安定性や低歩留り等の問題があった。酸化亜鉛を添
加した場合にも、偏析係数が１でないため結晶内分布の
不均一性とこれに起因する屈折率不均一性という、前記
酸化マグネシウムの場合と同様の問題がある。また、大
気中もしくは酸素含有中での熱処理は結晶の無色化に対
し効果があることが知られているが、高温での熱処理で
あるため耐光損傷強度の顕著な向上には寄与することは
出来ない。本発明は、上述した如き従来のニオブ酸リチ
ウム単結晶または酸化マグネシウムおよび酸化亜鉛を添
加したニオブ酸リチウム単結晶の光損傷と結晶品質の不
均一性の問題を解決すべくなされたものであって、オゾ
ンアニールによる耐光損傷特性及び、光学的均一性に優
れたニオブ酸リチウム単結晶およびマグネシア添加ニオ
ブ酸リチウム単結晶および酸化亜鉛添加ニオブ酸リチウ
ム単結晶を提供し、これを用いた光素子を安定に作製、
動作させんとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的の達成のため
に、本発明者は、各種ニオブ酸リチウム単結晶を育成
し、結晶の耐光損傷特性を向上させるために、育成後３
００〜７００℃の温度範囲に結晶を保ちオゾンアニール
するという手段を採用した。オゾンアニールの効果はニ
オブ酸リチウム単結晶の酸化を十分に促進し、育成中に
取り込まれた酸素欠損の欠陥を補うことであり、また、
結晶中に含まれるＦｅ²+を十分に酸化しＦｅ³+にするこ
とにより光損傷の発生原因となるＦｅ²+のドナーを除去
することにある。即ち、本発明は、ニオブ酸リチウム単
結晶を３００〜７００℃の温度範囲においてオゾンを含
む雰囲気中で熱処理することにより耐光損傷特性を向上
させたことを特徴とするニオブ酸リチウム単結晶の製造
方法である。また、本発明は、電界印加徐冷法あるいは
その他の方法の単一分域化処理により既に単一分域化さ
れたニオブ酸リチウム単結晶を、３００〜７００℃の温
度範囲で、オゾンを含む雰囲気中で少なくとも１０分以
上の熱処理をすることにより耐光損傷特性を向上させた
ことを特徴とするニオブ酸リチウム単結晶の製造方法で
あり、Ｃ面に分域反転層が形成されたニオブ酸リチウム
単結晶を、３００〜７００℃の温度範囲で、オゾンを含
む雰囲気中で少なくとも１０分以上の熱処理をより耐光
損傷特性を向上させたことを特徴とするニオブ酸リチウ
ム単結晶の製造方法である。更に本発明は、表面に金属
拡散その他の方法で光導波路が形成されたニオブ酸リチ
ウム単結晶を、３００〜７００℃の温度範囲で、オゾン
を含む雰囲気中で少なくとも１０分以上の熱処理をする
ことにより耐光損傷特性を向上させたことを特徴とする
ニオブ酸リチウム単結晶の製造方法である。また、本発
明に係る製造方法によると、レーザー光源から結晶への
入射光、または結晶内における光のパワー密度が１平方
ｃｍあたり１０Ｗ以上である光素子を提供することがで
きる。更に、本発明に係る製造方法によると、レーザー
光源からの出射光を基本波として非線形光学結晶への通
過により第二高調波を発生するＳＨＧ素子が得られる。
また、上記手段により耐光損傷特性を向上させることが
できるのであるが、上記手段を施した後に、結晶温度を
上げる様な処理、例えば、電界印加徐冷法により単一分
域化処理を行うようなことを行うと耐光損傷特性が劣化
する場合がある。これは単一分域化処理の際に温度を上
昇させるとＦｅ³+がＦｅ²+と共存できるようになるため
と思われる。したがって、オゾンアニール処理は単一分
域化処理後もしくは結晶の温度がたとえ部分的であれ結
晶を昇温する全ての工程を終了した後に行うことが望ま
しい。特に最近、ニオブ酸リチウムの波長変換光素子へ
の応用のための光素子形成の際に、電子ビーム照射やＴ
ｉの熱拡散やＬｉの外拡散処理による分域反転層の形成
や、プロトン交換や金属イオンの熱拡散による光導波路
の形成の技術が利用されているが多いが、これらの処理
においては結晶温度を上昇させるので、これらの処理を
施した後にオゾンアニール処理を行うことが効果的であ
る。このオゾンアニール処理は基板の厚みが薄いほど短
時間に低温で十分な効果が結晶内部まで得られるので、
処理温度は３００〜７００℃の比較的低温の範囲で処理
時間も１０分以上で効果が現れる。したがって、通常は
このオゾンアニール処理により、前記分極反転処理およ
び導波路作製処理により既に結晶表面に形成された分極
や光導波路の特性が変化することは少ない。しかし、オ
ゾンアニールにより反転分極や光導波路の特性に変化が
生じてしまう場合にはオゾンアニール処理を分極反転処
理や光導波路形成処理の前工程で行うことでも、その効
果は認められる。

【００１０】オゾンアニール処理時間は基板が０．５ｍ
ｍ程度の厚さの場合には１０分程度でも効果はみられる
が時間が長いほどその効果は大きい。基板厚みが厚いよ
うな場合や単結晶のインゴットの場合には十分長い時間
が必要である。また処理温度は３００℃以上７００℃以
下であることが望ましい。その理由は、３００℃未満の
低温ではオゾンアニールの効果が不十分であり、７００
℃より高温ではオゾンが分解してしまうのでその効果が
減じてしまうからである。

【００１１】

【作用】上記の構成により、ニオブ酸リチウム単結晶の
酸化を十分に促進し育成中に取り込まれた酸素欠損の欠
陥を補い、さらに、結晶中に含まれるＦｅ²+を十分に酸
化しＦｅ³+にすることにより光損傷の発生原因となるＦ
ｅ²+のドナーを除去することができる。これにより結晶
の耐光損傷強度を大幅に改善することができる。また、
アニールの効果により育成中に取り込まれた結晶の不均
一性を改善することができるので、光学的特性の向上が
できる。さらに、得られた結晶は、耐光損傷強度および
均質性が向上しているので特に短波長光を用いる波長変
換素子、光変調器、光偏向器などの種々の光学素子が安
定に動作させることが可能である。

【００１２】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に
説明する。

【００１３】（実施例１）試料を次の作製法により作成
した。まずチョクラルスキ法により、種々のＬｉＮｂＯ
₃単結晶を育成した。直径１００ｍｍ深さ１５０ｍｍの
白金坩堝に原料粉をいれ高周波加熱によりこれを溶か
し、融液を作り、その後シード付けを行い、所定の方位
に約３日間で、２インチの単結晶を育成した。この時の
育成速度は１〜４ｍｍ／ｈ、回転速度は８〜３０ｒｐｍ
である。上記方法により育成した結晶は無添加高純度結
晶、マグネシウム添加結晶、亜鉛添加結晶である。育成
に用いた原料は純度９９．９９％のＬｉ₂Ｏ，Ｎｂ
₂Ｏ₅，ＭｇＯである。つぎに上記引き上げ法により育成
した結晶体を単一分域化処理を行った。結晶を結晶と非
反応性の導電性粉末を介して、結晶のＺ軸方向に対向す
るように例えばＰｔ電極板を設け、電気炉内に挿入して
単一分域化処理を行う。その後、それぞれの結晶から各
稜がｘ軸方位，ｙ軸方位，およびｚ軸方位に平行な１０
×１０×１０ｍｍ³の正方形ブロックを切り出し、その
各面を鏡面研磨した。あるいはそれぞれの結晶から２イ
ンチのウエハを作成した。このようにして種々のニオブ
酸リチウム単結晶を準備し、それぞれに対し２００℃〜
８００℃で１０分以上、オゾンアニール処理を実施し、
オゾンアニールによる耐光損傷強度の強度向上について
調べた。耐光損傷強度は２種類の測定法により行った。
一つの測定法は結晶中もしくは光導波路中に波長０．４
８８μｍのアルゴンレーザーを入力し、その入出力特性
を評価した。光損傷が発生しなければ入出力特性は直線
上に乗るが、光損傷が発生すると出力は飽和するので光
損傷を検出することができる。その結果の一例を図１に
示す。もう一つの方法は結晶中に波長０．４８８μｍの
アルゴンレーザーを入射し、これにより誘起される光損
傷すなわち光誘起屈折率変化を出力の弱いヘリウムネオ
ンレーザーで直接検出する方法である。この結果の例を
図２に示す。このオゾンアニール処理は基板の厚みが薄
いほど短時間に低温で十分な効果が結晶内部まで得られ
るので、処理温度は３００〜７００℃の比較的低温の範
囲で処理時間も１０分以上で効果が現れる。オゾンアニ
ール処理時間は基板が０．５ｍｍ程度の厚さの場合には
１０分程度でも効果はみられるが時間が長いほどその効
果は大きい。基板厚みが厚いような場合や単結晶のイン
ゴットの場合には十分長い時間が必要である。また処理
温度は３００℃以上７００℃以下であることが望まし
い。３００℃未満の低温ではオゾンアニールの効果が不
十分であり、７００℃より高温ではオゾンが分解してし
まうのでその効果が減じてしまうからである。このオゾ
ンアニールの耐光損傷強度向上の効果は無添加ニオブ酸
リチウム単結晶で特に顕著であったが、酸化マグネシウ
ムおよび酸化亜鉛を０．５から１０モル％添加した結晶
についても改善の効果がみられた。酸化マグネシウムな
どの添加効果が、光照射により誘起された局所的な内部
電界を、結晶の光伝導度を大きくして減じる効果である
のに対して、オゾンアニールの効果は光照射により電子
を励起するもととなるＦｅ²+イオンを減ずるものであ
り、従来技術とは異なる機構によるものであるためと考
えられる。

【００１４】（比較例１）６００℃３０分のオゾンアニ
ールを施した後に、電界印加徐冷法により単一分域化処
理を温度１１５０℃，印加電圧２Ｖ／ｃｍ、印加時間５
時間で行った後、耐光損傷特性を評価したところ、特性
が劣化した。これは単一分域化処理の際に温度を上昇さ
せるとＦｅ³+がＦｅ²+と共存できるようになるためと思
われる。したがって、オゾンアニール処理は単一分域化
処理の工程を終了した後に行うことが必要である。

【００１５】（比較例２）６００℃３０分のオゾンアニ
ールを施した後に、９８０℃で５時間の金属イオンの熱
拡散により光導波路を形成した。この結晶の耐光損傷特
性を評価したところ、特性が劣化した。これは単一分域
化処理の際に温度を上昇させるとＦｅ³+がＦｅ²+と共存
できるようになるためと思われる。したがって、オゾン
アニール処理は光導波路形成の工程を終了した後に行う
ことが重要である。

【００１６】（比較例３）６００℃３０分のオゾンアニ
ールを施した後に、Ｔｉの熱拡散やＬｉの外拡散処理を
温度約９８０〜１０５０℃で行い分域反転層を形成し
た。この結晶の耐光損傷特性を評価したところ、分極反
転相の形成により特性が劣化した。これは分極反転処理
の際に温度を上昇させるとＦｅ³+がＦｅ²+と共存できる
ようになるためと思われる。したがって、オゾンアニー
ル処理は分極反転形成の工程を終了した後に行うことが
重要である。

【００１７】（実施例２）しかし、分局反転処理や光導
波路形成処理後に６００℃の高温で３０分以上程度オゾ
ンアニール処理を行うと反転分極や光導波路の特性に変
化が生じてしまう場合も生じた。このような場合には、
分極反転処理や光導波路形成処理の為の熱処理をオゾン
を含む雰囲気中で行うことにより対策でき、しかも耐光
損傷特性向上と熱処理が同時に行えた。

【００１８】（実施例３）通常の光素子用基板として用
いるニオブ酸リチウム単結晶は、Ｌｉ₂Ｏ／（Ｌｉ₂Ｏ＋
Ｎｂ₂Ｏ₅）のモル比が０．４８３のいわゆるコングルエ
ント組成のものが用いられている。ニオブ酸リチウム単
結晶を特に光導波路を作成する光学素子用の基板として
用いる場合、結晶組成により屈折率が変化するので、任
意の屈折率を持つ種々の結晶が必要とされる。上記結晶
組成比をコングルエント組成からストイキオメトリ組成
（上記モル比が０．５０）へと変えていくと、異常屈折
率のみが単調に減少することが知られている。そこで、
光導波路型光素子へのニオブ酸リチウム単結晶基板の応
用を考え、種々の組成を持つ基板の耐光損傷強度へのオ
ゾンアニールの効果について以下のように検討した。通
常のニオブ酸リチウム単結晶はＬｉ₂Ｏ／（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎ
ｂ₂Ｏ₅）のモル比が０．４８６のいわゆるコングルエン
ト組成の非化学量論的組成であり、実際に育成された結
晶の酸素の定量分析は難しいので、真の化学式または構
造式を示すことは困難であるが、ニオブ酸リチウム中の
ニオブが構造的に全てニオブサイトのみを占めると仮定
し、化学式はＬｉ+_kＮｂ⁵+Ｏ^2- _x（ｋ＝０．９４５５，
ｘ＝２．９７３）と表され、Ｌｉの点欠陥を結晶中に含
み、価数バランスを取るために酸素欠損も含まれてい
る。結晶育成は白金坩堝を用い酸素を若干含む雰囲気中
で約１２６０℃の高温で育成されるため結晶中に酸素欠
損が導入される。上記組成でかつ結晶中の選移金属不純
物量が１ｐｐｍ以下の高純度化された結晶を６００℃６
０分のオゾンアニールを施した後に、耐光損傷特性を評
価したところ特性の向上がみられた。この特性向上の原
因として、オゾンアニールにより選移金属不純物Ｆｅ²+
のＦｅ³+への酸化が進みの価数が固定されることの他
に、育成の際に結晶中に取り込まれた酸素欠損が補われ
ることも大きく寄与していると推定される。単なる酸素
を含む雰囲気や酸素雰囲気でおこなうよりもオゾンを含
む雰囲気で行う方が、より大きな効果が得られたのは、
このような理由によるものと考えられる。さらに、Ｌｉ
₂Ｏ／（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎｂ₂Ｏ₅）のモル比が０．５のいわゆ
るストイキオメトリ組成の結晶を育成したところ、Ｌｉ
の欠損はコングルエントメルト組成の結晶よりも大幅に
少ないため、価数バランスをとるための酸素欠損は少な
いと思われるが、先述したように酸素を若干含む雰囲気
中で高温で育成されるため、酸素欠損を含んでいる。こ
の結晶を６００℃６０分のオゾンアニールを施した後
に、耐光損傷特性を評価したところ特性の向上がみられ
た。このように種々の組成のニオブ酸リチウム単結晶に
たいしてオゾンアニールによる耐光損傷特性の向上とい
う光学素子用途への応用にとって好ましいが得られるこ
とが判った。特に光導波路用基板として用いる場合には
Ｌｉ₂Ｏ／（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎｂ₂Ｏ₅）のモル比がコングルエ
ント組成比の０．４８３より大きいことが好ましが、結
晶育成の難易さの点からかんがえると組成比は０．４８
３から０．５０の範囲にあることが望ましく、従って、
上記組成範囲にあるニオブ酸リチウム単結晶をオゾンア
ニールして用いることが光素子への応用上好ましい。

【００１９】（実施例４）上記と同様の考えに基づき
（Ｌｉ₂Ｏ＋ＭｇＯ）／（Ｌｉ₂Ｏ＋ＭｇＯ＋Ｎｂ₂Ｏ₅）
のモル比が０．４８３〜０．５０の結晶組成であるニオ
ブ酸リチウム単結晶および（Ｌｉ₂Ｏ＋ＺｎＯ）／（Ｌ
ｉ₂Ｏ＋ＺｎＯ＋Ｎｂ₂Ｏ₅）のモル比が０．４８３〜
０．５０の結晶組成であるニオブ酸リチウム単結晶につ
いてもオゾンアニール処理を行った。このような組成の
結晶は特に基板の屈折率を、酸化マグネシウムや酸化亜
鉛の添加と母結晶の組成の変化により任意に変えること
ができる点に於いて光導波路型光素子の基板としても重
要なものである。

【００２０】（実施例５）５５０℃で約２０分オゾンア
ニールにより耐光損傷強度が向上した結晶についてさら
に以下の特性を評価した。測定用の試料として各Ｍｇ：
ＬＮ結晶から１０×１０×１０ｍｍ³の直方体に切り出
して全面を鏡面研磨したものを準備した。光学干渉像に
よる結晶内歪の観察写真には等厚干渉縞の乱れがみられ
ず、屈折率にして１０^-6程度の均質性が得られた。次
に、結晶の光透過率の測定を行ったところ、可視光波長
領域で光吸収は見られず、オゾンアニールによる光透過
特性の劣化は見られなかった。

【００２１】（実施例６）オゾンアニールにより耐光損
傷強度が向上した結晶をレーザー光源からの出射光を基
本波として非線形光学結晶への通過により第二高調波を
発生するＳＨＧ結晶として用いたところ、約１ｍＷのＳ
ＨＧ出力が得られ、しかも光損傷は発生せずにその出力
は安定であることが確認された。より高出力化について
は、素子構造の最適化により得ることが可能である。例
えば半導体励起Ｎｄ：ＹＡＧ個体レーザーを基本光とし
て用いる内部共振器型ＳＨＧ素子にオゾンアニールした
ニオブ酸リチウム単結晶を用いると約５ｍＷ以上の第二
高調波が安定に得られた。ここでの第二高調波の出力は
１０Ｗ／ｃｍ²以上である。また、オゾンアニール処理
により耐光損傷強度を向上させたニオブ酸リチウム単結
晶を光導波路型素子の基板材料として用い、光変調器や
ＳＨＧ素子を作成した。波長０．８５μｍの半導体レー
ザーを入力して用いる光変調器は安定した出力と動作が
得られた。また、オゾンアニールしたニオブ酸リチウム
単結晶基板上にプロトン交換法により光導波路を形成
し、チェレンコフ位相整合方式のＳＨＧ素子を作成し
た。波長０．８６μｍの半導体レーザー２００ｍＷに対
して、波長０．４３μｍ、出力４ｍＷの第二高調波が安
定に得られた。

【００２２】

【発明の効果】本発明により耐光損傷特性に優れたニオ
ブ酸リチウム単結晶を得ることができた。これにより短
波長光を用いる光素子用基板にニオブ酸リチウム単結晶
を用いることができ、ニオブ酸リチウム単結晶の持つ大
きな非線形光学定数を生かしたＳＨＧ素子の安定性と高
出力化の特性向上ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】種々のオゾンアニール条件による耐光損傷強度
の向上の様子をアルゴンレーザーの入出力特性の測定結
果により示した図である。

【図２】種々のオゾンアニール条件による耐光損傷強度
の向上の様子をアルゴンレーザー照射による屈折率変化
を検出して評価した結果を示した図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ニオブ酸リチウム単結晶を３００〜７０
０℃の温度範囲においてオゾンを含む雰囲気中で熱処理
することにより耐光損傷特性を向上させたことを特徴と
するニオブ酸リチウム単結晶の製造方法。
【請求項２】電界印加徐冷法あるいはその他の方法の
単一分域化処理により既に単一分域化されたニオブ酸リ
チウム単結晶を、３００〜７００℃の温度範囲で、オゾ
ンを含む雰囲気中で少なくとも１０分以上の熱処理をす
ることにより耐光損傷特性を向上させたことを特徴とす
るニオブ酸リチウム単結晶の製造方法。
【請求項３】Ｃ面に分域反転層が形成されたニオブ酸
リチウム単結晶を、３００〜７００℃の温度範囲で、オ
ゾンを含む雰囲気中で少なくとも１０分以上の熱処理を
より耐光損傷特性を向上させたことを特徴とするニオブ
酸リチウム単結晶の製造方法。
【請求項４】表面に金属拡散その他の方法で光導波路
が形成されたニオブ酸リチウム単結晶を、３００〜７０
０℃の温度範囲で、オゾンを含む雰囲気中で少なくとも
１０分以上の熱処理をすることにより耐光損傷特性を向
上させたことを特徴とするニオブ酸リチウム単結晶の製
造方法。
【請求項５】Ｌｉ₂Ｏ／（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎｂ₂Ｏ₅）のモル
比が０．４８３〜０．５０の結晶組成である請求項１な
いし４のいずれかの項に記載のニオブ酸リチウム単結晶
の製造方法。
【請求項６】（Ｌｉ₂Ｏ＋ＭｇＯ）／（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｍｇ
Ｏ＋Ｎｂ₂Ｏ₅）のモル比が０．４８３〜０．５０の結晶
組成である請求項１ないし４のいずれかの項に記載のニ
オブ酸リチウム単結晶製造方法。
【請求項７】（Ｌｉ₂Ｏ＋ＺｎＯ）／（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｚｎ
Ｏ＋Ｎｂ₂Ｏ₅）のモル比が０．４８３〜０．５０の結晶
組成である請求項１ないし４のいずれかの項に記載のニ
オブ酸リチウム単結晶製造方法。
【請求項８】レーザー光源から結晶への入射光、また
は結晶内における光のパワー密度が１平方ｃｍあたり１
０Ｗ以上である光素子において、前記結晶として請求項
１ないし７のいずれかの項に記載の製造方法により得ら
れたニオブ酸リチウム単結晶を用いたことを特徴とする
光素子。
【請求項９】レーザー光源からの出射光を基本波とし
て非線形光学結晶への通過により第二高調波を発生する
ＳＨＧ素子において、前記非線形光学結晶として請求項
１ないし８のいずれかの項に記載の製造方法により得ら
れたニオブ酸リチウム単結晶を用いたことを特徴とする
ＳＨＧ素子。