JPH06242479A - 光波長変換素子およびその作成方法 - Google Patents
光波長変換素子およびその作成方法Info
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- JPH06242479A JPH06242479A JP5029207A JP2920793A JPH06242479A JP H06242479 A JPH06242479 A JP H06242479A JP 5029207 A JP5029207 A JP 5029207A JP 2920793 A JP2920793 A JP 2920793A JP H06242479 A JPH06242479 A JP H06242479A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/355—Non-linear optics characterised by the materials used
- G02F1/3558—Poled materials, e.g. with periodic poling; Fabrication of domain inverted structures, e.g. for quasi-phase-matching [QPM]
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光損傷しきい値が高く、そして基本波および
波長変換波の反射や散乱等による伝搬損失を招かずに、
高い波長変換効率を得ることができる光波長変換素子を
得る。 【構成】 非線形光学効果を有する強誘電体であるＬｉ
ＮｂＯ3 の結晶基板１に周期的に繰り返すドメイン反転
部９を形成した後、これらのドメイン反転部９の並び方
向に沿って延びる基板表面（ｙ面およびｚ面）に、透明
導電性材料であるＩＴＯの薄膜11を蒸着する。
波長変換波の反射や散乱等による伝搬損失を招かずに、
高い波長変換効率を得ることができる光波長変換素子を
得る。 【構成】 非線形光学効果を有する強誘電体であるＬｉ
ＮｂＯ3 の結晶基板１に周期的に繰り返すドメイン反転
部９を形成した後、これらのドメイン反転部９の並び方
向に沿って延びる基板表面（ｙ面およびｚ面）に、透明
導電性材料であるＩＴＯの薄膜11を蒸着する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基本波を第２高調波等
に変換する光波長変換素子、特に詳細には、非線形光学
効果を有する強誘電体結晶に周期ドメイン反転構造が形
成されてなる光波長変換素子、およびその作成方法に関
するものである。
に変換する光波長変換素子、特に詳細には、非線形光学
効果を有する強誘電体結晶に周期ドメイン反転構造が形
成されてなる光波長変換素子、およびその作成方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】非線形光学効果を有する強誘電体の自発
分極（ドメイン）を周期的に反転させた領域を設けた光
波長変換素子を用いて、基本波を第２高調波に波長変換
する方法が既にＢleombergenらによって提案されている
（Ｐhys.Ｒev.,vol.127,Ｎo.６，1918（1962）参照）。
この方法においては、ドメイン反転部の周期Λを、 Λｃ＝２π／｛β（２ω）−２β（ω）｝ ……(1) ただしβ（２ω）は第２高調波の伝搬定数 ２β（ω）は基本波の伝搬定数 で与えられるコヒーレント長Λｃの整数倍になるように
設定することで、基本波と第２高調波との位相整合を取
ることができる。非線形光学材料のバルク結晶を用いて
波長変換する場合は、位相整合する波長が結晶固有の特
定波長に限られるが、上記の方法によれば、任意の波長
に対して(1) を満足する周期Λを選択することにより、
効率良く位相整合を取ることが可能となる。
分極（ドメイン）を周期的に反転させた領域を設けた光
波長変換素子を用いて、基本波を第２高調波に波長変換
する方法が既にＢleombergenらによって提案されている
（Ｐhys.Ｒev.,vol.127,Ｎo.６，1918（1962）参照）。
この方法においては、ドメイン反転部の周期Λを、 Λｃ＝２π／｛β（２ω）−２β（ω）｝ ……(1) ただしβ（２ω）は第２高調波の伝搬定数 ２β（ω）は基本波の伝搬定数 で与えられるコヒーレント長Λｃの整数倍になるように
設定することで、基本波と第２高調波との位相整合を取
ることができる。非線形光学材料のバルク結晶を用いて
波長変換する場合は、位相整合する波長が結晶固有の特
定波長に限られるが、上記の方法によれば、任意の波長
に対して(1) を満足する周期Λを選択することにより、
効率良く位相整合を取ることが可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のような強誘電体
からなる光波長変換素子においては、発生した第２高調
波等の波長変換波により強誘電体結晶に光損傷が生じる
という問題が認められている。例えば強誘電体結晶とし
てＬｉＮｂＯ3 （ＬＮ）の結晶を用い、そこに周期ドメ
イン反転構造を設けてなる光波長変換素子にあっては、
２ｍＷ出力の第２高調波（波長：477 ｎｍ）によって光
損傷が生じることもある。このように低出力の波長変換
波によって光損傷を生じてしまう光波長変換素子は、実
用的価値がさほど高いとは言えない。
からなる光波長変換素子においては、発生した第２高調
波等の波長変換波により強誘電体結晶に光損傷が生じる
という問題が認められている。例えば強誘電体結晶とし
てＬｉＮｂＯ3 （ＬＮ）の結晶を用い、そこに周期ドメ
イン反転構造を設けてなる光波長変換素子にあっては、
２ｍＷ出力の第２高調波（波長：477 ｎｍ）によって光
損傷が生じることもある。このように低出力の波長変換
波によって光損傷を生じてしまう光波長変換素子は、実
用的価値がさほど高いとは言えない。
【０００４】そこで従来より、光損傷しきい値を向上さ
せるために、強誘電体結晶の表面にドメイン反転部の並
び方向に沿って延びる状態に金属を蒸着し、この導電性
の高い金属によって電荷の偏りを解消することが提案さ
れている。
せるために、強誘電体結晶の表面にドメイン反転部の並
び方向に沿って延びる状態に金属を蒸着し、この導電性
の高い金属によって電荷の偏りを解消することが提案さ
れている。
【０００５】しかし光導波路型の光波長変換素子におい
て、光導波路を構成する強誘電体結晶の表面に上記のよ
うな金属を蒸着すると、導波する基本波および波長変換
波の浸み出し光がこの金属によって反射や散乱等の影響
を受け、それによる光伝搬損失のために波長変換効率が
低下するという問題が生じる。またバルク結晶型の光波
長変換素子においても、特にそれが薄い強誘電体結晶基
板から形成された場合は、そこを通過する基本波および
波長変換波のビーム端部が同様に結晶表面の金属によっ
て反射や散乱等の影響を受け、波長変換効率が低下する
という問題が生じる。
て、光導波路を構成する強誘電体結晶の表面に上記のよ
うな金属を蒸着すると、導波する基本波および波長変換
波の浸み出し光がこの金属によって反射や散乱等の影響
を受け、それによる光伝搬損失のために波長変換効率が
低下するという問題が生じる。またバルク結晶型の光波
長変換素子においても、特にそれが薄い強誘電体結晶基
板から形成された場合は、そこを通過する基本波および
波長変換波のビーム端部が同様に結晶表面の金属によっ
て反射や散乱等の影響を受け、波長変換効率が低下する
という問題が生じる。
【０００６】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、光損傷しきい値が高く、そして基本波および波
長変換波の反射や散乱等による伝搬損失を招かずに、高
い波長変換効率を得ることができる光波長変換素子を提
供することを目的とするものである。
であり、光損傷しきい値が高く、そして基本波および波
長変換波の反射や散乱等による伝搬損失を招かずに、高
い波長変換効率を得ることができる光波長変換素子を提
供することを目的とするものである。
【０００７】また本発明は、そのような光波長変換素子
を作成する方法を提供することを目的とするものであ
る。
を作成する方法を提供することを目的とするものであ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による第１の光波
長変換素子は、請求項１に記載の通り、非線形光学効果
を有する強誘電体結晶に周期的に繰り返すドメイン反転
部が形成されてなり、これらのドメイン反転部の並び方
向に入射した基本波を波長変換する光波長変換素子にお
いて、強誘電体結晶のドメイン反転部の並び方向に沿っ
て延びる表面の少なくとも基本波光路近傍部分に、透明
導電性材料からなるコーティングが設けられていること
を特徴とするものである。
長変換素子は、請求項１に記載の通り、非線形光学効果
を有する強誘電体結晶に周期的に繰り返すドメイン反転
部が形成されてなり、これらのドメイン反転部の並び方
向に入射した基本波を波長変換する光波長変換素子にお
いて、強誘電体結晶のドメイン反転部の並び方向に沿っ
て延びる表面の少なくとも基本波光路近傍部分に、透明
導電性材料からなるコーティングが設けられていること
を特徴とするものである。
【０００９】また本発明による第２の光波長変換素子
は、請求項２に記載の通り、非線形光学効果を有する強
誘電体結晶に周期的に繰り返すドメイン反転部が形成さ
れてなり、これらのドメイン反転部の並び方向に入射し
た基本波を波長変換する光波長変換素子において、強誘
電体結晶のドメイン反転部の並び方向に沿って延びる表
面の少なくとも基本波光路近傍部分から内部にかけて低
抵抗化領域（つまり他の部分よりも電気抵抗を低下させ
た領域）が形成されたことを特徴とするものである。
は、請求項２に記載の通り、非線形光学効果を有する強
誘電体結晶に周期的に繰り返すドメイン反転部が形成さ
れてなり、これらのドメイン反転部の並び方向に入射し
た基本波を波長変換する光波長変換素子において、強誘
電体結晶のドメイン反転部の並び方向に沿って延びる表
面の少なくとも基本波光路近傍部分から内部にかけて低
抵抗化領域（つまり他の部分よりも電気抵抗を低下させ
た領域）が形成されたことを特徴とするものである。
【００１０】一方、本発明による第１の光波長変換素子
の作成方法は、上記第１の光波長変換素子を作成するも
のであり、請求項３に記載の通り、非線形光学効果を有
する強誘電体結晶に周期的に繰り返すドメイン反転部を
形成した後、この強誘電体結晶のドメイン反転部の並び
方向に沿って延びる表面の少なくとも基本波光路近傍部
分に、透明導電性材料からなるコーティングを施すこと
を特徴とするものである。
の作成方法は、上記第１の光波長変換素子を作成するも
のであり、請求項３に記載の通り、非線形光学効果を有
する強誘電体結晶に周期的に繰り返すドメイン反転部を
形成した後、この強誘電体結晶のドメイン反転部の並び
方向に沿って延びる表面の少なくとも基本波光路近傍部
分に、透明導電性材料からなるコーティングを施すこと
を特徴とするものである。
【００１１】また本発明による第２の光波長変換素子の
作成方法は、上記第２の光波長変換素子を作成するもの
であり、請求項４に記載の通り、非線形光学効果を有す
る強誘電体結晶に周期的に繰り返すドメイン反転部を形
成した後、この強誘電体結晶のドメイン反転部の並び方
向に沿って延びる表面の少なくとも基本波光路近傍部分
から内部にかかる領域の電気抵抗を低下させる処理を施
すことを特徴とするものである。
作成方法は、上記第２の光波長変換素子を作成するもの
であり、請求項４に記載の通り、非線形光学効果を有す
る強誘電体結晶に周期的に繰り返すドメイン反転部を形
成した後、この強誘電体結晶のドメイン反転部の並び方
向に沿って延びる表面の少なくとも基本波光路近傍部分
から内部にかかる領域の電気抵抗を低下させる処理を施
すことを特徴とするものである。
【００１２】また本発明による第３の光波長変換素子の
作成方法は、ドメイン反転部を特に電子線照射により形
成する場合に、強誘電体結晶の電子線照射面の表層部を
研磨してから、上記第１の方法、あるいは第２の方法を
実行するようにしたことを特徴とするものである。
作成方法は、ドメイン反転部を特に電子線照射により形
成する場合に、強誘電体結晶の電子線照射面の表層部を
研磨してから、上記第１の方法、あるいは第２の方法を
実行するようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】
【作用および発明の効果】上記第１の光波長変換素子に
おいて、強誘電体結晶のドメイン反転部の並び方向に沿
って延びる表面の少なくとも基本波光路近傍部分に、透
明導電性材料からなるコーティングが設けられている
と、結晶表面に金属を蒸着する場合と同様に、この導電
性コーティングによって強誘電体結晶の電荷の偏りを解
消して、光損傷しきい値を向上させることができる。
おいて、強誘電体結晶のドメイン反転部の並び方向に沿
って延びる表面の少なくとも基本波光路近傍部分に、透
明導電性材料からなるコーティングが設けられている
と、結晶表面に金属を蒸着する場合と同様に、この導電
性コーティングによって強誘電体結晶の電荷の偏りを解
消して、光損傷しきい値を向上させることができる。
【００１４】そして、上記コーティングは透明材料から
形成されているので、結晶表面に金属を蒸着する場合と
は異なって、このコーティングにおいて基本波あるいは
波長変換波が多大な反射や散乱等の影響を受けることも
防止でき、よって高い波長変換効率を得ることが可能と
なる。
形成されているので、結晶表面に金属を蒸着する場合と
は異なって、このコーティングにおいて基本波あるいは
波長変換波が多大な反射や散乱等の影響を受けることも
防止でき、よって高い波長変換効率を得ることが可能と
なる。
【００１５】また上記第２の光波長変換素子において、
強誘電体結晶のドメイン反転部の並び方向に沿って延び
る表面の少なくとも基本波光路近傍部分から内部にかけ
て低抵抗化領域が形成されていると、この低抵抗化領域
が上記コーティングと同様の導電部として作用するの
で、それにより強誘電体結晶の電荷の偏りを解消して、
光損傷しきい値を向上させることができる。
強誘電体結晶のドメイン反転部の並び方向に沿って延び
る表面の少なくとも基本波光路近傍部分から内部にかけ
て低抵抗化領域が形成されていると、この低抵抗化領域
が上記コーティングと同様の導電部として作用するの
で、それにより強誘電体結晶の電荷の偏りを解消して、
光損傷しきい値を向上させることができる。
【００１６】そしてこの構成は、強誘電体結晶の一部領
域を低抵抗化させたものであって、該結晶に金属等の別
の要素を付加したものではないので、元より、そのよう
な要素によって基本波あるいは波長変換波が反射や散乱
等の影響を受けることがなく、よって高い波長変換効率
が得られるようになる。
域を低抵抗化させたものであって、該結晶に金属等の別
の要素を付加したものではないので、元より、そのよう
な要素によって基本波あるいは波長変換波が反射や散乱
等の影響を受けることがなく、よって高い波長変換効率
が得られるようになる。
【００１７】また、ドメイン反転部を特に電子線照射に
より形成する場合には、強誘電体結晶の電子線照射面の
表層部を研磨してから、上記第１の方法、あるいは第２
の方法を実行すれば、特に高い波長変換効率が得られる
ようになる。
より形成する場合には、強誘電体結晶の電子線照射面の
表層部を研磨してから、上記第１の方法、あるいは第２
の方法を実行すれば、特に高い波長変換効率が得られる
ようになる。
【００１８】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施例の光波長
変換素子を作成する工程を示すものである。図中、１は
非線形光学効果を有する強誘電体であるＬｉＮｂＯ
3 （以下、ＬＮと称する）の基板である。この基板１は
単分極化処理がなされて厚さ0.2 ｍｍに形成され、最も
大きい非線形光学材料定数ｄ33が有効に利用できるよう
に、ｚ面で光学研磨されたｚ板が使用されている。そし
て同図（ａ）に示すように、この基板１の＋ｚ面にはア
ース電極として、厚さ30ｎｍのＣｒ薄膜２が蒸着により
形成される。
詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施例の光波長
変換素子を作成する工程を示すものである。図中、１は
非線形光学効果を有する強誘電体であるＬｉＮｂＯ
3 （以下、ＬＮと称する）の基板である。この基板１は
単分極化処理がなされて厚さ0.2 ｍｍに形成され、最も
大きい非線形光学材料定数ｄ33が有効に利用できるよう
に、ｚ面で光学研磨されたｚ板が使用されている。そし
て同図（ａ）に示すように、この基板１の＋ｚ面にはア
ース電極として、厚さ30ｎｍのＣｒ薄膜２が蒸着により
形成される。
【００１９】次いで同図（ｂ）に示すように、公知の電
子線照射装置（図示せず）から発せられた電子線３を、
基板１に−ｚ面から局所的に照射する。この際の電子線
加速電圧は一例として20〜30ｋＶ、照射電流は0.1 〜１
ｎＡに設定される。この電子線照射により基板１には、
基板裏まで貫通し、所定周期Λで繰り返すパターンのド
メイン反転部９が形成される。なお図１（ｂ）の矢印10
は、分極の方向を示している。ここで上記周期Λは、Ｌ
Ｎの屈折率の波長分散を考慮して、基板１のｘ方向に沿
って946 ｎｍ近辺で１次の周期となるように4.7 μｍと
した。
子線照射装置（図示せず）から発せられた電子線３を、
基板１に−ｚ面から局所的に照射する。この際の電子線
加速電圧は一例として20〜30ｋＶ、照射電流は0.1 〜１
ｎＡに設定される。この電子線照射により基板１には、
基板裏まで貫通し、所定周期Λで繰り返すパターンのド
メイン反転部９が形成される。なお図１（ｂ）の矢印10
は、分極の方向を示している。ここで上記周期Λは、Ｌ
Ｎの屈折率の波長分散を考慮して、基板１のｘ方向に沿
って946 ｎｍ近辺で１次の周期となるように4.7 μｍと
した。
【００２０】次いでこの基板１を、ＬＮのキュリー点
（1130℃）より低い540 ℃で３時間、空気中で熱処理し
た。このようにキュリー点未満の温度で熱処理を行なえ
ば、電子線３の照射により所定の向きに設定された分極
方向が、この熱処理により変化してしまうことはない。
（1130℃）より低い540 ℃で３時間、空気中で熱処理し
た。このようにキュリー点未満の温度で熱処理を行なえ
ば、電子線３の照射により所定の向きに設定された分極
方向が、この熱処理により変化してしまうことはない。
【００２１】次に同図（ｃ）に示すように、Ｃｒ薄膜２
を除去した後、ドメイン反転部９の並び方向に沿って延
びる基板表面（ｙ面およびｚ面）に、透明導電性材料で
あるＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）の薄膜11を蒸着
する。次いでＬＮ基板１のｘ面および−ｘ面を研磨して
それぞれ光通過面20ａ、20ｂとすることにより、図２に
示すようなバルク結晶型の光波長変換素子20が得られ
る。
を除去した後、ドメイン反転部９の並び方向に沿って延
びる基板表面（ｙ面およびｚ面）に、透明導電性材料で
あるＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）の薄膜11を蒸着
する。次いでＬＮ基板１のｘ面および−ｘ面を研磨して
それぞれ光通過面20ａ、20ｂとすることにより、図２に
示すようなバルク結晶型の光波長変換素子20が得られ
る。
【００２２】この周期ドメイン反転構造を有するバルク
結晶型光波長変換素子20を、図２に示すレーザダイオー
ド励起ＹＡＧレーザの共振器内に配置した。このレーザ
ダイオード励起ＹＡＧレーザは、波長809 ｎｍのポンピ
ング光としてのレーザビーム13を発するレーザダイオー
ド14と、発散光状態のレーザビーム13を収束させる集光
レンズ15と、Ｎｄ（ネオジウム）がドープされたレーザ
媒質であって上記レーザビーム13の収束位置に配された
ＹＡＧ結晶16と、このＹＡＧ結晶16の前方側（図中右
方）に配された共振器ミラー17とからなる。光波長変換
素子20は結晶長が１ｍｍとされ、この共振器ミラー17と
ＹＡＧ結晶16との間に配置されている。
結晶型光波長変換素子20を、図２に示すレーザダイオー
ド励起ＹＡＧレーザの共振器内に配置した。このレーザ
ダイオード励起ＹＡＧレーザは、波長809 ｎｍのポンピ
ング光としてのレーザビーム13を発するレーザダイオー
ド14と、発散光状態のレーザビーム13を収束させる集光
レンズ15と、Ｎｄ（ネオジウム）がドープされたレーザ
媒質であって上記レーザビーム13の収束位置に配された
ＹＡＧ結晶16と、このＹＡＧ結晶16の前方側（図中右
方）に配された共振器ミラー17とからなる。光波長変換
素子20は結晶長が１ｍｍとされ、この共振器ミラー17と
ＹＡＧ結晶16との間に配置されている。
【００２３】ＹＡＧ結晶16は波長809 ｎｍのレーザビー
ム13により励起されて、波長946 ｎｍのレーザビーム18
を発する。この固体レーザビーム18は、所定のコーティ
ングが施されたＹＡＧ結晶端面16ａと共振器ミラー17の
ミラー面17ａとの間で共振し、光波長変換素子20に入射
して波長が１／２すなわち473 ｎｍの第２高調波19に変
換される。基本波としての固体レーザビーム18と第２高
調波19は、周期ドメイン反転領域において位相整合（い
わゆる疑似位相整合）し、ほぼこの第２高調波19のみが
共振器ミラー17から出射する。
ム13により励起されて、波長946 ｎｍのレーザビーム18
を発する。この固体レーザビーム18は、所定のコーティ
ングが施されたＹＡＧ結晶端面16ａと共振器ミラー17の
ミラー面17ａとの間で共振し、光波長変換素子20に入射
して波長が１／２すなわち473 ｎｍの第２高調波19に変
換される。基本波としての固体レーザビーム18と第２高
調波19は、周期ドメイン反転領域において位相整合（い
わゆる疑似位相整合）し、ほぼこの第２高調波19のみが
共振器ミラー17から出射する。
【００２４】本例においてレーザビーム18のビーム径
（１／ｅ2 径）は0.1 ｍｍであり、ＬＮ基板１の厚さ0.
2 ｍｍはそれにかなり近いから、もしＩＴＯ薄膜11がこ
のレーザビーム18や第２高調波19に反射、散乱等の影響
を与えるとすれば、かなりの伝搬損失が生じるはずであ
る。しかし本例においては、レーザダイオード14の出力
が200 ｍＷのとき、10ｍＷと高出力の第２高調波19が得
られた。このように極めて高い波長変換効率が得られた
ことにより、基本波であるレーザビーム18や第２高調波
19が透明のＩＴＯ薄膜11によって多大な反射や散乱等の
影響を受けることなく、良好に伝搬していることが実証
された。
（１／ｅ2 径）は0.1 ｍｍであり、ＬＮ基板１の厚さ0.
2 ｍｍはそれにかなり近いから、もしＩＴＯ薄膜11がこ
のレーザビーム18や第２高調波19に反射、散乱等の影響
を与えるとすれば、かなりの伝搬損失が生じるはずであ
る。しかし本例においては、レーザダイオード14の出力
が200 ｍＷのとき、10ｍＷと高出力の第２高調波19が得
られた。このように極めて高い波長変換効率が得られた
ことにより、基本波であるレーザビーム18や第２高調波
19が透明のＩＴＯ薄膜11によって多大な反射や散乱等の
影響を受けることなく、良好に伝搬していることが実証
された。
【００２５】また本実施例の光波長変換素子20において
は、第２高調波19の出力が10ｍＷの場合も光損傷は生じ
なかった。それに対して、ＩＴＯ薄膜11を設けない以外
はこの光波長変換素子20と同様に形成した光波長変換素
子においては、第２高調波出力が１ｍＷのときに光損傷
が認められたので、ＩＴＯ薄膜11を設けたことにより明
らかに光損傷しきい値が向上していると言える。
は、第２高調波19の出力が10ｍＷの場合も光損傷は生じ
なかった。それに対して、ＩＴＯ薄膜11を設けない以外
はこの光波長変換素子20と同様に形成した光波長変換素
子においては、第２高調波出力が１ｍＷのときに光損傷
が認められたので、ＩＴＯ薄膜11を設けたことにより明
らかに光損傷しきい値が向上していると言える。
【００２６】なお上記のＩＴＯ薄膜11の代りに、その他
の透明導電性材料からなるコーティングを設けてもよ
い。そのような材料としては、例えば透明導電性ポリマ
ー等が挙げられる。
の透明導電性材料からなるコーティングを設けてもよ
い。そのような材料としては、例えば透明導電性ポリマ
ー等が挙げられる。
【００２７】次に図３を参照して、本発明の第２実施例
による光波長変換素子について説明する。なおこの図３
において、図１および図２中の要素と同等のものには同
番号を付し、それらについての重複した説明は省略する
（以下、同様）。この第２実施例の光波長変換素子30も
バルク結晶型のものであり、第１実施例の光波長変換素
子20と同様に、ＬＮ基板１に周期的に繰り返すドメイン
反転部９が形成されてなる。そしてＬＮ基板１には、ド
メイン反転部９の並び方向に沿って延びる基板表面（ｙ
面およびｚ面）から内部にかけて低抵抗化領域１ｃが形
成されている。この低抵抗化領域１ｃは、ＬＮ基板１の
その他の部分よりも電気抵抗を低下させた領域であり、
例えばＬＮ基板１をピロリン酸に浸漬して、基板表面か
ら内部にかけてプロトン交換することにより形成可能で
ある。
による光波長変換素子について説明する。なおこの図３
において、図１および図２中の要素と同等のものには同
番号を付し、それらについての重複した説明は省略する
（以下、同様）。この第２実施例の光波長変換素子30も
バルク結晶型のものであり、第１実施例の光波長変換素
子20と同様に、ＬＮ基板１に周期的に繰り返すドメイン
反転部９が形成されてなる。そしてＬＮ基板１には、ド
メイン反転部９の並び方向に沿って延びる基板表面（ｙ
面およびｚ面）から内部にかけて低抵抗化領域１ｃが形
成されている。この低抵抗化領域１ｃは、ＬＮ基板１の
その他の部分よりも電気抵抗を低下させた領域であり、
例えばＬＮ基板１をピロリン酸に浸漬して、基板表面か
ら内部にかけてプロトン交換することにより形成可能で
ある。
【００２８】なおこのプロトン交換処理により、ＬＮ基
板１のｘ面および−ｘ面にもプロトン交換層が形成され
ることになるが、それらのプロトン交換層は、ｘ面およ
び−ｘ面を研磨してそれぞれ光通過面30ａ、30ｂとする
際に除去される。また、このプロトン交換処理の前に、
ＬＮ基板１のｘ面および−ｘ面にはＴａなどからなるマ
スクを形成しておき、プロトン交換処理後にそれらのマ
スクを除去するようにしてもよい。
板１のｘ面および−ｘ面にもプロトン交換層が形成され
ることになるが、それらのプロトン交換層は、ｘ面およ
び−ｘ面を研磨してそれぞれ光通過面30ａ、30ｂとする
際に除去される。また、このプロトン交換処理の前に、
ＬＮ基板１のｘ面および−ｘ面にはＴａなどからなるマ
スクを形成しておき、プロトン交換処理後にそれらのマ
スクを除去するようにしてもよい。
【００２９】上記の低抵抗化領域１ｃの抵抗率は１０7
Ωcmであり、ＬＮ基板１のその他の部分の抵抗率１０13
Ωcmと比べて著しく低くなっている。このような低抵抗
化領域１ｃは、第１実施例の光波長変換素子20における
ＩＴＯ薄膜11と同様に導電部として作用するので、それ
によりＬＮ結晶の電荷の偏りを解消して、光損傷しきい
値を向上させることができる。
Ωcmであり、ＬＮ基板１のその他の部分の抵抗率１０13
Ωcmと比べて著しく低くなっている。このような低抵抗
化領域１ｃは、第１実施例の光波長変換素子20における
ＩＴＯ薄膜11と同様に導電部として作用するので、それ
によりＬＮ結晶の電荷の偏りを解消して、光損傷しきい
値を向上させることができる。
【００３０】そしてこの低抵抗化領域１ｃは、基本波あ
るいは波長変換波に多大な反射や散乱等の影響を及ぼす
ことがなく、よってこの光波長変換素子30によれば高い
波長変換効率が得られるようになる。例えばこの光波長
変換素子30を図２に示したレーザダイオード励起ＹＡＧ
レーザの共振器内に配置した場合は、レーザダイオード
14の出力が200 ｍＷのとき、10ｍＷと高出力の第２高調
波19が得られる。
るいは波長変換波に多大な反射や散乱等の影響を及ぼす
ことがなく、よってこの光波長変換素子30によれば高い
波長変換効率が得られるようになる。例えばこの光波長
変換素子30を図２に示したレーザダイオード励起ＹＡＧ
レーザの共振器内に配置した場合は、レーザダイオード
14の出力が200 ｍＷのとき、10ｍＷと高出力の第２高調
波19が得られる。
【００３１】なお上記の低抵抗化領域１ｃは、前述した
プロトン交換処理によって形成する他、ＬＮ基板１の表
面にＳｉＯ2 を蒸着し、それを熱処理してＬｉを外拡散
させることによって形成することもできる。さらには、
ＬＮ基板１の表面からイオンを打ち込んでイオン打ち込
み層を形成し、それを低抵抗化領域１ｃとしてもよい。
プロトン交換処理によって形成する他、ＬＮ基板１の表
面にＳｉＯ2 を蒸着し、それを熱処理してＬｉを外拡散
させることによって形成することもできる。さらには、
ＬＮ基板１の表面からイオンを打ち込んでイオン打ち込
み層を形成し、それを低抵抗化領域１ｃとしてもよい。
【００３２】次に図４を参照して、本発明の第３実施例
について説明する。本実施例の光波長変換素子40もバル
ク結晶型のものであり、第１実施例の光波長変換素子20
と同様に、ＬＮ基板１に周期的に繰り返すドメイン反転
部９が形成されてなる。そしてＬＮ基板１には、その全
表面（ｘ面、ｙ面およびｚ面）から内部にかけて低抵抗
化領域１ｃが形成されている。この低抵抗化領域１ｃは
第２実施例におけるのと同様にして形成されたものであ
り、それにより第２実施例と同様の作用、効果が得られ
る。
について説明する。本実施例の光波長変換素子40もバル
ク結晶型のものであり、第１実施例の光波長変換素子20
と同様に、ＬＮ基板１に周期的に繰り返すドメイン反転
部９が形成されてなる。そしてＬＮ基板１には、その全
表面（ｘ面、ｙ面およびｚ面）から内部にかけて低抵抗
化領域１ｃが形成されている。この低抵抗化領域１ｃは
第２実施例におけるのと同様にして形成されたものであ
り、それにより第２実施例と同様の作用、効果が得られ
る。
【００３３】この場合は、光通過面40ａ、40ｂから内部
にかけて形成された低抵抗化領域１ｃを研磨により除去
したり、あるいはそれらの各面40ａ、40ｂにマスクを設
けた後それらを除去する等の作業が不要となる。しか
し、光波長変換素子に対する基本波や波長変換波の入、
出射効率を高める上では、光通過面には低抵抗化領域を
設けない方がより好ましい。
にかけて形成された低抵抗化領域１ｃを研磨により除去
したり、あるいはそれらの各面40ａ、40ｂにマスクを設
けた後それらを除去する等の作業が不要となる。しか
し、光波長変換素子に対する基本波や波長変換波の入、
出射効率を高める上では、光通過面には低抵抗化領域を
設けない方がより好ましい。
【００３４】なお、第１実施例のように強誘電体の表面
に透明導電性材料からなるコーティングを設ける場合
も、上記と同様に強誘電体の全表面にコーティングを設
けても構わない。
に透明導電性材料からなるコーティングを設ける場合
も、上記と同様に強誘電体の全表面にコーティングを設
けても構わない。
【００３５】次に図５を参照して、本発明の第４実施例
について説明する。この第４実施例の光波長変換素子50
は光導波路型のものであり、第１〜３実施例の光波長変
換素子を作成する場合と同様にＬＮ基板１に周期的に繰
り返すドメイン反転部９が形成された後、ドメイン反転
部９の並び方向つまりｘ軸方向に光が伝搬するようにチ
ャンネル導波路12が形成されてなる。このチャンネル導
波路12は、以下の通りにして形成する。基板１の−ｚ面
１ｂ上に金属Ｔａをスパッタして厚さ50ｎｍのＴａ薄膜
を形成した後、フォトリソグラフィーとドライエッチン
グにより幅４μｍのマスクパターンを形成する。次にＬ
Ｎ基板１に対して、ピロリン酸中で230℃×15分間プロ
トン交換処理を行ない、ＴａマスクをＮａＯＨとＨ2 Ｏ
2 の混合エッチング液で除去した後、300 ℃で５分間ア
ニールし、チャンネル導波路12を作成する。
について説明する。この第４実施例の光波長変換素子50
は光導波路型のものであり、第１〜３実施例の光波長変
換素子を作成する場合と同様にＬＮ基板１に周期的に繰
り返すドメイン反転部９が形成された後、ドメイン反転
部９の並び方向つまりｘ軸方向に光が伝搬するようにチ
ャンネル導波路12が形成されてなる。このチャンネル導
波路12は、以下の通りにして形成する。基板１の−ｚ面
１ｂ上に金属Ｔａをスパッタして厚さ50ｎｍのＴａ薄膜
を形成した後、フォトリソグラフィーとドライエッチン
グにより幅４μｍのマスクパターンを形成する。次にＬ
Ｎ基板１に対して、ピロリン酸中で230℃×15分間プロ
トン交換処理を行ない、ＴａマスクをＮａＯＨとＨ2 Ｏ
2 の混合エッチング液で除去した後、300 ℃で５分間ア
ニールし、チャンネル導波路12を作成する。
【００３６】その後、ドメイン反転部９の並び方向に沿
って延びチャンネル導波路12が形成された基板表面すな
わち−ｚ面１ｂに、透明導電性材料であるＩＴＯの薄膜
11を蒸着する。次いでＬＮ基板１のｘ面および−ｘ面を
研磨してそれぞれ光通過面50ａ、50ｂとすることによ
り、図５に示すようなチャンネル導波路型の光波長変換
素子50が得られる。
って延びチャンネル導波路12が形成された基板表面すな
わち−ｚ面１ｂに、透明導電性材料であるＩＴＯの薄膜
11を蒸着する。次いでＬＮ基板１のｘ面および−ｘ面を
研磨してそれぞれ光通過面50ａ、50ｂとすることによ
り、図５に示すようなチャンネル導波路型の光波長変換
素子50が得られる。
【００３７】以上のようにして作成した導波路型光波長
変換素子50に、基本波として波長λのレーザ光を入力端
50ａから入射させると、導波−導波モードの位相整合が
取られて、出力端50ｂから波長λ／２の第２高調波を効
率良く出射させることができる。
変換素子50に、基本波として波長λのレーザ光を入力端
50ａから入射させると、導波−導波モードの位相整合が
取られて、出力端50ｂから波長λ／２の第２高調波を効
率良く出射させることができる。
【００３８】一例として、基本波光源にレーザダイオー
ドを用いた場合について、図６を参照して説明する。レ
ーザダイオード53から出射した基本波としてのレーザビ
ーム54（波長＝880 ｎｍ）はコリメートレンズ55によっ
て平行光化された後、λ／２板56でチャンネル導波路12
のｚ軸方向に偏光方向を合わせ、集光レンズ57により集
光されてチャンネル導波路12の端面12ａにおいて収束す
る。それにより基本波54はチャンネル導波路12内に入射
し、そこを導波する。
ドを用いた場合について、図６を参照して説明する。レ
ーザダイオード53から出射した基本波としてのレーザビ
ーム54（波長＝880 ｎｍ）はコリメートレンズ55によっ
て平行光化された後、λ／２板56でチャンネル導波路12
のｚ軸方向に偏光方向を合わせ、集光レンズ57により集
光されてチャンネル導波路12の端面12ａにおいて収束す
る。それにより基本波54はチャンネル導波路12内に入射
し、そこを導波する。
【００３９】導波モードで進行する基本波54は、導波路
12中の周期ドメイン反転領域で位相整合して第２高調波
58に波長変換される。この第２高調波58もチャンネル導
波路12を導波モードで伝搬し、出力端50ｂから効率良く
出射する。出力された第２高調波58の偏光方向もｚ軸方
向であるので、ＬＮの最も大きい非線形光学定数ｄ33が
利用されていることになる。ここで、レーザダイオード
53の出力が100 ｍＷ、導波路型光波長変換素子50の基本
波との相互作用長が９ｍｍのとき、第２高調波出力は５
ｍＷであった。
12中の周期ドメイン反転領域で位相整合して第２高調波
58に波長変換される。この第２高調波58もチャンネル導
波路12を導波モードで伝搬し、出力端50ｂから効率良く
出射する。出力された第２高調波58の偏光方向もｚ軸方
向であるので、ＬＮの最も大きい非線形光学定数ｄ33が
利用されていることになる。ここで、レーザダイオード
53の出力が100 ｍＷ、導波路型光波長変換素子50の基本
波との相互作用長が９ｍｍのとき、第２高調波出力は５
ｍＷであった。
【００４０】この第４実施例の光波長変換素子50におい
ても、ドメイン反転部９の並び方向に沿って延びる基板
表面に導電性のＩＴＯ薄膜11が蒸着されているので、こ
のＩＴＯ薄膜11によってＬＮ結晶の電荷の偏りを解消し
て、光損傷しきい値を向上させることができる。
ても、ドメイン反転部９の並び方向に沿って延びる基板
表面に導電性のＩＴＯ薄膜11が蒸着されているので、こ
のＩＴＯ薄膜11によってＬＮ結晶の電荷の偏りを解消し
て、光損傷しきい値を向上させることができる。
【００４１】また、ＩＴＯ薄膜11は透明であるから、チ
ャンネル導波路12を導波モードで進行する基本波54およ
び第２高調波58はこのＩＴＯ薄膜11によって多大な反
射、散乱等の影響を受けることなく、良好に伝搬可能で
ある。
ャンネル導波路12を導波モードで進行する基本波54およ
び第２高調波58はこのＩＴＯ薄膜11によって多大な反
射、散乱等の影響を受けることなく、良好に伝搬可能で
ある。
【００４２】次に図７を参照して、本発明の第５実施例
について説明する。この第５実施例の光波長変換素子60
も光導波路型のものであり、第４実施例の光波長変換素
子50と比較すると、ＩＴＯ薄膜11を設ける代わりに、Ｌ
Ｎ基板１の−ｚ面１ｂから内部にかけて低抵抗化領域１
ｃが形成されている点が異なる。この低抵抗化領域１ｃ
は、先に説明したようにプロトン交換、外拡散、内拡
散、さらにはイオン打ち込み等によって形成可能であ
り、このような低抵抗化領域１ｃが形成されているため
に、本実施例でも第４実施例と同様の効果が得られる。
について説明する。この第５実施例の光波長変換素子60
も光導波路型のものであり、第４実施例の光波長変換素
子50と比較すると、ＩＴＯ薄膜11を設ける代わりに、Ｌ
Ｎ基板１の−ｚ面１ｂから内部にかけて低抵抗化領域１
ｃが形成されている点が異なる。この低抵抗化領域１ｃ
は、先に説明したようにプロトン交換、外拡散、内拡
散、さらにはイオン打ち込み等によって形成可能であ
り、このような低抵抗化領域１ｃが形成されているため
に、本実施例でも第４実施例と同様の効果が得られる。
【００４３】次に図８を参照して、本発明の第６実施例
について説明する。この第６実施例の光波長変換素子70
も光導波路型のものであり、第４実施例の光波長変換素
子50と比較すると、ＬＮ基板１の−ｚ面全面に亘ってＩ
ＴＯ薄膜11を形成せずに、この−ｚ面１ｂのチャンネル
導波路12に近接した部分のみにＩＴＯ薄膜11を形成して
いる点が異なる。このような構成としても、ＬＮ結晶の
基本波および波長変換波が伝搬する部分の電荷の偏りが
ＩＴＯ薄膜11によって解消されるので、光損傷しきい値
を向上させることができる。
について説明する。この第６実施例の光波長変換素子70
も光導波路型のものであり、第４実施例の光波長変換素
子50と比較すると、ＬＮ基板１の−ｚ面全面に亘ってＩ
ＴＯ薄膜11を形成せずに、この−ｚ面１ｂのチャンネル
導波路12に近接した部分のみにＩＴＯ薄膜11を形成して
いる点が異なる。このような構成としても、ＬＮ結晶の
基本波および波長変換波が伝搬する部分の電荷の偏りが
ＩＴＯ薄膜11によって解消されるので、光損傷しきい値
を向上させることができる。
【００４４】なお、第５実施例のように低抵抗化領域１
ｃを形成する場合も、チャンネル導波路12に近接した部
分のみに低抵抗化領域１ｃを形成するようにしてもよ
い。
ｃを形成する場合も、チャンネル導波路12に近接した部
分のみに低抵抗化領域１ｃを形成するようにしてもよ
い。
【００４５】また本発明において、周期ドメイン反転構
造を形成する方法は先に説明した方法、すなわち強誘電
体結晶に電子線を照射するという方法に限られるもので
はなく、その他例えば、強誘電体結晶にプロトン交換部
を設けてそこに電場を印加する等のあらゆる方法が適用
可能である。
造を形成する方法は先に説明した方法、すなわち強誘電
体結晶に電子線を照射するという方法に限られるもので
はなく、その他例えば、強誘電体結晶にプロトン交換部
を設けてそこに電場を印加する等のあらゆる方法が適用
可能である。
【００４６】なお、電子線を強誘電体結晶に照射する方
法を適用した場合は、電子線照射側の結晶表面から若干
内側に入った部分から分極反転が起きることがある。そ
のような場合は、上記結晶表面から内部にかけての分極
反転していない領域を研磨して除去し、この研磨後の新
たな結晶表面にＩＴＯ薄膜11等のコて除去し、この研磨
後の新たな結晶表面にＩＴＯ薄膜11等のコーティングを
施したり、あるいはこの新たな結晶表面から内部にかけ
て低抵抗化領域を形成するのが好ましい。
法を適用した場合は、電子線照射側の結晶表面から若干
内側に入った部分から分極反転が起きることがある。そ
のような場合は、上記結晶表面から内部にかけての分極
反転していない領域を研磨して除去し、この研磨後の新
たな結晶表面にＩＴＯ薄膜11等のコて除去し、この研磨
後の新たな結晶表面にＩＴＯ薄膜11等のコーティングを
施したり、あるいはこの新たな結晶表面から内部にかけ
て低抵抗化領域を形成するのが好ましい。
【００４７】一例として、第１実施例と同様にしてバル
ク結晶型の光波長変換素子を作成する際、ＬＮ基板１の
電子線照射面を数μｍ研磨してからＩＴＯ薄膜11をコー
ティングした。それにより得られた光波長変換素子を図
２に示すレーザダイオード励起ＹＡＧレーザの共振器内
に配置したところ、レーザダイオード14の出力が２００
ｍＷのとき、第１実施例よりもさらに高出力の１５ｍＷ
の第２高調波19が得られた。このように、電子線照射面
を研磨することにより、明らかに波長変換効率向上の効
果が得られる。
ク結晶型の光波長変換素子を作成する際、ＬＮ基板１の
電子線照射面を数μｍ研磨してからＩＴＯ薄膜11をコー
ティングした。それにより得られた光波長変換素子を図
２に示すレーザダイオード励起ＹＡＧレーザの共振器内
に配置したところ、レーザダイオード14の出力が２００
ｍＷのとき、第１実施例よりもさらに高出力の１５ｍＷ
の第２高調波19が得られた。このように、電子線照射面
を研磨することにより、明らかに波長変換効率向上の効
果が得られる。
【００４８】また本発明は、非線形光学効果を有する強
誘電体結晶としてＬＮを用いる場合に限らず、その他の
強誘電体結晶を用いる場合にも同様に適用可能である。
誘電体結晶としてＬＮを用いる場合に限らず、その他の
強誘電体結晶を用いる場合にも同様に適用可能である。
【図１】本発明の第１実施例の光波長変換素子を作成す
る様子を示す概略図
る様子を示す概略図
【図２】上記第１実施例の光波長変換素子を備えた固体
レーザの側面図
レーザの側面図
【図３】本発明の第２実施例の光波長変換素子の概略側
断面図
断面図
【図４】本発明の第３実施例の光波長変換素子の概略側
断面図
断面図
【図５】本発明の第４実施例の光波長変換素子の概略斜
視図
視図
【図６】上記第４実施例の光波長変換素子の使用状態を
示す概略側面図
示す概略側面図
【図７】本発明の第５実施例の光波長変換素子の概略斜
視図
視図
【図８】本発明の第６実施例の光波長変換素子の概略斜
視図
視図
１ ＬｉＮｂＯ3 単分極化基板（ｚ板） １ａ、１ｂ 基板表面 １ｃ 低抵抗化領域 ２ Ｔａマスクパターン ３ プロトン交換部 ４ コロナワイヤー ５ 金属Ｐｔ電極 ７ アース ８ 電源 ９ ドメイン反転部 11 ＩＴＯ薄膜 12 チャンネル導波路 13 レーザビーム（ポンピング光） 14、53 レーザダイオード 15、57 集光レンズ 16 ＹＡＧ結晶 17 共振器ミラー 18、54 レーザビーム（基本波） 19、58 第２高調波 20、30、40 バルク結晶型光波長変換素子 50、60、70 導波路型光波長変換素子 55 コリメートレンズ
Claims (5)
- 【請求項１】 非線形光学効果を有する強誘電体結晶に
周期的に繰り返すドメイン反転部が形成されてなり、こ
れらのドメイン反転部の並び方向に入射した基本波を波
長変換する光波長変換素子において、前記強誘電体結晶
のドメイン反転部の並び方向に沿って延びる表面の少な
くとも基本波光路近傍部分に、透明導電性材料からなる
コーティングが設けられていることを特徴とする光波長
変換素子。 - 【請求項２】 非線形光学効果を有する強誘電体結晶に
周期的に繰り返すドメイン反転部が形成されてなり、こ
れらのドメイン反転部の並び方向に入射した基本波を波
長変換する光波長変換素子において、前記強誘電体結晶
のドメイン反転部の並び方向に沿って延びる表面の少な
くとも基本波光路近傍部分から内部にかけて低抵抗化領
域が形成されていることを特徴とする光波長変換素子。 - 【請求項３】 非線形光学効果を有する強誘電体結晶に
周期的に繰り返すドメイン反転部を形成した後、この強
誘電体結晶のドメイン反転部の並び方向に沿って延びる
表面の少なくとも基本波光路近傍部分に、透明導電性材
料からなるコーティングを施すことを特徴とする光波長
変換素子の作成方法。 - 【請求項４】 非線形光学効果を有する強誘電体結晶に
周期的に繰り返すドメイン反転部を形成した後、この強
誘電体結晶のドメイン反転部の並び方向に沿って延びる
表面の少なくとも基本波光路近傍部分から内部にかかる
領域の電気抵抗を低下させる処理を施すことを特徴とす
る光波長変換素子の作成方法。 - 【請求項５】 非線形光学効果を有する強誘電体結晶に
周期的に繰り返すドメイン反転部を、電子線照射により
形成した後、この強誘電体結晶の電子線照射面の表層部
を研磨し、次いで前記コーティングを施すか、あるいは
前記電気抵抗を低下させる処理を施すことを特徴とする
請求項３または４記載の光波長変換素子の作成方法。
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