JPH06350183A - 光導波路結晶およびその製造法 - Google Patents

光導波路結晶およびその製造法

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JPH06350183A
JPH06350183A JP13754293A JP13754293A JPH06350183A JP H06350183 A JPH06350183 A JP H06350183A JP 13754293 A JP13754293 A JP 13754293A JP 13754293 A JP13754293 A JP 13754293A JP H06350183 A JPH06350183 A JP H06350183A
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Japan
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crystal
optical waveguide
ions
dimensional
ion implantation
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JP13754293A
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Nobuhiro Kodama
展宏 小玉
Yuka Naitou
由香 内藤
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Tosoh Corp
Original Assignee
Tosoh Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】レーザー活性イオンとしてEr3+又はPr3+
含んだ、組成式ABxLn1-xAlO4 (A:Ca2+又は
Sr2+、B:Er3+又はPr3+、Ln:Y3+、Gd3+
La3+から選ばれる一種、x:0.001≦x≦0.
2)で表されるペロブスカイト型結晶で、表面から深さ
方向に他の部分と屈折率の異なる2次元光導波路を形成
したペロブスカイト型光導波路結晶 【効果】この構成のペロブスカイト光導波路結晶は、レ
ーザー発振効率が高く、小型の近赤外域波長可変レーザ
ー、アップコンバージョンレーザー、光増幅素子として
利用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、発光材料として有用で
あり又、光計測、光情報処理、光医療、光プロセッシン
グ等コヒーレント光を利用する分野において、各種光デ
バイス、例えばレーザー素子、光増幅素子の小型、高効
率化さらにファイバーとのカップリングに有効なエルビ
ウム又はプラセオジウムドープペロブスカイト光導波路
結晶およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、光導波路結晶としてはレーザー用
半導体が知られている。また、非半導体では、例えば、
イオン交換法を利用した光導波路を形成したものとして
Ndを添加したLiNdO3 導波路結晶、KTiOPO
4 結晶などが知られている。
【0003】スパッタ法により薄膜光導波路を形成した
ものは、NdあるいはCrを添加したY3 Ga5
12(M.YAMAGA et al、Japanese Journal of Applied Ph
ysics.23,312(1984)、Journal of Luminesence 39,335
(1988))が知られている。又、イオン注入により光導波
路を作成したものはHe+ イオン注入によるNd:Y3
Al5 12(S.J.Field et al,IEEE Journal of QUANTU
M Electoronics 27,423(1991) 、P.J.Chandler et al,
Nuclear Instruments and Methods in Physics Researc
h B59/60,1223(1991))、He+ イオン注入によるKNb
3 (D.Flick et al,Applied Physics Letter 59,3213
(1991))、C+ イオン注入によるサファイア( P.D.Towns
end et al,ElectronicsLetter 26,1193(1990)) 等が知
られている。
【0004】又、波長可変レーザー結晶であるTiドー
プサファイア結晶にHe+ 又はB+ オンを注入すること
によって2次元あるいは3次元光導波路を形成したいわ
ゆるチタンサファイア光導波路結晶は提案されている
(N.Kodama et al 特願平 5-92329)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、近赤外域
(1500〜1650nm)で波長可変レーザー発振材料
として又はアップコンバージョンレーザーとして有用な
Erドープペロブスカイト単結晶および、1050〜1
200nmでレーザー発振材料として又はアップコンバー
ジョンレーザーとして有用なPrドープペロブスカイ単
結晶で、素子の小型化、レーザー発振効率の高効率化が
可能な光導波路を有する結晶及びその製造法を提供する
ことを目的とするものある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
目的を達成するために種々の検討を重ねた結果、Er又
はPrドープペロブスカイト単結晶の表面に、入射エネ
ルギーを1MeV以上で変化させてHe+ イオン、B+
イオン又はC+ イオンを注入することにより結晶表面か
らある程度の深さ範囲内で、ある厚さの屈折率の小さい
損傷層を形成すると、損傷層と最表層との間に挟まれた
層部分に光が閉じ込められること、又、単結晶面にフォ
トレジストでマスクパターンを形成し、さらにイオン注
入マスクとしてPt、及びPt粘着を防ぐための下地層
としてAl膜をつけ、上記イオンを注入することにより
深さの異なる屈折率の小さい損傷層を形成すると、深さ
と幅を持つチャンネル型の3次層内に光が閉じ込められ
ることを見出だした。
【0007】即ち本発明は、レーザー活性イオンとして
Er3+又はPr3+を含んだ、組成式ABxLn1-xAlO
4 (A:Ca2+又はSr2+、B:Er3+又はPr3+、L
n:Y3+、Gd3+、La3+から選ばれる一種、x:0.
001≦x≦0.2)で表されるペロブスカイト型結晶
で、表面から深さ方向又は深さ方向と面方向に他の部分
と屈折率の異なる2次元又は3次元光導波路を形成した
ペロブスカイト型光導波路結晶に関するものである。
【0008】次に本発明を詳細に説明する。本発明で用
いるEr又はPrドープペロブスカイト単結晶は、組成
式ABxLn1-xAlO4 (A:Ca2+又はSr2+、B:
Er3+又はPr3+、Ln:Y3+、Gd3+、La3+から選
ばれる一種、x:0.001≦x≦0.2)で表され、
400〜600nmの可視域で発光する通常の板状の結晶
である。
【0009】本発明の結晶の光導波路の形状は、イオン
注入によりイオン飛程近傍に結晶の他の部分と比較して
屈折率の小さい2次元的な損傷層が形成された2次元光
導波路、あるいはマスクパターンを形成した後のイオン
注入により、深さの異なる損傷層が形成された3次元チ
ャンネル型光導波路である。
【0010】本発明におけるこれらの導波路の大きさは
2次元光導波路の場合、導波路の厚さは結晶の表面から
ほぼ20μm 以内の深さを持つものであり、又、3次元
チャンネル型光導波路の場合、同じく表面からほぼ20
μm 以内の深さを持ち、約50μm 以内の幅を持つ3次
元チャンネル型の光導波路である。結晶の深さ方向で必
要以上に深い部分まで損傷層を形成してもマルチ導波モ
ードとなるなど効果は小さい。
【0011】本発明のイオン注入による2次元光導波路
の製造法では、注入イオン種としてはHe+ 、B+ 、C
+ イオンが用いられる。He+ イオンを用いる場合は、
その注入量は1016〜1017イオン/cm2 が目安とな
る。この注入量が1016イオ/cm2 より少ないと結晶の
損傷層の屈折率変化が小さく光導波路として目的とする
ものが形成されない。又、1017/cm2 より大きいと光
導波路は形成されるが結晶に多量の欠陥が発生し、得ら
れる結晶の光学的品質を低下させるので好ましくない。
+ 、C+ イオンを用いる場合は、その注入量は1015
〜1017イオン/cm2 が目安となる。この場合の注入量
がこの範囲の量より少ないと結晶に光導波路を形成する
に充分な屈折率変化をもたらすことができず、注入量が
この範囲より多いと結晶内に欠陥が増え導波路の光学的
品質が低下する。B+ 、C+ イオンは注入量がHe+
オンより少なくてすみ、結晶内に発生する歪みを小さく
する効果がある。
【0012】また注入方位は結晶のa軸、c軸いずれの
方向でも良い。イオン注入時の結晶温度は液体窒素温度
の77Kから350Kの範囲に保持することが好まし
い。
【0013】本発明の3次元チャンネル型の光導波路の
作成は、例えばポジ型フォトレジスト(例えばAZ−1
350)を用い、UV光で露光、マスクパターンを形成
した後、Al膜(厚さ100nm程度)を蒸着またはスパ
ッタ法で形成被覆し、その上にイオンマスクとして、イ
オン注入する結晶の表面以外の面にPt膜を蒸着あるい
はスパッタ法で付けた後、レジストを剥離する。前記し
たような方法でイオンを注入した後、Pt、Al膜を剥
離することにより3次元チャンネル型光導波路を得る。
【0014】
【実施例】次に本発明を実施例により更に詳細に説明す
る。
【0015】実施例1 組成式CaEr0.01Gd0.99AlO4 で表されるErド
ープペロブスカイトの板状(5mm×10mm×2mm)単結
晶を試料として、タンデム型イオンビーム加速器により
+ イオンを、注入エネルギー2.01MeV で、注入量
1×1016イオン/cm2 でc面から結晶全面に注入し2
次元光導波路結晶を作成した。注入時の結晶は結晶ホル
ダーが300Kになるように冷却した。得られた結晶は
プリズムカプラ、He−Neレーザーを用いた屈折率及
びモード測定の結果、光導波路層厚1.6μmの2次元
光導波路が形成されていることを確認した。
【0016】図1に光導波路厚、モード屈折率を測定す
るためにプリズムカプラを用いて測定した透過強度のレ
ーザー入射角度依存性を示す。光導波路層のTEモード
屈折率は1.941で注入前の結晶の屈折率より高くな
っていることが確認された。結晶内の光導波路層及び損
傷層の組織は光学顕微鏡及び透過電子顕微鏡で観察し
た。
【0017】実施例2 組成式CaPr0.01Gd0.99AlO4 で表されるPrド
ープペロブスカイトの板状単結晶のc面にタンデム型イ
オンビーム加速器を用いて、入射エネルギー2.0MeV
でC+ イオンを、注入量2×1015イオン/cm2 で注入
し2次元光導波路結晶を作成した。得られた結晶は実施
例1と同様に屈折率及モード測定の結果、導波路厚1.
5μm の2次元光導波路が形成されていることを確認し
た。図2に光導波路厚、モード屈折率を測定するために
プリズムカプラを用いて測定した透過強度のレーザー入
射角度依存性を示す。又、実施例1と同様に結晶内の光
導波路層及び損傷層の組織は光学顕微鏡及び透過電子顕
微鏡で観察した。
【0018】実施例3 組成式CaEr0.01Gd0.99AlO4 で表されるErド
ープペロブスカイト単結晶にポジ型フォトレジスト(A
Z−1350)を膜厚2μm 塗布し、70℃、20min
ベーキングした後、UV光で露光マスクパターンを形成
した。この結晶に膜厚100nmのAl膜をスパッタ法で
形成し、イオンマスクとなるPt膜をスパッタ法で形成
した後、アセトンでレジストを剥離した。
【0019】この試料にタンデム型イオンビーム加速器
を用いて、入射エネルギー2.0MeV で、注入量1016
イオン/cm2 のB+ イオンを注入した後、Pt、Al膜
を酸を用いて剥離しチャンネル型の3次元光導波路を作
成した。得られた結晶は光学電子顕微鏡、透過電子顕微
鏡及びプリズムカップラ法で深さ1.8μm 、幅1.5
μm の3次元光導波路が形成されていることを確認し
た。
【0020】
【発明の効果】本発明の構成のEr又はPrドープペロ
ブスカイト光導波路結晶は、レーザー発振効率が高く、
小型の近赤外域波長可変レーザー、アップコンバージョ
ンレーザー、光増幅素子として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で得た結晶の透過強度のレーザー入射
角度依存性を示す図。
【図2】実施例2で得た結晶の透過強度のレーザー入射
角度依存性を示す図。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザー活性イオンとしてEr3+又はPr
    3+を含んだ、組成式ABxLn1-xAlO4 (A:Ca2+
    又はSr2+、B:Er3+又はPr3+、Ln:Y3+、Gd
    3+、La3+から選ばれる一種、x:0.001≦x≦
    0.2)で表されるペロブスカイト型結晶で、表面から
    深さ方向又は深さ方向と面方向に他の部分と屈折率の異
    なる2次元又は3次元光導波路を形成したペロブスカイ
    ト型光導波路結晶。
  2. 【請求項2】イオン注入種としてHe+ を1016〜10
    18イオン/cm2 、又はB+ 又はC+ を1015〜1017
    オン/cm2 でイオン注入を行なうことにより、組成式A
    xLn1-xAlO4 (A:Ca2+又はSr2+、B:Er
    3+又はPr3+、Ln:Y3+、Gd3+、La3+から選ばれ
    る一種、x:0.001≦x≦0.2)で表されるペロ
    ブスカイト型結晶に損傷層を付与し、表面から深さ方向
    又は深さ方向と面方向に他の部分と屈折率の異なる光導
    波路を形成したペロブスカイト型光導波路結晶を製造す
    る方法。
  3. 【請求項3】イオン注入時の結晶を77〜350Kに保
    持しイオン注入する請求項2記載の製造方法。
  4. 【請求項4】フォトレジストを用いて、マスクパターン
    を形成し、注入イオンのマスクとしてPtを、Ptマス
    クの下地層としてAlを用いる請求項2又は3記載のチ
    ャンネル型3次元光導波路の製造方法。
JP13754293A 1993-06-08 1993-06-08 光導波路結晶およびその製造法 Pending JPH06350183A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110592678A (zh) * 2019-09-26 2019-12-20 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种保持颗粒尺寸不变的纳米晶体表面微观结构调控方法
CN113299837A (zh) * 2021-03-31 2021-08-24 西北大学 二维钙钛矿单晶及其基于离子注入的探测器的制备方法

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