JPH07309699A - 三ホウ酸リチウム単結晶及び光素子 - Google Patents
三ホウ酸リチウム単結晶及び光素子Info
- Publication number
- JPH07309699A JPH07309699A JP10396694A JP10396694A JPH07309699A JP H07309699 A JPH07309699 A JP H07309699A JP 10396694 A JP10396694 A JP 10396694A JP 10396694 A JP10396694 A JP 10396694A JP H07309699 A JPH07309699 A JP H07309699A
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- JP
- Japan
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- single crystal
- crystal
- optical element
- lithium triborate
- lbo
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 複屈折性を大きくしたＬＢＯ単結晶を提供
し、これを用いて位相整合が可能な波長範囲を拡大した
光素子を提供する。 【構成】 Ｚｎの含有量が０．０１ｗｔ％以上であるこ
とを特徴とする三ホウ酸リチウム単結晶およびこの三ホ
ウ酸リチウム単結晶を用いたことを特徴とする耐レーザ
ーダメージ特性に優れた光素子。
し、これを用いて位相整合が可能な波長範囲を拡大した
光素子を提供する。 【構成】 Ｚｎの含有量が０．０１ｗｔ％以上であるこ
とを特徴とする三ホウ酸リチウム単結晶およびこの三ホ
ウ酸リチウム単結晶を用いたことを特徴とする耐レーザ
ーダメージ特性に優れた光素子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、紫外線領域から赤外線
領域のレーザーを発生する非線形光学装置に好適な単結
晶として注目されている三ホウ酸リチウム単結晶とそれ
を用いた光素子に関するものである。
領域のレーザーを発生する非線形光学装置に好適な単結
晶として注目されている三ホウ酸リチウム単結晶とそれ
を用いた光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】非線形光学結晶を用いたレーザー波長可
変素子の研究が近年活発化している。この非線形光学結
晶の２次の非線形性に基づくＳＨＧ(Second Harmonic G
eneration)やＯＰＯ(Optical Parametric Oscillation)
はレーザーの波長範囲を拡大することができることか
ら、各種分野への応用ができ工業的価値はきわめて大き
いと考えられている。光情報処理、ディスプレイ、光計
測、光加工の分野においては小型軽量かつ長寿命な可
視、紫外光が必要とされており、特に半導体プロセス、
レーザー医療、加工、分析、レーザー核融合の分野では
特に強力な可視、紫外光源が必要とされている。
変素子の研究が近年活発化している。この非線形光学結
晶の２次の非線形性に基づくＳＨＧ(Second Harmonic G
eneration)やＯＰＯ(Optical Parametric Oscillation)
はレーザーの波長範囲を拡大することができることか
ら、各種分野への応用ができ工業的価値はきわめて大き
いと考えられている。光情報処理、ディスプレイ、光計
測、光加工の分野においては小型軽量かつ長寿命な可
視、紫外光が必要とされており、特に半導体プロセス、
レーザー医療、加工、分析、レーザー核融合の分野では
特に強力な可視、紫外光源が必要とされている。
【０００３】波長可変用の非線形光学結晶である三ホウ
酸リチウム単結晶（ＬｉＢ3Ｏ5：ＬＢＯ単結晶）は１９
８９年にその特異な非線形光学特性が発見されて以来
（特開平１−２７００３６号公報参照）、その優れた耐
レーザーダメージ特性、位相整合特性、光透過特性等を
利用したパラメトリック発振装置（特開平３−４６６３
８、４−６７１３１号公報参照）などの高出力が必要な
非線形光学光デバイスによく用いられている。
酸リチウム単結晶（ＬｉＢ3Ｏ5：ＬＢＯ単結晶）は１９
８９年にその特異な非線形光学特性が発見されて以来
（特開平１−２７００３６号公報参照）、その優れた耐
レーザーダメージ特性、位相整合特性、光透過特性等を
利用したパラメトリック発振装置（特開平３−４６６３
８、４−６７１３１号公報参照）などの高出力が必要な
非線形光学光デバイスによく用いられている。
【０００４】ＬＢＯ単結晶は斜方晶系の結晶系に属しそ
の格子定数はそれぞれａ＝８．４４６オングストロー
ム、ｂ＝７．３８オングストローム、ｃ＝５．１４７オ
ングストロームである。このＬＢＯ単結晶育成はその相
図からフラックスからの徐冷による析出によりのみ育成
されるので、通常カイロポーラス法やトップシーディン
グ法により育成されている。
の格子定数はそれぞれａ＝８．４４６オングストロー
ム、ｂ＝７．３８オングストローム、ｃ＝５．１４７オ
ングストロームである。このＬＢＯ単結晶育成はその相
図からフラックスからの徐冷による析出によりのみ育成
されるので、通常カイロポーラス法やトップシーディン
グ法により育成されている。
【０００５】ＬＢＯ単結晶は光学的に優れた特性を有し
ており、その光透過範囲は１６０ｎｍ〜５．３μｍと広
く、非線形光学定数はｄ32＝１．２ｐｍ／ＶとＫＤＰ結
晶の約２．５倍ほど大きく、さらに高出力レーザーに対
するバルクダメージ閾値は約２５ＧＷ／ｃｍ2と大き
く、しかもＳＨＧの位相整合許容角度が２５ｍｒａｄ・
ｃｍと大きいことなどの特徴を持っている。
ており、その光透過範囲は１６０ｎｍ〜５．３μｍと広
く、非線形光学定数はｄ32＝１．２ｐｍ／ＶとＫＤＰ結
晶の約２．５倍ほど大きく、さらに高出力レーザーに対
するバルクダメージ閾値は約２５ＧＷ／ｃｍ2と大き
く、しかもＳＨＧの位相整合許容角度が２５ｍｒａｄ・
ｃｍと大きいことなどの特徴を持っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ＬＢＯ単結晶は紫外カ
ットオフ波長が１６０ｎｍとＢＢＯ結晶よりも短く、紫
外域でも透明であるにも拘わらず、複屈折性が小さいた
め最小のＳＨＧ位相整合波長は約５５１ｎｍにすぎず、
Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第４高調波を得ることは出来な
かった。また、この結晶はＯＰＯ用途に良く用いられて
いるが複屈折率が大きいことからＯＰＯで発生できる波
長域も限られていた。
ットオフ波長が１６０ｎｍとＢＢＯ結晶よりも短く、紫
外域でも透明であるにも拘わらず、複屈折性が小さいた
め最小のＳＨＧ位相整合波長は約５５１ｎｍにすぎず、
Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第４高調波を得ることは出来な
かった。また、この結晶はＯＰＯ用途に良く用いられて
いるが複屈折率が大きいことからＯＰＯで発生できる波
長域も限られていた。
【０００７】そこで本発明の目的は、複屈折性を大きく
したＬＢＯ単結晶を提供し、これを用いて、位相整合が
可能な波長範囲を拡大した光素子を提供することを目的
とする。
したＬＢＯ単結晶を提供し、これを用いて、位相整合が
可能な波長範囲を拡大した光素子を提供することを目的
とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは三ホウ酸リ
チウム単結晶の複屈折率を制御する方法を種々検討した
結果、複屈折率を大きくするのには結晶にＺｎ元素を添
加すると良いことを見出し、本発明に想到した。
チウム単結晶の複屈折率を制御する方法を種々検討した
結果、複屈折率を大きくするのには結晶にＺｎ元素を添
加すると良いことを見出し、本発明に想到した。
【０００９】本発明者らはＬＢＯ単結晶の複屈折率を制
御するためにはＬｉイオンを他の元素で置き換えれば良
いと考え、特にイオン半径がＬｉより大きな元素を添加
すれば格子が歪み複屈折性は大きくなる点に着目して検
討を進めた。
御するためにはＬｉイオンを他の元素で置き換えれば良
いと考え、特にイオン半径がＬｉより大きな元素を添加
すれば格子が歪み複屈折性は大きくなる点に着目して検
討を進めた。
【００１０】ここでＬｉのイオン半径は配位数４が０．
７３オングストローム、配位数６が０．８８オングスト
ロームである。これより大きなイオン半径を持つ陽イオ
ン元素としてはＮａ，Ｋ，Ｃａ、Ｓｒ，Ｚｎ、Ｓｃ，
Ｙ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｎなど多くの元素がある。しかし、
ＣｒやＭｎ等その他遷移金属元素は結晶中に取り込まれ
ると光吸収の原因となり、光透過率の低下やレーザー損
傷閾値の低下などの問題を引き起こす。
７３オングストローム、配位数６が０．８８オングスト
ロームである。これより大きなイオン半径を持つ陽イオ
ン元素としてはＮａ，Ｋ，Ｃａ、Ｓｒ，Ｚｎ、Ｓｃ，
Ｙ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｎなど多くの元素がある。しかし、
ＣｒやＭｎ等その他遷移金属元素は結晶中に取り込まれ
ると光吸収の原因となり、光透過率の低下やレーザー損
傷閾値の低下などの問題を引き起こす。
【００１１】また、Ｌｉイオンよりもイオン半径が大き
すぎる元素の添加は非常に難しく、この場合には、添加
により結晶にクラックが入り、光学用途には全く使えな
いものであった。ＬＢＯ単結晶はＢ−Ｏの結合を基本と
するＢ3Ｏ7環を構造の骨格としており、ＬＢＯ単結晶は
最も軽い元素であるリチウムとホウ酸とから形成されて
いるので、バリウムとホウ酸からなり同種の構造を持つ
非線形光学結晶として有名なＢＢＯ単結晶よりもさらに
真空紫外域まで透過範囲が広がっていることを特徴とし
ている。しかし、Ｌｉは軽い元素であるためにＬｉサイ
ト自体が小さくそのために他の元素は添加しにくいと考
えられる。Ｚｎの場合にはそのイオン半径が４配位で
０．７４オングストローム、６配位で０．８９オングス
トロームとＬｉのそれよりそれぞれ０．０１オングスト
ロームだけ大きいので、他の添加元素に比べるとＺｎ添
加による結晶のクラック発生は少なかった。また、Ｚｎ
の添加による光透過率の減少は光応用に差し支えない程
度のものであった。
すぎる元素の添加は非常に難しく、この場合には、添加
により結晶にクラックが入り、光学用途には全く使えな
いものであった。ＬＢＯ単結晶はＢ−Ｏの結合を基本と
するＢ3Ｏ7環を構造の骨格としており、ＬＢＯ単結晶は
最も軽い元素であるリチウムとホウ酸とから形成されて
いるので、バリウムとホウ酸からなり同種の構造を持つ
非線形光学結晶として有名なＢＢＯ単結晶よりもさらに
真空紫外域まで透過範囲が広がっていることを特徴とし
ている。しかし、Ｌｉは軽い元素であるためにＬｉサイ
ト自体が小さくそのために他の元素は添加しにくいと考
えられる。Ｚｎの場合にはそのイオン半径が４配位で
０．７４オングストローム、６配位で０．８９オングス
トロームとＬｉのそれよりそれぞれ０．０１オングスト
ロームだけ大きいので、他の添加元素に比べるとＺｎ添
加による結晶のクラック発生は少なかった。また、Ｚｎ
の添加による光透過率の減少は光応用に差し支えない程
度のものであった。
【００１２】従って、本発明により、屈折率を制御した
三ホウ酸リチウム単結晶を供給することができ、複屈折
率が大きい三ホウ酸リチウム単結晶を用いることでＳＨ
ＧやＯＰＯ等の波長変換素子の応用範囲を拡大すること
が出来る。
三ホウ酸リチウム単結晶を供給することができ、複屈折
率が大きい三ホウ酸リチウム単結晶を用いることでＳＨ
ＧやＯＰＯ等の波長変換素子の応用範囲を拡大すること
が出来る。
【００１３】
【実施例】以下、実施例によって本発明をより詳細に説
明する。 （実施例１）純度５ＮのＢ2Ｏ3粉末と純度４ＮのＬｉ2
ＣＯ3粉末に４ＮのＺｎＯ粉末を１５ｇ添加し合計１７
００ｇを混合して混合粉体を準備する。次に、直径１０
０mm，深さ１００mmの約９０５℃に加熱された白金坩堝
内に混合粉体を投入し融液を作成した。融液を約９０５
℃で約２日保持し、十分均質化した。育成に先立って、
融液を白金パドルでさらに１日間攪拌し、Ｚｎを添加し
た融液を均質化するとともに、加熱中に生成した泡を取
り除いた。攪拌温度は融液の飽和温度よりも約５０℃高
い温度で行った。育成に用いた炉は５ゾーンにヒーター
を分割した炉で、この炉は非常に均一な温度分布を実現
できるとともに、微妙な温度分布の調整も可能である。
炉の温度分布は２℃／ｃｍとした。
明する。 （実施例１）純度５ＮのＢ2Ｏ3粉末と純度４ＮのＬｉ2
ＣＯ3粉末に４ＮのＺｎＯ粉末を１５ｇ添加し合計１７
００ｇを混合して混合粉体を準備する。次に、直径１０
０mm，深さ１００mmの約９０５℃に加熱された白金坩堝
内に混合粉体を投入し融液を作成した。融液を約９０５
℃で約２日保持し、十分均質化した。育成に先立って、
融液を白金パドルでさらに１日間攪拌し、Ｚｎを添加し
た融液を均質化するとともに、加熱中に生成した泡を取
り除いた。攪拌温度は融液の飽和温度よりも約５０℃高
い温度で行った。育成に用いた炉は５ゾーンにヒーター
を分割した炉で、この炉は非常に均一な温度分布を実現
できるとともに、微妙な温度分布の調整も可能である。
炉の温度分布は２℃／ｃｍとした。
【００１４】この攪拌の後、炉の温度を結晶成長温度の
約８５５℃までゆっくりと下げ、その温度で種結晶を融
液に接触させた。用いた種結晶は主軸を＜００１＞軸と
するもので、３ｍｍ×４ｍｍ×１０ｍｍ長の大きさのも
のである。種結晶を融液に付けた後、種結晶を１０ｒｐ
ｍ程度のゆっくりした速度で回転させ、所定の時間間隔
で時計方向と反時計方向に逆回転させることにより十分
に融液を攪拌させた。さらに、融液温度を０．１５℃／
日の速度で徐冷しながら成長の様子を観察した。結晶成
長は約８５５℃付近の温度であるため、直接肉眼で炉内
を観察することは危険である。そこで、ハロゲンランプ
を炉内に照射し、成長の様子をテレビカメラで撮影しモ
ニターテレビで観察した。約１日経過後、結晶はａ軸×
ｂ軸がそれぞれ６ｍｍ×５．８ｍｍ程度の大きさまで成
長した。通常の無添加ＬＢＯ結晶の場合には融液温度を
０．３℃／日程度の速度で冷却するが、Ｚｎを添加した
場合には育成速度をゆっくりさせた。このまま条件の変
更はせずに９日間成長を行いａ軸×ｂ軸×ｃ軸が２８．
５×２５×２０ｍｍの大きさまで結晶を成長させた。
約８５５℃までゆっくりと下げ、その温度で種結晶を融
液に接触させた。用いた種結晶は主軸を＜００１＞軸と
するもので、３ｍｍ×４ｍｍ×１０ｍｍ長の大きさのも
のである。種結晶を融液に付けた後、種結晶を１０ｒｐ
ｍ程度のゆっくりした速度で回転させ、所定の時間間隔
で時計方向と反時計方向に逆回転させることにより十分
に融液を攪拌させた。さらに、融液温度を０．１５℃／
日の速度で徐冷しながら成長の様子を観察した。結晶成
長は約８５５℃付近の温度であるため、直接肉眼で炉内
を観察することは危険である。そこで、ハロゲンランプ
を炉内に照射し、成長の様子をテレビカメラで撮影しモ
ニターテレビで観察した。約１日経過後、結晶はａ軸×
ｂ軸がそれぞれ６ｍｍ×５．８ｍｍ程度の大きさまで成
長した。通常の無添加ＬＢＯ結晶の場合には融液温度を
０．３℃／日程度の速度で冷却するが、Ｚｎを添加した
場合には育成速度をゆっくりさせた。このまま条件の変
更はせずに９日間成長を行いａ軸×ｂ軸×ｃ軸が２８．
５×２５×２０ｍｍの大きさまで結晶を成長させた。
【００１５】育成後の冷却は十分にゆっくり行い、Ｚｎ
無添加の場合の約半分の速度で室温まで冷却した。この
ようにして得られた単結晶は透明でボイドやホッパーグ
ロース等の欠陥のない良質なものであった。育成された
結晶には０．０１ｗｔ％のＺｎを含んでいた。
無添加の場合の約半分の速度で室温まで冷却した。この
ようにして得られた単結晶は透明でボイドやホッパーグ
ロース等の欠陥のない良質なものであった。育成された
結晶には０．０１ｗｔ％のＺｎを含んでいた。
【００１６】育成されたＬＢＯ単結晶からＸ軸、Ｙ軸、
Ｚ軸と垂直となる面を有するように１０mm3角の大きさ
の試料を作製した。さらに、屈折率測定用にＬＢＯ結晶
からなるプリズムを作成するため試料を切り出した。次
に、切断された各面をメカノケミカル研磨により鏡面に
仕上げた。次いで、作製した試料の分光特性，屈折率均
一性を調べたがＺｎ添加による品質の劣化は見られなか
った。プリズムから求めたＬＢＯ結晶の複屈折率はＺｎ
の添加量に依って変化するが、Ｚｎ添加により複屈折率
はＺｎ無添加に比べて大きくなることを確認した。
Ｚ軸と垂直となる面を有するように１０mm3角の大きさ
の試料を作製した。さらに、屈折率測定用にＬＢＯ結晶
からなるプリズムを作成するため試料を切り出した。次
に、切断された各面をメカノケミカル研磨により鏡面に
仕上げた。次いで、作製した試料の分光特性，屈折率均
一性を調べたがＺｎ添加による品質の劣化は見られなか
った。プリズムから求めたＬＢＯ結晶の複屈折率はＺｎ
の添加量に依って変化するが、Ｚｎ添加により複屈折率
はＺｎ無添加に比べて大きくなることを確認した。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば屈
折率を制御した三ホウ酸リチウム単結晶を供給すること
ができ、この結晶を用いることでＳＨＧやＯＰＯ等の波
長変換素子の応用範囲を拡大することが出来る。
折率を制御した三ホウ酸リチウム単結晶を供給すること
ができ、この結晶を用いることでＳＨＧやＯＰＯ等の波
長変換素子の応用範囲を拡大することが出来る。
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｚｎの含有量が０．０１ｗｔ％以上であ
ることを特徴とする三ホウ酸リチウム単結晶。 - 【請求項２】 請求項１に記載の三ホウ酸リチウム単結
晶を用いたことを特徴とする耐レーザーダメージ特性に
優れた光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10396694A JPH07309699A (ja) | 1994-05-18 | 1994-05-18 | 三ホウ酸リチウム単結晶及び光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10396694A JPH07309699A (ja) | 1994-05-18 | 1994-05-18 | 三ホウ酸リチウム単結晶及び光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07309699A true JPH07309699A (ja) | 1995-11-28 |
Family
ID=14368112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10396694A Pending JPH07309699A (ja) | 1994-05-18 | 1994-05-18 | 三ホウ酸リチウム単結晶及び光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07309699A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008513741A (ja) * | 2004-09-20 | 2008-05-01 | オプセンス インコーポレイテッド | 低コヒーレンス干渉法を使用する光センサ |
-
1994
- 1994-05-18 JP JP10396694A patent/JPH07309699A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008513741A (ja) * | 2004-09-20 | 2008-05-01 | オプセンス インコーポレイテッド | 低コヒーレンス干渉法を使用する光センサ |
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