JPH0792514A - 波長変換固体レーザ素子 - Google Patents
波長変換固体レーザ素子Info
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- JPH0792514A JPH0792514A JP23804293A JP23804293A JPH0792514A JP H0792514 A JPH0792514 A JP H0792514A JP 23804293 A JP23804293 A JP 23804293A JP 23804293 A JP23804293 A JP 23804293A JP H0792514 A JPH0792514 A JP H0792514A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 LiNbx Ta(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶基板
内またはその基板上に形成された少なくとも１種の活性
イオンを含有する LiNbxTa(1-x)O3 （０≦ｘ≦１）単結
晶膜からなり、かつ上記単結晶基板と上記単結晶膜との
格子定数が互いに整合しており、しかも活性イオンを含
有する該単結晶膜上には周期的反転構造部を有する波長
変換導波路型固体レーザ素子。 【効果】 安定したコヒーレント光を確実に発生させる
ことができ、さらには、電気光学効果、音響光学効果、
非線形光学効果に優れることから集積化の可能な固体レ
ーザ素子が得られる。
内またはその基板上に形成された少なくとも１種の活性
イオンを含有する LiNbxTa(1-x)O3 （０≦ｘ≦１）単結
晶膜からなり、かつ上記単結晶基板と上記単結晶膜との
格子定数が互いに整合しており、しかも活性イオンを含
有する該単結晶膜上には周期的反転構造部を有する波長
変換導波路型固体レーザ素子。 【効果】 安定したコヒーレント光を確実に発生させる
ことができ、さらには、電気光学効果、音響光学効果、
非線形光学効果に優れることから集積化の可能な固体レ
ーザ素子が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、コヒーレント光源を
利用した光ファイバー通信、光情報処理、光計測システ
ム等において、固体レーザや半導体レーザ等を励起源と
し、励起光,すなわち新たなコヒーレント光（第２高調
波）を発生させるために用いられる、優れた電気光学的
効果を有する小型の波長変換固体レーザ素子に関するも
のである。
利用した光ファイバー通信、光情報処理、光計測システ
ム等において、固体レーザや半導体レーザ等を励起源と
し、励起光,すなわち新たなコヒーレント光（第２高調
波）を発生させるために用いられる、優れた電気光学的
効果を有する小型の波長変換固体レーザ素子に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】近年、光ＩＣ技術の発展に伴い、この技
術に利用される光学素子の研究・開発も進んでいる。こ
のなかでも固体レーザ素子は、光通信、光記録、光計測
システムにおいて、小型で安定したコヒーレント光源を
提供できるものとして注目されているものの１つであ
る。
術に利用される光学素子の研究・開発も進んでいる。こ
のなかでも固体レーザ素子は、光通信、光記録、光計測
システムにおいて、小型で安定したコヒーレント光源を
提供できるものとして注目されているものの１つであ
る。
【０００３】かかる固体レーザとは、Nd3+、Er3+、H
o3+、Tm3+、Cr3+、Sm2+等の活性イオンを含有するＹＡ
Ｇ、ＹＶＯ4 、ＫＴＰ、ＫＮ、LiNbO3、LiTaO3等の単結
晶（ホスト結晶）に、Xeフラッシュランプや、半導体レ
ーザ等により、そのイオン種が励起される波長の発光源
を結合することにより蛍光を発生させ、その蛍光を外部
ミラーや端面に形成したミラーによって共振させること
により、レーザ発振をさせるものである。
o3+、Tm3+、Cr3+、Sm2+等の活性イオンを含有するＹＡ
Ｇ、ＹＶＯ4 、ＫＴＰ、ＫＮ、LiNbO3、LiTaO3等の単結
晶（ホスト結晶）に、Xeフラッシュランプや、半導体レ
ーザ等により、そのイオン種が励起される波長の発光源
を結合することにより蛍光を発生させ、その蛍光を外部
ミラーや端面に形成したミラーによって共振させること
により、レーザ発振をさせるものである。
【０００４】このような固体レーザとしては、例えば、
I.P.Kaminow らが、「IEEE. J. Quantum. Electron. 」
Vol. QE−11, P.306 (1975)にて詳細に紹介したNd：Li
NbO3レーザがある。また、このような固体レーザ結晶に
高効率発振を目的として導波路を形成した例が、E. Lal
lierらが、「IEEE. J. Quantum. Electron. 」 Vol.27,
No.3 P.618 (1991) で紹介したNd：MgO ：LiNbO3導波
路レーザや、Ｉ. Chartierらが、「Opt. Lett.」 Vol.1
7, No.11, P.810 (1992)で紹介したNd：ＹＡＧ導波路レ
ーザ等がある。
I.P.Kaminow らが、「IEEE. J. Quantum. Electron. 」
Vol. QE−11, P.306 (1975)にて詳細に紹介したNd：Li
NbO3レーザがある。また、このような固体レーザ結晶に
高効率発振を目的として導波路を形成した例が、E. Lal
lierらが、「IEEE. J. Quantum. Electron. 」 Vol.27,
No.3 P.618 (1991) で紹介したNd：MgO ：LiNbO3導波
路レーザや、Ｉ. Chartierらが、「Opt. Lett.」 Vol.1
7, No.11, P.810 (1992)で紹介したNd：ＹＡＧ導波路レ
ーザ等がある。
【０００５】一方、分極反転構造を備えた第二高調波発
生素子も知られている。例えば、Yamamotoらが、「App
l. Phys. Lett. 」, Vol.62、No.21 、P.2599 (1993)
に詳細に報告している、LiTaO3を用いた擬似位相整合素
子第二高調波発生素子がそれである。
生素子も知られている。例えば、Yamamotoらが、「App
l. Phys. Lett. 」, Vol.62、No.21 、P.2599 (1993)
に詳細に報告している、LiTaO3を用いた擬似位相整合素
子第二高調波発生素子がそれである。
【０００６】また、固体レーザと第二高調波発生素子と
を組合わせたものがある。例えば、Nd：ＹＡＧとＫＴＰ
等の組合わせがよく知られている。さらに、石橋らが、
「第40回応用物理学関連連合講演会予稿集」31a-Z-7(19
93) で報告しているものは、非線形光学効果を有する結
晶を固体レーザとして第二高調波を発生させる、いわゆ
るNd含有 MgO： LiNbO3 を用いて半導体レーザ励起の自
己第二高調波発生素子の例もある。
を組合わせたものがある。例えば、Nd：ＹＡＧとＫＴＰ
等の組合わせがよく知られている。さらに、石橋らが、
「第40回応用物理学関連連合講演会予稿集」31a-Z-7(19
93) で報告しているものは、非線形光学効果を有する結
晶を固体レーザとして第二高調波を発生させる、いわゆ
るNd含有 MgO： LiNbO3 を用いて半導体レーザ励起の自
己第二高調波発生素子の例もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、上記
各刊行物に記載された固体レーザ材料（導波路）につい
ては、なお次のような解決を必要とする課題を抱えてい
た。まず、I.P.Kaminow らが、「IEEE. J. Quantum. El
ectron」で提案しているNd：LiNbO3レーザーについて
は、導波路構造でないため発振効率が低く、結晶性に優
れたNd添加LiNbO3バルクが得られない、等の問題があっ
た。E. Lallierらが、「IEEE. J. Quantum. Electron」
で提案したNd：MgO ：LiNbO3固体レーザは、耐光損傷性
を向上させるためにMgO を添加しているが、上記の同様
に、結晶性に優れたNd添加LiNbO3バルクが得られないと
いう問題があった。I. Chartier らが、「Opt. Letter
」で提案したNd：ＹＡＧレーザは、工業的に成功して
いるバルク固体レーザを導波路化し、発振の効率向上を
狙ったが、低損失なチャンネル導波路が得られていな
い。
各刊行物に記載された固体レーザ材料（導波路）につい
ては、なお次のような解決を必要とする課題を抱えてい
た。まず、I.P.Kaminow らが、「IEEE. J. Quantum. El
ectron」で提案しているNd：LiNbO3レーザーについて
は、導波路構造でないため発振効率が低く、結晶性に優
れたNd添加LiNbO3バルクが得られない、等の問題があっ
た。E. Lallierらが、「IEEE. J. Quantum. Electron」
で提案したNd：MgO ：LiNbO3固体レーザは、耐光損傷性
を向上させるためにMgO を添加しているが、上記の同様
に、結晶性に優れたNd添加LiNbO3バルクが得られないと
いう問題があった。I. Chartier らが、「Opt. Letter
」で提案したNd：ＹＡＧレーザは、工業的に成功して
いるバルク固体レーザを導波路化し、発振の効率向上を
狙ったが、低損失なチャンネル導波路が得られていな
い。
【０００８】また、上記擬似位相整合素子第二高調波発
生素子については、基本波の波長の許容幅が、固体レー
ザを発振させる際の励起光源の波長の許容幅の約1/10と
なるという問題があり、さらに、上記半導体レーザ励起
の自己第二高調波発生素子の場合、結晶性の良いMgO ,
Nd添加LiNbO3バルクが得られないという問題があった。
生素子については、基本波の波長の許容幅が、固体レー
ザを発振させる際の励起光源の波長の許容幅の約1/10と
なるという問題があり、さらに、上記半導体レーザ励起
の自己第二高調波発生素子の場合、結晶性の良いMgO ,
Nd添加LiNbO3バルクが得られないという問題があった。
【０００９】以上説明したように、上記の各従来技術の
下では、良好な結晶性を有し、かつ光学損失の少ない不
純物添加結晶を得るまでには至っていない。そこで、こ
の発明は、上述したような問題点のない、良好な結晶性
を有し、かつ光学損失の少ない不純物添加LiNbO3薄膜を
用いた高効率な波長変換固体レーザ素子を提供すること
を目的とする。
下では、良好な結晶性を有し、かつ光学損失の少ない不
純物添加結晶を得るまでには至っていない。そこで、こ
の発明は、上述したような問題点のない、良好な結晶性
を有し、かつ光学損失の少ない不純物添加LiNbO3薄膜を
用いた高効率な波長変換固体レーザ素子を提供すること
を目的とする。
【００１０】
【問題点を解決するための手段】この発明は、従来技術
が抱えている上述した問題点を解決することを課題とし
て検討した結果なされたものであり、それは、結晶性の
良好な不純物添加単結晶が得られない原因が、単結晶基
板と単結晶薄膜を構成する各結晶材料の格子定数が整合
していないためであることを見出した。従って、従来技
術の問題点は、単結晶基板と単結晶薄膜の各結晶格子の
格子定数を整合させれば解決することができ、このこと
により、結晶性に優れた活性イオンを含有する固体レー
ザ素子を得ることができる。
が抱えている上述した問題点を解決することを課題とし
て検討した結果なされたものであり、それは、結晶性の
良好な不純物添加単結晶が得られない原因が、単結晶基
板と単結晶薄膜を構成する各結晶材料の格子定数が整合
していないためであることを見出した。従って、従来技
術の問題点は、単結晶基板と単結晶薄膜の各結晶格子の
格子定数を整合させれば解決することができ、このこと
により、結晶性に優れた活性イオンを含有する固体レー
ザ素子を得ることができる。
【００１１】すなわち、本発明は、 LiNbx Ta(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶基板内また
はその基板上に、少なくとも１種の活性イオンを含有す
るLiNbx Ta(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶薄膜を形成
し、かつ上記単結晶基板と上記単結晶薄膜との格子定数
を互いに整合させると共に、かかるLiNbx Ta(1-x) O3単
結晶薄膜上に周期的分極反転構造部を形成し、そして上
記単結晶の入・出射端面にはそれぞれ、誘電体多層膜を
コーティングして共振構造を配設したことを特徴とする
波長変換固体レーザ素子、 LiNbx Ta(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶基板内また
はその基板上に、少なくとも１種の活性イオンを含有す
るLiNbx Ta(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶薄膜を形成
し、かつ上記単結晶基板と上記単結晶薄膜との格子定数
を互いに整合させると共に、かかるLiNbx Ta(1-x) O3単
結晶薄膜上に周期的分極反転構造部を形成し、そして上
記単結晶の入・出射の光軸上に外部ミラーの組合わせか
らなる共振構造を配設したことを特徴とする波長変換固
体レーザ素子、である。
はその基板上に、少なくとも１種の活性イオンを含有す
るLiNbx Ta(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶薄膜を形成
し、かつ上記単結晶基板と上記単結晶薄膜との格子定数
を互いに整合させると共に、かかるLiNbx Ta(1-x) O3単
結晶薄膜上に周期的分極反転構造部を形成し、そして上
記単結晶の入・出射端面にはそれぞれ、誘電体多層膜を
コーティングして共振構造を配設したことを特徴とする
波長変換固体レーザ素子、 LiNbx Ta(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶基板内また
はその基板上に、少なくとも１種の活性イオンを含有す
るLiNbx Ta(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶薄膜を形成
し、かつ上記単結晶基板と上記単結晶薄膜との格子定数
を互いに整合させると共に、かかるLiNbx Ta(1-x) O3単
結晶薄膜上に周期的分極反転構造部を形成し、そして上
記単結晶の入・出射の光軸上に外部ミラーの組合わせか
らなる共振構造を配設したことを特徴とする波長変換固
体レーザ素子、である。
【００１２】
【作用】本発明にかかる固体レーザ素子の基板上に形成
した単結晶薄膜は、特に、前記LiNbx Ta(1-x) O3（０≦
ｘ≦１）単結晶基板と活性イオンを含有するLiNbx Ta(1
-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶薄膜との格子定数が整合し
ている点に特徴を有するものである。なお、基板上に形
成するLiNbx Ta(1-x) O3単結晶薄膜は、前記LiNbx Ta
(1-x)O3（０≦ｘ≦１）単結晶基板１の（０００１）面
上に、少なくとも１種の活性イオンが添加されたLiNbx
Ta(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶薄膜の（０００１）面
が積層されるように形成されなければいけない。また、
LiNbx Ta(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶基板のａ軸の格
子定数と、少なくとも１種の活性イオンが添加されたLi
Nbx Ta(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶薄膜のａ軸の格子
定数とが整合するものでなければならない。ここで、単
結晶の格子定数が整合することとは、前記LiNbx Ta
(1-x) O3（０≦ｘ≦１）基板単結晶の格子定数が、後述
する活性イオンのいずれか少なくとも１種を含有するLi
Nbx Ta(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶薄膜の格子定数の
99.81〜100.07％の範囲、より好ましくは 99.92〜100.
03％の範囲に収まるように、調整することを意味する。
した単結晶薄膜は、特に、前記LiNbx Ta(1-x) O3（０≦
ｘ≦１）単結晶基板と活性イオンを含有するLiNbx Ta(1
-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶薄膜との格子定数が整合し
ている点に特徴を有するものである。なお、基板上に形
成するLiNbx Ta(1-x) O3単結晶薄膜は、前記LiNbx Ta
(1-x)O3（０≦ｘ≦１）単結晶基板１の（０００１）面
上に、少なくとも１種の活性イオンが添加されたLiNbx
Ta(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶薄膜の（０００１）面
が積層されるように形成されなければいけない。また、
LiNbx Ta(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶基板のａ軸の格
子定数と、少なくとも１種の活性イオンが添加されたLi
Nbx Ta(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶薄膜のａ軸の格子
定数とが整合するものでなければならない。ここで、単
結晶の格子定数が整合することとは、前記LiNbx Ta
(1-x) O3（０≦ｘ≦１）基板単結晶の格子定数が、後述
する活性イオンのいずれか少なくとも１種を含有するLi
Nbx Ta(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶薄膜の格子定数の
99.81〜100.07％の範囲、より好ましくは 99.92〜100.
03％の範囲に収まるように、調整することを意味する。
【００１３】このような構成とすることにより、LiNbx
Ta(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶基板上に、活性イオン
の少なくとも１種を含有するLiNbx Ta(1-x) O3（０≦ｘ
≦１）単結晶薄膜を液相エピタキシャル成長させる際に
発生する結晶歪みを防止することができ、それ故に、Li
Nbx Ta(1-x) O3（０≦ｘ≦１）バルク単結晶と同等の光
学特性を有する活性イオン含有単結晶薄膜が得られる。
このような単結晶薄膜にて導波路を形成し、固体レーザ
素子を構成すると、小型で、安定した周波数特性を有す
る波長変換固体レーザ素子を得ることができるようにな
り、とくに、その非線形光学効果により第二高調波発生
素子を得ることが容易になる。
Ta(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶基板上に、活性イオン
の少なくとも１種を含有するLiNbx Ta(1-x) O3（０≦ｘ
≦１）単結晶薄膜を液相エピタキシャル成長させる際に
発生する結晶歪みを防止することができ、それ故に、Li
Nbx Ta(1-x) O3（０≦ｘ≦１）バルク単結晶と同等の光
学特性を有する活性イオン含有単結晶薄膜が得られる。
このような単結晶薄膜にて導波路を形成し、固体レーザ
素子を構成すると、小型で、安定した周波数特性を有す
る波長変換固体レーザ素子を得ることができるようにな
り、とくに、その非線形光学効果により第二高調波発生
素子を得ることが容易になる。
【００１４】なお、本発明において、前記単結晶基板と
前記単結晶薄膜との格子整合を図る方法としては、(1)
Naや Mg を LiNbO3 単結晶薄膜中に含有させる方法、
(2) Li／Nbの比率を41／59〜56／44の間で変える方法、
(3) LiTaO3単結晶基板中にTiなどを含有させて格子定数
を小さくする方法、などの各種の方法あるが、なかでも
(1) の方法が最も望ましい。というのは、LiTaO3単結晶
基板の格子定数は、LiNbO3単結晶のそれより大きいこと
から、LiNbO3単結晶にNaやMgを含有させることにより、
LiNbO3単結晶の格子定数を大きくできるから、比較的容
易に互いの格子整合をとることができるからである。
前記単結晶薄膜との格子整合を図る方法としては、(1)
Naや Mg を LiNbO3 単結晶薄膜中に含有させる方法、
(2) Li／Nbの比率を41／59〜56／44の間で変える方法、
(3) LiTaO3単結晶基板中にTiなどを含有させて格子定数
を小さくする方法、などの各種の方法あるが、なかでも
(1) の方法が最も望ましい。というのは、LiTaO3単結晶
基板の格子定数は、LiNbO3単結晶のそれより大きいこと
から、LiNbO3単結晶にNaやMgを含有させることにより、
LiNbO3単結晶の格子定数を大きくできるから、比較的容
易に互いの格子整合をとることができるからである。
【００１５】また、NaやMgを単結晶薄膜中に含有させる
場合、その含有量は、Naについては0.1〜14.3モル％、M
gについては、0.8 〜10.8モル％が望ましい。それぞれ
の上限, 下限の量は、前述した格子整合の範囲(99.81％
〜100.07％) に限定される。
場合、その含有量は、Naについては0.1〜14.3モル％、M
gについては、0.8 〜10.8モル％が望ましい。それぞれ
の上限, 下限の量は、前述した格子整合の範囲(99.81％
〜100.07％) に限定される。
【００１６】単結晶薄膜中にドープする活性イオンと
は、レーザ媒質中に含有され、励起光源により、蛍光を
発する元素であればよく、例えば、Ce、Pr、Nd、Tb、D
y、Ho、Er、Tm、Yb、Sm、Ｕ、Ｖ、Co、Ni、Crがあり、
この中でも特にNd、Er、Ho、Tmが有望である。Ndの添加
量は、0.5 〜10at％が望ましい。
は、レーザ媒質中に含有され、励起光源により、蛍光を
発する元素であればよく、例えば、Ce、Pr、Nd、Tb、D
y、Ho、Er、Tm、Yb、Sm、Ｕ、Ｖ、Co、Ni、Crがあり、
この中でも特にNd、Er、Ho、Tmが有望である。Ndの添加
量は、0.5 〜10at％が望ましい。
【００１７】さて、本発明の他の特徴は、活性イオンを
含有する前記LiNbx Ta(1-x) O3単結晶薄膜上に、周期的
分極反転層を形成し、その非線形光学効果により波長変
換型の素子を得ることにある。すなわち、LiNbx Ta
(1-x) O3単結晶薄膜上に、MgO の周期パターンを作って
このMgO を熱拡散させ、しかるのちに部分分極反転処理
を行ってMgO の未拡散部分のドメインを反転させた導波
路にすると、光学損傷の少ない固体レーザ素子を得るこ
とができる。このような周期的分極反転構造部７の例と
しては、 図１に示すように、LiTaO3単結晶基板１上に形成し
たLiNbO3単結晶薄膜２上にリッジ型導波路2wを設け、そ
のLiNbO3単結晶薄膜導波路2w中に、MgO の拡散領域2aと
未拡散領域2bとを周期的に形成したもののうち、MgO 未
拡散領域2bのみを反転させた部分分極反転領域を設けて
部分分極反転構造としたＳＨＧ素子などが有利に適合す
る。 また、LiTaO3単結晶基板中に設けた溝内に、プロト
ン交換によって得られたチャンネル型導波路を形成し、
そのLiNbO3単結晶薄膜導波路中に、MgO の拡散領域と未
拡散領域とを周期的に形成したもののうち、MgO 未拡散
領域のみを反転させた部分分極反転領域を形成して部分
分極反転構造部を設けたものでもよい。
含有する前記LiNbx Ta(1-x) O3単結晶薄膜上に、周期的
分極反転層を形成し、その非線形光学効果により波長変
換型の素子を得ることにある。すなわち、LiNbx Ta
(1-x) O3単結晶薄膜上に、MgO の周期パターンを作って
このMgO を熱拡散させ、しかるのちに部分分極反転処理
を行ってMgO の未拡散部分のドメインを反転させた導波
路にすると、光学損傷の少ない固体レーザ素子を得るこ
とができる。このような周期的分極反転構造部７の例と
しては、 図１に示すように、LiTaO3単結晶基板１上に形成し
たLiNbO3単結晶薄膜２上にリッジ型導波路2wを設け、そ
のLiNbO3単結晶薄膜導波路2w中に、MgO の拡散領域2aと
未拡散領域2bとを周期的に形成したもののうち、MgO 未
拡散領域2bのみを反転させた部分分極反転領域を設けて
部分分極反転構造としたＳＨＧ素子などが有利に適合す
る。 また、LiTaO3単結晶基板中に設けた溝内に、プロト
ン交換によって得られたチャンネル型導波路を形成し、
そのLiNbO3単結晶薄膜導波路中に、MgO の拡散領域と未
拡散領域とを周期的に形成したもののうち、MgO 未拡散
領域のみを反転させた部分分極反転領域を形成して部分
分極反転構造部を設けたものでもよい。
【００１８】次に、上述した導波路を用いた本発明にか
かる波長変換固体レーザ素子の例を、図２, 図３を用い
て説明する。ここに示す固体レーザ素子は、LiNbx Ta
(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶基板１の表面の（０００
１）面近傍に、少なくとも１種の活性イオンを添加した
LiNbxTa(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶薄膜２を、液相
エピタキシャル成長技術などの薄膜育成技術によって育
成し、さらに、上記の活性イオン含有LiNbx Ta(1-x) O3
単結晶薄膜２の＋ｃ面の所定の領域に、Tiの熱拡散法,
プロトン交換法などによって周期的分極反転構造部ある
いは周期屈折率構造部を形成するか、MgO の部分分極反
転処理を施して周期的分極反転構造部を設ける。その
後、半導体回路作製等に用いられるプラナ技術により作
製した導波路に対し、さらに図２に示すように、その両
端面に誘電体多層膜４, ４´をコーティングするか、ま
たは、図３に示すように外部ミラー５, ５´を配設した
共振器構造を設けてなるものである。
かる波長変換固体レーザ素子の例を、図２, 図３を用い
て説明する。ここに示す固体レーザ素子は、LiNbx Ta
(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶基板１の表面の（０００
１）面近傍に、少なくとも１種の活性イオンを添加した
LiNbxTa(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶薄膜２を、液相
エピタキシャル成長技術などの薄膜育成技術によって育
成し、さらに、上記の活性イオン含有LiNbx Ta(1-x) O3
単結晶薄膜２の＋ｃ面の所定の領域に、Tiの熱拡散法,
プロトン交換法などによって周期的分極反転構造部ある
いは周期屈折率構造部を形成するか、MgO の部分分極反
転処理を施して周期的分極反転構造部を設ける。その
後、半導体回路作製等に用いられるプラナ技術により作
製した導波路に対し、さらに図２に示すように、その両
端面に誘電体多層膜４, ４´をコーティングするか、ま
たは、図３に示すように外部ミラー５, ５´を配設した
共振器構造を設けてなるものである。
【００１９】このようにして構成された固体レーザ素子
は、励起光源３を、レンズ６, 6 ´により、当該導波路
の、とくに前記LiNbO3単結晶薄膜２に結合させ、これに
よって結合させた励起光が活性イオンを吸収して蛍光を
発生するように組み合わせる。そして、その蛍光を、上
記共振器により共振させることにより、基本波をレーザ
発振させる。さらに、前記周期的分極反転構造により、
発振した基本波と擬似的に位相整合させることにより、
第二高調波を発生させ、波長変換固体レーザとなるコヒ
ーレントな第２高調波を発生させることができる。
は、励起光源３を、レンズ６, 6 ´により、当該導波路
の、とくに前記LiNbO3単結晶薄膜２に結合させ、これに
よって結合させた励起光が活性イオンを吸収して蛍光を
発生するように組み合わせる。そして、その蛍光を、上
記共振器により共振させることにより、基本波をレーザ
発振させる。さらに、前記周期的分極反転構造により、
発振した基本波と擬似的に位相整合させることにより、
第二高調波を発生させ、波長変換固体レーザとなるコヒ
ーレントな第２高調波を発生させることができる。
【００２０】次に、本発明にかかる固体レーザ用単結晶
薄膜導波路の作製方法の特徴について述べる。 (1) LiTaO3単結晶基板上の単結晶薄膜導波路形成部に溝
を形成し、活性イオン種を含有するLiNbO3単結晶薄膜を
格子整合させながら形成したのち、不要部分を取り除
き、溝の中にのみLiNbO3単結晶薄膜を残して導波路を形
成する。また、LiTaO3単結晶基板上にLiNbO3単結晶薄膜
を格子整合させながら育成した後、導波路形成部にTiな
どでマスクし、その他の部分をドライエッチングするこ
とにより不要部を除去し、導波路を形成する方法なども
有利に適合する。 (2) 単結晶基板とLiNbO3単結晶薄膜との格子整合を図る
方法としては、酸化リチウム−五酸化バナジウム−五酸
化ニオブ−酸化ナトリウム−酸化マグネシウムからなる
溶融体中に、該LiTaO3単結晶基板を接触させることによ
り行う直接引き上げ法などが有利に適合する。
薄膜導波路の作製方法の特徴について述べる。 (1) LiTaO3単結晶基板上の単結晶薄膜導波路形成部に溝
を形成し、活性イオン種を含有するLiNbO3単結晶薄膜を
格子整合させながら形成したのち、不要部分を取り除
き、溝の中にのみLiNbO3単結晶薄膜を残して導波路を形
成する。また、LiTaO3単結晶基板上にLiNbO3単結晶薄膜
を格子整合させながら育成した後、導波路形成部にTiな
どでマスクし、その他の部分をドライエッチングするこ
とにより不要部を除去し、導波路を形成する方法なども
有利に適合する。 (2) 単結晶基板とLiNbO3単結晶薄膜との格子整合を図る
方法としては、酸化リチウム−五酸化バナジウム−五酸
化ニオブ−酸化ナトリウム−酸化マグネシウムからなる
溶融体中に、該LiTaO3単結晶基板を接触させることによ
り行う直接引き上げ法などが有利に適合する。
【００２１】(3) 次に、LiTaO3単結晶基板内または基板
上に形成したLiNbO3単結晶薄膜上に対し、周期的分極反
転層を形成する。この処理は次のような方法によって行
う。 ａ．上記LiNbO3単結晶薄膜の導波路部の＋ｃ面の所定の
領域に、周期的にMgO薄膜を形成し、 ｂ．次に、調整雰囲気中でLiNbO3単結晶のキュリー温度
よりもやや低いレベルの温度に加熱して、前記MgO をLi
NbO3単結晶薄膜中に熱拡散させ、 ｃ．そして、MgO 拡散部分のLiNbO3単結晶のキュリー温
度とMgO 未拡散部分のLiNbO3単結晶のキュリー温度との
中間温度で熱処理することにより、MgO が拡散されてい
ない部分のLiNbO3単結晶の分極を反転させた部分分極反
転部を形成し、 (4) 上述したような方法によって、LiNbO3単結晶薄膜の
導波路部の＋ｃ面に、部分分極反転領域を形成してなる
波長変換型の固体レーザ素子；即ち、ＳＨＧ素子を作製
する。
上に形成したLiNbO3単結晶薄膜上に対し、周期的分極反
転層を形成する。この処理は次のような方法によって行
う。 ａ．上記LiNbO3単結晶薄膜の導波路部の＋ｃ面の所定の
領域に、周期的にMgO薄膜を形成し、 ｂ．次に、調整雰囲気中でLiNbO3単結晶のキュリー温度
よりもやや低いレベルの温度に加熱して、前記MgO をLi
NbO3単結晶薄膜中に熱拡散させ、 ｃ．そして、MgO 拡散部分のLiNbO3単結晶のキュリー温
度とMgO 未拡散部分のLiNbO3単結晶のキュリー温度との
中間温度で熱処理することにより、MgO が拡散されてい
ない部分のLiNbO3単結晶の分極を反転させた部分分極反
転部を形成し、 (4) 上述したような方法によって、LiNbO3単結晶薄膜の
導波路部の＋ｃ面に、部分分極反転領域を形成してなる
波長変換型の固体レーザ素子；即ち、ＳＨＧ素子を作製
する。
【００２２】分極反転の方法としては、その他、(1) Li
NbO3単結晶薄膜の＋ｃ面の所定の領域に周期的にMgO 薄
膜を形成する工程、(2) 周期的に形成したMgO 薄膜を有
する上記LiNbO3単結晶薄膜を、調整雰囲気中でこの単結
晶のキュリー温度よりもやや低いレベルの温度に加熱し
て、前記MgO を該LiNbO3単結晶薄膜中に熱拡散させる工
程、(3) ついで、MgO 拡散部分のLiNbO3単結晶のキュリ
ー温度とMgO 未拡散部分のLiNbO3単結晶のキュリー温度
との中間温度で熱処理することにより、MgO が拡散され
ていない部分のみLiNbO3単結晶の分極を反転させた部分
分極反転部を形成する工程、(4) そして、上記単結晶の
部分分極反転部に、プロトン交換によって導波路を形成
する工程、などの各工程を経ることによって、LiNbO3単
結晶＋ｃ面に部分分極反転領域を有する導波路を形成し
てもよい。なお、本願のLiNbO3単結晶薄膜を厚く形成す
ることにより、バルク単結晶として扱うことができ、バ
ルク型の波長変換固体レーザ素子とすることができる。
NbO3単結晶薄膜の＋ｃ面の所定の領域に周期的にMgO 薄
膜を形成する工程、(2) 周期的に形成したMgO 薄膜を有
する上記LiNbO3単結晶薄膜を、調整雰囲気中でこの単結
晶のキュリー温度よりもやや低いレベルの温度に加熱し
て、前記MgO を該LiNbO3単結晶薄膜中に熱拡散させる工
程、(3) ついで、MgO 拡散部分のLiNbO3単結晶のキュリ
ー温度とMgO 未拡散部分のLiNbO3単結晶のキュリー温度
との中間温度で熱処理することにより、MgO が拡散され
ていない部分のみLiNbO3単結晶の分極を反転させた部分
分極反転部を形成する工程、(4) そして、上記単結晶の
部分分極反転部に、プロトン交換によって導波路を形成
する工程、などの各工程を経ることによって、LiNbO3単
結晶＋ｃ面に部分分極反転領域を有する導波路を形成し
てもよい。なお、本願のLiNbO3単結晶薄膜を厚く形成す
ることにより、バルク単結晶として扱うことができ、バ
ルク型の波長変換固体レーザ素子とすることができる。
【００２３】
【実施例】以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明す
る。 実施例１ （１）Na2CO3 16モル％、Li2CO3 34 モル％、V2O5 40
モル％、Nb2O5 10モル％、溶融体組成から析出可能なLi
NbO3の理論量に対して５モル％に当たるMgO 、６at％の
Ndを添加した混合物を白金るつぼに入れ、そのるつぼ内
混合物をエピタキシャル成長育成装置中の空気雰囲気下
で、1100℃まで加熱して溶解した。さらに、その溶融体
はプロペラを用い、100 rpm の回転速度で12時間撹拌し
た。 （２）一方、厚さ１mmのLiNbO3単結晶の（０００１）面
を光学研磨して基板１を調整した後、この単結晶基板１
を白金のホルダーに取付けた。 （３）るつぼ内の前記溶融体を、１時間当り60℃の冷却
速度で 915℃まで徐冷した後、前記単結晶基板１を915
℃で30分予備加熱して、上記溶融体中に100 rpmで回転
させながら 200分間浸漬した。この処理でのLiNbO3単結
晶薄膜の成長速度は、１μｍ／分であった。 （４）前記溶融体から単結晶薄膜が育成された基板１を
引き上げ、回転数1000rpm で30秒間、溶融体上にて余分
の溶融体を振り切った後、１℃／分の速度で室温まで徐
冷し、単結晶基板１上に200 μｍ厚のNa、Mg、Nd含有の
LiNbO3単結晶薄膜２を育成した。 （５）得られたLiNbO3単結晶薄膜２中に含有されていた
Na、Mg、Ndの量は、それぞれ１モル％，３モル％、２at
％であった。 （６）さらに、このLiNbO3単結晶薄膜２の表面を、コロ
イダルシリカによりメカノケミカルポリッシュ処理を施
した後、電子線ビームを照射し、幅１mm, 周期２μｍの
周期的分極反転層を形成した。次に、これを長さ10mm、
幅１mm、高さ１mmにカットし、両端面を研磨した。 （７）研磨した端面に、蒸着装置により、誘電体多層膜
４, ４´をコートした。このときの誘電体多層膜４, ４
´の特性は、波長 0.814μｍ、透過率0.99、波長1.08μ
ｍ、反射率0.998 であった。 （８）このようにして形成した波長変換型固体レーザ素
子に、波長 0.814μｍの半導体レーザをレンズにより結
合させたところ、出射端面より、0.54μｍの緑色レーザ
光が発振した。この時の、緑色レーザ光の出力は半導体
レーザ出力50ｍＷのとき、25ｍＷであった。また、レー
ザ発振をした状態で24時間経過後も特性に変化はみられ
なかった。
る。 実施例１ （１）Na2CO3 16モル％、Li2CO3 34 モル％、V2O5 40
モル％、Nb2O5 10モル％、溶融体組成から析出可能なLi
NbO3の理論量に対して５モル％に当たるMgO 、６at％の
Ndを添加した混合物を白金るつぼに入れ、そのるつぼ内
混合物をエピタキシャル成長育成装置中の空気雰囲気下
で、1100℃まで加熱して溶解した。さらに、その溶融体
はプロペラを用い、100 rpm の回転速度で12時間撹拌し
た。 （２）一方、厚さ１mmのLiNbO3単結晶の（０００１）面
を光学研磨して基板１を調整した後、この単結晶基板１
を白金のホルダーに取付けた。 （３）るつぼ内の前記溶融体を、１時間当り60℃の冷却
速度で 915℃まで徐冷した後、前記単結晶基板１を915
℃で30分予備加熱して、上記溶融体中に100 rpmで回転
させながら 200分間浸漬した。この処理でのLiNbO3単結
晶薄膜の成長速度は、１μｍ／分であった。 （４）前記溶融体から単結晶薄膜が育成された基板１を
引き上げ、回転数1000rpm で30秒間、溶融体上にて余分
の溶融体を振り切った後、１℃／分の速度で室温まで徐
冷し、単結晶基板１上に200 μｍ厚のNa、Mg、Nd含有の
LiNbO3単結晶薄膜２を育成した。 （５）得られたLiNbO3単結晶薄膜２中に含有されていた
Na、Mg、Ndの量は、それぞれ１モル％，３モル％、２at
％であった。 （６）さらに、このLiNbO3単結晶薄膜２の表面を、コロ
イダルシリカによりメカノケミカルポリッシュ処理を施
した後、電子線ビームを照射し、幅１mm, 周期２μｍの
周期的分極反転層を形成した。次に、これを長さ10mm、
幅１mm、高さ１mmにカットし、両端面を研磨した。 （７）研磨した端面に、蒸着装置により、誘電体多層膜
４, ４´をコートした。このときの誘電体多層膜４, ４
´の特性は、波長 0.814μｍ、透過率0.99、波長1.08μ
ｍ、反射率0.998 であった。 （８）このようにして形成した波長変換型固体レーザ素
子に、波長 0.814μｍの半導体レーザをレンズにより結
合させたところ、出射端面より、0.54μｍの緑色レーザ
光が発振した。この時の、緑色レーザ光の出力は半導体
レーザ出力50ｍＷのとき、25ｍＷであった。また、レー
ザ発振をした状態で24時間経過後も特性に変化はみられ
なかった。
【００２４】実施例２ （１）K2CO3 14モル％, Na2CO3 32 モル％、 Li2CO3 34
モル％、 B2O3 40モル％、Nb2O5 10モル％、溶融体組成
から析出可能なLiNbO3の理論量に対して２モル％に当た
るMgO 、および６at％のNdを添加した混合物を白金るつ
ぼに入れ、そのるつぼ内混合物をエピタキシャル成長育
成装置中の空気雰囲気下で、1050℃まで加熱して溶解し
た。さらに、その溶融体はプロペラを用い、100 rpm の
回転速度で12時間撹拌した。 （２）一方、厚さ１mmのLiTaO3単結晶の（０００１）面
を光学研磨して基板１を調整した後、この単結晶基板１
を白金のホルダーに取付けた。 （３）るつぼ内前記溶融体を、１時間当り60℃の冷却速
度で 850℃まで徐冷した後、前記単結晶基板１を 850℃
で30分予備加熱して上記溶融体中に 20 rpm で回転させ
ながら６分間浸漬した。この処理でのLiNbO3単結晶薄膜
の成長速度は、１μｍ／分であった。 （４）前記溶融体から単結晶薄膜が育成された基板１を
引き上げ、回転数1000rpm で30秒間溶融体上にて余分の
溶融体を振り切った後、１℃／分の速度で室温まで徐冷
し、単結晶基板１上に約６μｍ厚のNa、Mg、Nd含有のLi
NbO3単結晶薄膜２を得た。 （５）得られたLiNbO3単結晶薄膜２中に含有されていた
Na、Mg、Ndの量は、それぞれ１モル％，３モル％、２at
％であった。 （６）さらに、このLiNbO3単結晶薄膜２の表面を、メカ
ノケミカルポリッシュを施し、その厚さを 5.5μｍとし
た後、フォトリソグラフィーによりパターニングし、Ar
プラズマによりエッチングすることにより、幅10μｍ、
段差１μｍのリッジ型チャンネル導波路を形成した。そ
して、このリッジ型チャンネル導波路に電子線を照射
し、周期２μｍの分極反転層を形成し、さらにこの導波
路を、長さ10mm、幅１mmにカットし、両端面を研磨し
た。 （７）研磨した両端面に、蒸着装置により、誘電体多層
膜４, 4 ´をコートした。このときの誘電体多層膜４,
4 ´の特性は、波長 0.814μｍ、透過率0.99、波長1.08
μｍ、反射率0.998 であった。 （８）このようにして形成した波長変換型固体レーザ素
子に、波長0.814 μｍの半導体レーザをレンズにより結
合させたところ、出射端面より、0.54μｍの緑色レーザ
光が発振した。この時の緑色レーザの出力は、半導体レ
ーザ出力50ｍＷのとき20ｍＷであった。発振線の半値幅
は、0.1 ｎｍであり、レーザ発振をした状態で24時間経
過後も特性に変化はみられなかった。
モル％、 B2O3 40モル％、Nb2O5 10モル％、溶融体組成
から析出可能なLiNbO3の理論量に対して２モル％に当た
るMgO 、および６at％のNdを添加した混合物を白金るつ
ぼに入れ、そのるつぼ内混合物をエピタキシャル成長育
成装置中の空気雰囲気下で、1050℃まで加熱して溶解し
た。さらに、その溶融体はプロペラを用い、100 rpm の
回転速度で12時間撹拌した。 （２）一方、厚さ１mmのLiTaO3単結晶の（０００１）面
を光学研磨して基板１を調整した後、この単結晶基板１
を白金のホルダーに取付けた。 （３）るつぼ内前記溶融体を、１時間当り60℃の冷却速
度で 850℃まで徐冷した後、前記単結晶基板１を 850℃
で30分予備加熱して上記溶融体中に 20 rpm で回転させ
ながら６分間浸漬した。この処理でのLiNbO3単結晶薄膜
の成長速度は、１μｍ／分であった。 （４）前記溶融体から単結晶薄膜が育成された基板１を
引き上げ、回転数1000rpm で30秒間溶融体上にて余分の
溶融体を振り切った後、１℃／分の速度で室温まで徐冷
し、単結晶基板１上に約６μｍ厚のNa、Mg、Nd含有のLi
NbO3単結晶薄膜２を得た。 （５）得られたLiNbO3単結晶薄膜２中に含有されていた
Na、Mg、Ndの量は、それぞれ１モル％，３モル％、２at
％であった。 （６）さらに、このLiNbO3単結晶薄膜２の表面を、メカ
ノケミカルポリッシュを施し、その厚さを 5.5μｍとし
た後、フォトリソグラフィーによりパターニングし、Ar
プラズマによりエッチングすることにより、幅10μｍ、
段差１μｍのリッジ型チャンネル導波路を形成した。そ
して、このリッジ型チャンネル導波路に電子線を照射
し、周期２μｍの分極反転層を形成し、さらにこの導波
路を、長さ10mm、幅１mmにカットし、両端面を研磨し
た。 （７）研磨した両端面に、蒸着装置により、誘電体多層
膜４, 4 ´をコートした。このときの誘電体多層膜４,
4 ´の特性は、波長 0.814μｍ、透過率0.99、波長1.08
μｍ、反射率0.998 であった。 （８）このようにして形成した波長変換型固体レーザ素
子に、波長0.814 μｍの半導体レーザをレンズにより結
合させたところ、出射端面より、0.54μｍの緑色レーザ
光が発振した。この時の緑色レーザの出力は、半導体レ
ーザ出力50ｍＷのとき20ｍＷであった。発振線の半値幅
は、0.1 ｎｍであり、レーザ発振をした状態で24時間経
過後も特性に変化はみられなかった。
【００２５】実施例３ （１）実施例２と同様の方法によって、LiTaO3単結晶基
板１上に、約11μｍ厚のNa、Mg、Nd含有のLiNbO3単結晶
薄膜２を形成した。 （２）このLiNbO3単結晶薄膜２の表面を、メカノケミカ
ルポリッシュ処理を施し、その厚さを 5.5μｍとした
後、フォトリソグラフィーによりパターニングし、蒸着
装置によりTa層を形成したのち、リフトオフ法によっ
て、幅10μｍ、段差１μｍのリッジ型チャンネル導波路
を形成した。周期２μｍ、長さ５mmのTaマスクを形成し
た。 （３）次に、上記の工程で得た薄膜導波路につき、これ
を 260℃のピロリン酸に20分間浸漬し、プロトン交換し
た後、前記Taを除去し、560 ℃, １分間の熱処理を行
い、分極反転層を形成した。 （４）さらに、フォトリソグラフィーにより、パターニ
ングした後、Taを蒸着し、幅４μｍの窓のあいたTaマス
クを形成した。次いで、これを、260 ℃のピロリン酸に
10分間浸漬し、プロトン交換した後、Taマスクを剥離
し、チャンネル導波路を形成した。 （５）この導波路を、長さ10mm、幅１mmにカットし、両
端面を研磨した。そして、この研磨した両端面に、蒸着
装置により、誘電体多層膜４, 4 ´をコートした。この
ときの誘電体多層膜４, 4 ´の特性は、波長 0.814μｍ
の透過率＝0.99、波長1.08μｍｋ反射率＝0.998 であっ
た。 （６）このようにして形成した波長変換導波路型固体レ
ーザ素子に、波長0.814μｍの半導体レーザをレンズに
より結合させたところ、出射端面より、0.54μｍの緑色
レーザ光が発生した。この時の緑色レーザの出力は、半
導体レーザ出力50ｍＷのとき20ｍＷであった。発振線の
半値幅は、0.1 ｎｍであり、レーザ発振をした状態で24
時間経過後の特性にも全く変化はみられなかった。
板１上に、約11μｍ厚のNa、Mg、Nd含有のLiNbO3単結晶
薄膜２を形成した。 （２）このLiNbO3単結晶薄膜２の表面を、メカノケミカ
ルポリッシュ処理を施し、その厚さを 5.5μｍとした
後、フォトリソグラフィーによりパターニングし、蒸着
装置によりTa層を形成したのち、リフトオフ法によっ
て、幅10μｍ、段差１μｍのリッジ型チャンネル導波路
を形成した。周期２μｍ、長さ５mmのTaマスクを形成し
た。 （３）次に、上記の工程で得た薄膜導波路につき、これ
を 260℃のピロリン酸に20分間浸漬し、プロトン交換し
た後、前記Taを除去し、560 ℃, １分間の熱処理を行
い、分極反転層を形成した。 （４）さらに、フォトリソグラフィーにより、パターニ
ングした後、Taを蒸着し、幅４μｍの窓のあいたTaマス
クを形成した。次いで、これを、260 ℃のピロリン酸に
10分間浸漬し、プロトン交換した後、Taマスクを剥離
し、チャンネル導波路を形成した。 （５）この導波路を、長さ10mm、幅１mmにカットし、両
端面を研磨した。そして、この研磨した両端面に、蒸着
装置により、誘電体多層膜４, 4 ´をコートした。この
ときの誘電体多層膜４, 4 ´の特性は、波長 0.814μｍ
の透過率＝0.99、波長1.08μｍｋ反射率＝0.998 であっ
た。 （６）このようにして形成した波長変換導波路型固体レ
ーザ素子に、波長0.814μｍの半導体レーザをレンズに
より結合させたところ、出射端面より、0.54μｍの緑色
レーザ光が発生した。この時の緑色レーザの出力は、半
導体レーザ出力50ｍＷのとき20ｍＷであった。発振線の
半値幅は、0.1 ｎｍであり、レーザ発振をした状態で24
時間経過後の特性にも全く変化はみられなかった。
【００２６】比較例１ （１）Na2CO3 22モル％、 Li2CO3 28モル％、 V2O5 40
モル％、Nb2O5 10モル％、溶融体組成から析出可能なLi
NbO3の理論量に対して２モル％のMgO および 0.2at％の
Ndを添加した混合物を白金るつぼに入れ、そのるつぼ内
混合物をエピタキシャル成長育成装置中の空気雰囲気下
で、1100℃まで加熱して溶解した。さらに、その溶融体
はプロペラを用い、100rpmの回転速度で12時間撹拌し
た。 （２）一方、厚さ１mmのLiNbO3単結晶の（０００１）面
を光学研磨して基板１を得た後、この単結晶基板１を化
学エッチングした。これを、白金のホルダーに取付け
た。 （３）るつぼ内の前記溶融体を、１時間当り60℃の冷却
速度で 915℃まで徐冷した後、前記単結晶基板１を915
℃で30分予備加熱して前記溶融体中に100 rpm で回転さ
せながら200 分間浸漬した。この処理でのLiNbO3単結晶
薄膜２の成長速度は、１μｍ／分であった。 （４）前記溶融体から単結晶薄膜を形成した基板１を引
き上げ、回転数 1000 rpm で30秒間溶融体上にて余分の
溶融体を振り切った後、１℃／分の速度で室温まで徐冷
し、単結晶基板１上に200 μｍ厚のNa、Mg、Nd含有のLi
NbO3単結晶薄膜２を得た。 （５）得られたLiNbO3単結晶薄膜２中に含有されていた
Na、Mg、Ndの量は、それぞれ３モル％，３モル％、0.06
at％であった。 （６）さらに、このLiNbO3単結晶薄膜２の表面を、コロ
イダルシリカによりメカノケミカルポリッシュ処理した
後、長さ10mm、幅１mmにカットし、両端面を研磨した。 （７）研磨した端面に、蒸着装置により、誘電体多層膜
４, ４´をコートした。このときの誘電体多層膜４, ４
´の特性は、波長0.814 μｍの透過率＝0.99、波長1.08
μｍの反射率＝0.998 であった。 （８）このようにして形成した固体レーザ素子に、波長
0.814 μｍの半導体レーザをレンズにより結合させたと
ころ、0.54μｍの緑色レーザ光の確認はできなかった。
モル％、Nb2O5 10モル％、溶融体組成から析出可能なLi
NbO3の理論量に対して２モル％のMgO および 0.2at％の
Ndを添加した混合物を白金るつぼに入れ、そのるつぼ内
混合物をエピタキシャル成長育成装置中の空気雰囲気下
で、1100℃まで加熱して溶解した。さらに、その溶融体
はプロペラを用い、100rpmの回転速度で12時間撹拌し
た。 （２）一方、厚さ１mmのLiNbO3単結晶の（０００１）面
を光学研磨して基板１を得た後、この単結晶基板１を化
学エッチングした。これを、白金のホルダーに取付け
た。 （３）るつぼ内の前記溶融体を、１時間当り60℃の冷却
速度で 915℃まで徐冷した後、前記単結晶基板１を915
℃で30分予備加熱して前記溶融体中に100 rpm で回転さ
せながら200 分間浸漬した。この処理でのLiNbO3単結晶
薄膜２の成長速度は、１μｍ／分であった。 （４）前記溶融体から単結晶薄膜を形成した基板１を引
き上げ、回転数 1000 rpm で30秒間溶融体上にて余分の
溶融体を振り切った後、１℃／分の速度で室温まで徐冷
し、単結晶基板１上に200 μｍ厚のNa、Mg、Nd含有のLi
NbO3単結晶薄膜２を得た。 （５）得られたLiNbO3単結晶薄膜２中に含有されていた
Na、Mg、Ndの量は、それぞれ３モル％，３モル％、0.06
at％であった。 （６）さらに、このLiNbO3単結晶薄膜２の表面を、コロ
イダルシリカによりメカノケミカルポリッシュ処理した
後、長さ10mm、幅１mmにカットし、両端面を研磨した。 （７）研磨した端面に、蒸着装置により、誘電体多層膜
４, ４´をコートした。このときの誘電体多層膜４, ４
´の特性は、波長0.814 μｍの透過率＝0.99、波長1.08
μｍの反射率＝0.998 であった。 （８）このようにして形成した固体レーザ素子に、波長
0.814 μｍの半導体レーザをレンズにより結合させたと
ころ、0.54μｍの緑色レーザ光の確認はできなかった。
【００２７】比較例２ （１）寸法５×15mm程度、厚さ0.5 mmで、Ｃ軸を厚さ方
向とするLiNbO3単結晶基板１のＺ面に、フォトリソグラ
フィーによりパターニングし、Tiを厚さ100 ｎｍ程度蒸
着し、幅10μｍのTiパターンを得た。これを1050℃で12
時間熱処理し、Tiを熱拡散させ、導波路を形成した。 （２）ついで導波路の直上にNdを蒸着し、1050℃で熱拡
散した。 （３）この導波路２のを、長さ10mmにカットし、両端面
を研磨し、その端面にSiO2をコートした。 （４）このようにして形成した波長変換固体レーザ素子
に、波長0.814 μｍの半導体レーザをレンズにより結合
させたところ、出射端面より、0.54μｍの緑色レーザ光
は確認できなかった。
向とするLiNbO3単結晶基板１のＺ面に、フォトリソグラ
フィーによりパターニングし、Tiを厚さ100 ｎｍ程度蒸
着し、幅10μｍのTiパターンを得た。これを1050℃で12
時間熱処理し、Tiを熱拡散させ、導波路を形成した。 （２）ついで導波路の直上にNdを蒸着し、1050℃で熱拡
散した。 （３）この導波路２のを、長さ10mmにカットし、両端面
を研磨し、その端面にSiO2をコートした。 （４）このようにして形成した波長変換固体レーザ素子
に、波長0.814 μｍの半導体レーザをレンズにより結合
させたところ、出射端面より、0.54μｍの緑色レーザ光
は確認できなかった。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる波
長変換固体レーザ素子は、小型で、安定したコヒーレン
ト光を確実に発生させることができ、さらには、電気光
学効果、音響光学効果、非線形光学効果に優れているこ
とから集積化も可能であり、光ファイバー通信、光情報
処理、光計測システムなどの広い分野で有利に用いられ
る。
長変換固体レーザ素子は、小型で、安定したコヒーレン
ト光を確実に発生させることができ、さらには、電気光
学効果、音響光学効果、非線形光学効果に優れているこ
とから集積化も可能であり、光ファイバー通信、光情報
処理、光計測システムなどの広い分野で有利に用いられ
る。
【図１】図１(a), (b)はそれぞれ、本発明にかかる固体
レーザ素子。
レーザ素子。
【図２】図２は、本発明にかかる、反射膜付き固体レー
ザ素子の略線図。
ザ素子の略線図。
【図３】図３は、本発明にかかる、外部ミラー付き固体
レーザ素子の略線図。
レーザ素子の略線図。
１ LiNbx Ta(1-x) O3単結晶基板 ２ 活性イオン含有LiNbx Ta(1-x) O3単結晶薄膜導波路 ３ 励起光源 ４, ４´ 誘電体多層膜 ５, ５´ 反射ミラー ６, ６´ レンズ ７ 周期的分極反転構造部
Claims (2)
- 【請求項１】 LiNbx Ta(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶
基板内またはその基板上に、少なくとも１種の活性イオ
ンを含有するLiNbx Ta(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶薄
膜を形成し、かつ上記単結晶基板と上記単結晶薄膜との
格子定数を互いに整合させると共に、かかるLiNbx Ta
(1-x) O3単結晶薄膜上に周期的分極反転構造部を形成
し、そして、上記単結晶の入・出射端面にはそれぞれ、
誘電体多層膜をコーティングして共振構造を配設したこ
とを特徴とする波長変換固体レーザ素子。 - 【請求項２】 LiNbx Ta(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶
基板内またはその基板上に、少なくとも１種の活性イオ
ンを含有するLiNbx Ta(1-x) O3（０≦ｘ≦１）単結晶薄
膜を形成し、かつ上記単結晶基板と上記単結晶薄膜との
格子定数を互いに整合させると同時に、かかるLiNbx Ta
(1-x) O3単結晶薄膜上に周期的分極反転構造部を形成
し、そして、上記単結晶の入・出射の光軸上に外部ミラ
ーの組合わせからなる共振構造を配設したことを特徴と
する波長変換固体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23804293A JPH0792514A (ja) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | 波長変換固体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23804293A JPH0792514A (ja) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | 波長変換固体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0792514A true JPH0792514A (ja) | 1995-04-07 |
Family
ID=17024307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23804293A Pending JPH0792514A (ja) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | 波長変換固体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0792514A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003270467A (ja) * | 2002-01-09 | 2003-09-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光導波路デバイスの製造方法、光導波路デバイス並びに当該光導波路デバイスを用いたコヒーレント光源及び光学装置 |
| WO2004025363A1 (ja) * | 2002-09-10 | 2004-03-25 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | 波長変換モジュール |
| WO2007066747A1 (ja) * | 2005-12-09 | 2007-06-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | ファイバーレーザ |
-
1993
- 1993-09-24 JP JP23804293A patent/JPH0792514A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003270467A (ja) * | 2002-01-09 | 2003-09-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光導波路デバイスの製造方法、光導波路デバイス並びに当該光導波路デバイスを用いたコヒーレント光源及び光学装置 |
| WO2004025363A1 (ja) * | 2002-09-10 | 2004-03-25 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | 波長変換モジュール |
| US7327768B2 (en) | 2002-09-10 | 2008-02-05 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Wavelength conversion module |
| US7729395B2 (en) | 2002-09-10 | 2010-06-01 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Wavelength conversion module |
| WO2007066747A1 (ja) * | 2005-12-09 | 2007-06-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | ファイバーレーザ |
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