JPH10254000A - Nonlinear optical material having polarization inversion structure, and its production - Google Patents
Nonlinear optical material having polarization inversion structure, and its productionInfo
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- JPH10254000A JPH10254000A JP5734697A JP5734697A JPH10254000A JP H10254000 A JPH10254000 A JP H10254000A JP 5734697 A JP5734697 A JP 5734697A JP 5734697 A JP5734697 A JP 5734697A JP H10254000 A JPH10254000 A JP H10254000A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、分極反転構造を有
する非線形光学材料およびその製造方法に関し、さらに
詳しくは分極反転領域を有する面に凹凸をもつ、分極反
転構造を有する非線形光学材料およびその製造方法に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonlinear optical material having a domain-inverted structure and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a nonlinear optical material having a domain-inverted structure and having unevenness on a surface having a domain-inverted region and a method of manufacturing the same. About the method.
【0002】[0002]
【従来の技術・発明が解決しようとする課題】非線形光
学材料とは、電圧を印加すると該材料の屈折率が変化し
たり、強い電界強度のレーザー光入射により材料内部に
非線形分極を生じさせ、入射レーザー光を他の波長のレ
ーザー光に変換したりするなどの非線形光学現象を有す
る材料である。特に、波長変換分野においては従来の固
体レーザーの波長域を拡大する目的から盛んに研究され
ている。2. Description of the Related Art A nonlinear optical material is a material in which, when a voltage is applied, the refractive index of the material changes, or nonlinear polarization occurs inside the material due to the incidence of a laser beam having a strong electric field intensity. It is a material having a nonlinear optical phenomenon such as converting incident laser light into laser light of another wavelength. In particular, in the field of wavelength conversion, research has been actively conducted for the purpose of expanding the wavelength range of conventional solid-state lasers.
【0003】分極反転が可能な非線形光学材料として
は、無機非線形光学材料または有機非線形光学材料のう
ち、強誘電体結晶が用いられる。非線形光学材料を周期
的に分極反転したものは、該材料に入射および出射する
光の波長に適した周期を形成することで効率良く波長変
換することができる。ところで、分極反転構造を有する
非線形光学材料を波長変換結晶として用いる場合、分極
方向に対する厚さ(以下、「結晶厚」という)が大きい
結晶であれば、入射するレーザービーム径を大きくで
き、その結果、レーザー光密度を下げることができ、レ
ーザーによる結晶破壊を回避し、大きな出力を得ること
ができる。しかしながら、例えば非線形光学材料として
ニオブ酸リチウム等を用いて結晶厚の大きい分極反転構
造を作製する場合、外部から直流またはパルス状の高電
圧を印加する方法を用いると分極反転に要する印加電圧
も高くなり、反転構造の形状制御が困難になるばかりで
なく、電子雪崩現象による結晶破壊が発生する可能性が
高くなる。As a nonlinear optical material capable of polarization reversal, a ferroelectric crystal of an inorganic nonlinear optical material or an organic nonlinear optical material is used. A nonlinear optical material obtained by periodically inverting the polarization can efficiently convert the wavelength by forming a period suitable for the wavelength of light entering and exiting the material. By the way, when a non-linear optical material having a domain-inverted structure is used as a wavelength conversion crystal, if the crystal has a large thickness in the polarization direction (hereinafter referred to as “crystal thickness”), the diameter of the incident laser beam can be increased. In addition, the laser light density can be reduced, crystal breakage due to laser can be avoided, and a large output can be obtained. However, for example, when producing a domain-inverted structure having a large crystal thickness using lithium niobate or the like as a nonlinear optical material, the applied voltage required for domain-inverted becomes high when a method of applying a direct current or a pulsed high voltage from the outside is used. As a result, not only is it difficult to control the shape of the inversion structure, but also the possibility of crystal breakage due to the avalanche phenomenon increases.
【0004】そこで、結晶厚の大きい分極反転構造を有
する非線形光学材料を得るために、単一の分極方向を有
する非線形光学材料を、その分極方向が交互になるよう
に貼り合わせ、高温熱処理して拡散接合する方法(例え
ば、米国特許第5,355,247号、同第5,47
5,526号明細書)が提案された。しかしながら、任
意波長の波長変換結晶を得るためには、予め波長変換結
晶の厚さを決定してから作製しなければならない。従っ
て、多種の分極反転構造を有する非線形光学材料を作製
するには、多くの時間と労力を必要とするという問題が
あった。Therefore, in order to obtain a nonlinear optical material having a domain-inverted structure having a large crystal thickness, a nonlinear optical material having a single polarization direction is bonded so that the polarization directions are alternated, and subjected to a high-temperature heat treatment. Diffusion bonding methods (eg, US Pat. Nos. 5,355,247 and 5,47)
No. 5,526). However, in order to obtain a wavelength conversion crystal of an arbitrary wavelength, it is necessary to determine the thickness of the wavelength conversion crystal in advance before manufacturing. Therefore, there is a problem that much time and labor are required to produce a nonlinear optical material having various kinds of domain-inverted structures.
【0005】また、分極反転構造を有する非線形光学材
料を、両面露光器などを用いて光学顕微鏡で観察しなが
ら、同一の分極反転周期を有する他の非線形光学材料と
貼り合わせることも考えられる。しかしながら、分極反
転周期は一般に数十μm以下であり、光学顕微鏡で観察
しながら精度よく周期を合わせるには高度な技術を必要
とする。また、周期を合わせたとしても、その相互位置
を拘束する力がないため、貼り合わすまでの工程で位置
ずれを起こしやすいという問題がある。It is also conceivable to bond a nonlinear optical material having a domain-inverted structure with another nonlinear optical material having the same domain-inverted period while observing the nonlinear optical material with an optical microscope using a double-sided exposure device or the like. However, the domain inversion period is generally several tens of μm or less, and sophisticated techniques are required to accurately adjust the period while observing with an optical microscope. Further, even if the periods are adjusted, there is no force for restraining the mutual positions, so that there is a problem that a positional shift is likely to occur in a process until bonding.
【0006】本発明の目的は、結晶厚の大きい分極反転
構造を有する非線形光学材料およびそのような非線形光
学材料を容易に製造する方法を提供することである。It is an object of the present invention to provide a nonlinear optical material having a domain-inverted structure with a large crystal thickness and a method for easily manufacturing such a nonlinear optical material.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するために鋭意検討を行った結果、分極反転構造
を有する非線形光学材料の分極反転領域を有する面に凹
凸を形成させ、特に、分極反転周期に応じた凹凸が選択
的にエッチングすることにより容易に形成できることを
利用することにより、高度な技術を要せず、分極反転周
期を容易に且つ高精度に合わせることができ、容易に結
晶厚の大きい分極反転周期を有する非線形光学材料を作
製できることをはじめて発見し、本発明を完成するに到
った。Means for Solving the Problems The present inventors have made intensive studies to achieve the above object, and as a result, formed unevenness on a surface having a domain-inverted region of a nonlinear optical material having a domain-inverted structure, In particular, by utilizing the fact that the concavities and convexities according to the polarization inversion cycle can be easily formed by selectively etching, the sophisticated technique can easily and precisely adjust the polarization inversion cycle without requiring advanced technology, For the first time, the inventors have found that a nonlinear optical material having a large crystal thickness and a polarization inversion period can be easily manufactured, and have completed the present invention.
【0008】即ち、本発明は、 分極反転領域を有する面に、以下の(1)の条件を満
足する凹凸をもつ分極反転構造を有する非線形光学材
料、(1)当該凹凸が、同一周期の分極反転構造を有
し、且つ分極反転領域を有する面に凹凸をもつ他の非線
形光学材料の凹凸と互いに嵌合するような形態である。 上記記載の2つ以上の非線形光学材料が、互いにも
つ凹凸において嵌合された構造をもつ分極反転構造を有
する非線形光学材料、 上記記載の非線形光学材料と、同一周期の分極反転
構造を有し、且つ分極反転領域を有する面に凹凸をもつ
他の非線形光学材料とを、互いがもつ凹凸を介して嵌合
させることを特徴とする分極反転構造を有する非線形光
学材料の製造方法、 非線形光学材料に形成される凹凸が、エッチングまた
は機械加工により形成される上記記載の分極反転構造
を有する非線形光学材料の製造方法、 エッチングが、湿式エッチングである上記記載の分
極反転構造を有する非線形光学材料の製造方法、 非線形光学材料がニオブ酸リチウムであり、湿式エッ
チングに用いられる溶媒が、フッ酸と硝酸の混合液また
はフッ酸である上記記載の分極反転構造を有する非線
形光学材料の製造方法、 エッチングが乾式エッチングである上記記載の分極
反転構造を有する非線形光学材料の製造方法、および 機械加工が、ダイシング、噴射加工および超音波加工
からなる群より選ばれる1種の機械加工である上記記
載の分極反転構造を有する非線形光学材料の製造方法に
関する。That is, the present invention provides a nonlinear optical material having a domain-inverted structure having irregularities satisfying the following condition (1) on a surface having a domain-inverted region; This is a mode in which the unevenness of another nonlinear optical material having an inversion structure and having unevenness on the surface having the domain-inverted region is fitted to each other. Two or more nonlinear optical materials described above, a nonlinear optical material having a domain-inverted structure having a structure fitted in the unevenness with each other, the nonlinear optical material described above, having a domain-inverted structure of the same period, And a method of manufacturing a nonlinear optical material having a domain-inverted structure, wherein another nonlinear optical material having irregularities on a surface having a domain-inverted region is fitted through the irregularities of the other. A method for manufacturing a nonlinear optical material having the above-described domain-inverted structure, wherein the formed concavities and convexities are formed by etching or machining, and a method for manufacturing a nonlinear optical material having the above-described domain-inverted structure, wherein the etching is wet etching. The nonlinear optical material is lithium niobate, and the solvent used for wet etching is a mixture of hydrofluoric acid and nitric acid or hydrofluoric acid. The manufacturing method of the nonlinear optical material having the domain-inverted structure described above, the manufacturing method of the nonlinear optical material having the domain-inverted structure wherein the etching is dry etching, and the machining is performed from dicing, spraying, and ultrasonic processing. The present invention relates to a method for manufacturing a nonlinear optical material having the above-described domain-inverted structure, which is one type of machining selected from the group consisting of:
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】本発明の分極反転構造を有する非
線形光学材料の一実施態様を図1に示す。分極反転構造
を有する非線形光学材料1の分極反転領域を有する面2
に凹凸が形成されている。該凹凸は、同一周期の分極反
転構造を有し、且つ分極反転領域を有する面に凹凸をも
つ他の非線形光学材料3の凹凸と互いに嵌合するような
形態である。ここで、分極反転領域を有する面とは分極
方向が周期的に反転している部分が表出している面であ
ることを意味し、同一周期の分極反転構造を有すると
は、一方の分極反転構造を有する非線形光学材料の分極
反転領域の幅4および反転周期6(分極反転領域の幅4
と非分極反転領域の幅5を合わせたもの)と、他方の分
極反転構造を有する非線形光学材料の分極反転領域の幅
および反転周期とが同じであることを意味する。FIG. 1 shows an embodiment of a nonlinear optical material having a domain-inverted structure according to the present invention. Surface 2 having domain-inverted region of nonlinear optical material 1 having domain-inverted structure
Are formed with irregularities. The irregularities have a domain-inverted structure with the same period, and have a form in which the irregularities of another nonlinear optical material 3 having irregularities on the surface having the domain-inverted regions are fitted to each other. Here, a surface having a domain-inverted region means a surface in which a portion where the polarization direction is periodically inverted is exposed, and having a domain-inverted structure having the same period means that one of the domain-inverted structures is used. The width 4 of the domain-inverted region and the period 6 of the domain-inverted region of the nonlinear optical material having the structure (width 4 of the domain-inverted region)
And the width 5 of the non-polarization-inverted region) and the width and the reversal period of the domain-inverted region of the nonlinear optical material having the other domain-inverted structure.
【0010】非線形光学材料に形成される凹凸は、分極
反転領域を有する面にエッチングまたは機械加工等の方
法により形成することができる。エッチングによる凹凸
の形成方法は、例えば以下の通りである。図2に示す分
極反転構造を有する非線形光学材料7(例えばニオブ酸
リチウム)を、フッ酸と硝酸の混合液またはフッ酸等の
溶媒で該材料の平面および底面(以下、「分極方向に対
して直交する面」ともいう)をエッチングすることによ
り、図3に示すような1つの軸方向(図3ではZ方向)
で片方向の分極面が選択的にエッチング(以下、「選択
エッチング」ともいう)され、分極方向に対して直交す
る面が分極反転周期に応じて凹凸形状となった非線形光
学材料8となる。The unevenness formed on the nonlinear optical material can be formed on the surface having the domain-inverted region by a method such as etching or machining. The method of forming the unevenness by etching is, for example, as follows. A non-linear optical material 7 (for example, lithium niobate) having a domain-inverted structure shown in FIG. 2 is coated with a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid or a solvent such as hydrofluoric acid on the flat and bottom surfaces of the material (hereinafter referred to as By etching the “perpendicular surface”, one axial direction as shown in FIG. 3 (Z direction in FIG. 3)
Then, the one-way polarized surface is selectively etched (hereinafter also referred to as “selective etching”), and the surface orthogonal to the polarization direction becomes the non-linear optical material 8 having an uneven shape according to the polarization inversion period.
【0011】エッチングの方法としては、イオンエッチ
ング、乾式エッチングおよび湿式エッチング等が挙げら
れる。イオンエッチングとは、真空中で不活性イオンを
非線形光学材料面に衝突させ表面物質を除去し、凹凸を
形成する方法である。乾式エッチングとは、反応性ガス
(例えば、四塩化炭素ガス等)と該材料との反応により
表面物質を除去し、凹凸を形成する方法で反応性イオン
エッチングとも呼ばれる。湿式エッチングとは、非線形
光学材料を強酸等の溶媒に浸漬させ、表面物質を除去
し、凹凸を形成する方法である。なかでも、エッチング
マスクが不要であること、選択エッチングできる点から
湿式エッチングが好ましい。[0011] Examples of the etching method include ion etching, dry etching and wet etching. The ion etching is a method in which inactive ions collide with a non-linear optical material surface in a vacuum to remove surface substances and form irregularities. Dry etching is a method in which a surface substance is removed by a reaction between a reactive gas (for example, carbon tetrachloride gas or the like) and the material to form irregularities, which is also called reactive ion etching. Wet etching is a method in which a nonlinear optical material is immersed in a solvent such as a strong acid to remove surface substances and form irregularities. Among them, wet etching is preferable because an etching mask is not required and selective etching can be performed.
【0012】非線形光学材料が、例えばニオブ酸リチウ
ムの場合、湿式エッチングに使用される溶媒は、フッ酸
と硝酸の混合液またはフッ酸等の強酸が挙げられる。フ
ッ酸(HF)および硝酸(HNO3 )の混酸では、混合
割合(体積比)はHF:HNO3 =1:2が好ましい。
湿式エッチングを行う場合、非線形光学材料の表面処理
は特に行わず、単に該材料を上記溶媒に浸漬することに
より、分極反転周期に応じた凹凸を形成することができ
る。When the nonlinear optical material is, for example, lithium niobate, the solvent used for wet etching may be a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid or a strong acid such as hydrofluoric acid. In a mixed acid of hydrofluoric acid (HF) and nitric acid (HNO 3 ), the mixing ratio (volume ratio) is preferably HF: HNO 3 = 1: 2.
When wet etching is performed, surface treatment of the nonlinear optical material is not particularly performed, and irregularities corresponding to the polarization inversion cycle can be formed by simply immersing the material in the solvent.
【0013】機械加工としては、例えば、ダイシング、
噴射加工および超音波加工等が挙げられ、なかでも、凹
凸形成が容易である点からダイシングが好ましい。具体
的にダイシングとはダイシングブレード等を用いて、分
極反転構造を有する非線形光学材料の分極方向に対して
直交する面および/または分極方向に対して平行な面を
削り凹凸を形成するものである。噴射加工とは試料に砥
粒を噴きつけて任意の加工形状を得る方法であり、超音
波加工とは試料に切削工具を当てて、砥粒を流しながら
工具の形状に合わせて加工を行う方法である。As the machining, for example, dicing,
Injection processing, ultrasonic processing and the like can be mentioned, and among them, dicing is preferable because it is easy to form irregularities. More specifically, dicing refers to shaping a surface orthogonal to the polarization direction and / or a surface parallel to the polarization direction of a nonlinear optical material having a domain-inverted structure using a dicing blade or the like to form irregularities. . Injection processing is a method in which abrasive grains are sprayed on a sample to obtain an arbitrary processing shape, and ultrasonic processing is a method in which a cutting tool is applied to a sample and processing is performed according to the shape of the tool while flowing abrasive grains. It is.
【0014】上記凹凸は、同一周期の分極反転構造を有
し、且つ分極反転領域を有する面に凹凸をもつ他の非線
形光学材料の凹凸と互いに嵌合するような形態であれ
ば、その形状は特に制限されない。The shape of the above-mentioned unevenness is such that it has a domain-inverted structure having the same period and is fitted to the unevenness of another nonlinear optical material having unevenness on the surface having the domain-inverted region. There is no particular limitation.
【0015】凹凸の深さは、非線形光学材料どうしの位
置関係を固定できる拘束力があれば特に制限されない。
例えば、0.1〜100μm程度、好ましくは1〜10
0μm程度である。The depth of the unevenness is not particularly limited as long as there is a binding force capable of fixing the positional relationship between the nonlinear optical materials.
For example, about 0.1-100 μm, preferably 1-10
It is about 0 μm.
【0016】非線形光学材料に形成される凹凸は、例え
ばニオブ酸リチウムを用いる場合、湿式エッチングを用
いることにより必然的にその分極反転周期に応じて形成
される。ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等で
は、結晶軸方向としてZ軸方向に自発分極方向が一致す
る結晶構造を有する傾向にあり、自発分極方向を反転さ
せる(分極反転させる)ことにより、結晶軸の+方向と
−方向とが逆転する特徴をもっている。そこで分極反転
させると同一表面において、+Z面と−Z面(一般に結
晶軸に垂直な面)とが周期的に現れることになる。+Z
面と−Z面では原子配列が異なるため、ある特定のエッ
チング溶液を用いるとエッチング速度に差が生じて凹凸
が自ずから形成される。特にニオブ酸リチウムの場合、
Z軸を反転することでこれと直交するY軸、X軸も同様
に反転することができ、Z面のみならずY面、X面でも
選択的なエッチングが可能となりZ面ほど顕著ではない
が凹凸が形成される。したがって、敢えて新たに2つの
非線形光学材料の分極反転領域が一致するように凹凸を
形成する労力を必要としない。しかし、ダイシング等の
機械加工を行う場合、該凹凸が同一周期の分極反転構造
を有し、且つ分極反転領域を有する面に凹凸をもつ他の
非線形光学材料の凹凸と互いに嵌合する場合には、相互
の材料の反転部同士を必ず一致するように位置合わせを
行う必要がある。In the case of using lithium niobate, for example, the unevenness formed on the nonlinear optical material is necessarily formed in accordance with the polarization inversion cycle by using wet etching. Lithium niobate, lithium tantalate, and the like tend to have a crystal structure in which the spontaneous polarization direction coincides with the Z-axis direction as the crystal axis direction. It has the feature that the direction and the-direction are reversed. Therefore, when the polarization is reversed, a + Z plane and a -Z plane (a plane generally perpendicular to the crystal axis) appear periodically on the same surface. + Z
Since the atomic arrangement is different between the surface and the -Z surface, if a specific etching solution is used, a difference occurs in the etching rate, and irregularities are naturally formed. Especially for lithium niobate,
By inverting the Z-axis, the Y-axis and the X-axis, which are orthogonal to the Z-axis, can also be inverted in the same manner, and selective etching can be performed not only on the Z-plane but also on the Y-plane and the X-plane. Irregularities are formed. Therefore, there is no need to labor for forming irregularities so that the domain-inverted regions of the two nonlinear optical materials newly coincide with each other. However, when performing machining such as dicing, when the irregularities have a domain-inverted structure of the same period, and are fitted with the irregularities of another nonlinear optical material having irregularities on a surface having a domain-inverted region. In addition, it is necessary to align the inverted portions of the materials so that they always coincide with each other.
【0017】上記凹凸をもつ2つ以上の分極反転構造を
有する非線形光学材料を、該材料の分極方向に対して直
交する面の凹凸を介して嵌合させることにより、該凹凸
において嵌合された構造をもつ分極反転構造を有する非
線形光学材料が得られる。また、該材料の正面および背
面(以下、「分極方向に対して平行な面」ともいう)に
凹凸を形成し、分極方向に対して平行な面の凹凸および
/または分極方向に対して直交する面の凹凸を介して嵌
合させることにより、該凹凸において嵌合された構造を
もつ分極反転構造を有する非線形光学材料が得られる。
分極方向に対して平行な面に凹凸を形成する方法は、上
記した分極方向に対して直交する面に凹凸を形成する方
法と同様である。図4は該材料の分極方向に対して直交
する面の凹凸を利用して、嵌合された構造をもつ分極反
転構造を有する非線形光学材料を、図5は該材料の分極
方向に対して平行な面の凹凸および分極方向に対して直
交する面の凹凸を利用して、嵌合された構造をもつ分極
反転構造を有する非線形光学材料を示している。The non-linear optical material having two or more domain-inverted structures having the irregularities is fitted through the irregularities on the surface orthogonal to the polarization direction of the material, so that the non-linear optical materials are fitted in the irregularities. A nonlinear optical material having a domain-inverted structure having a structure can be obtained. Further, irregularities are formed on the front surface and the rear surface (hereinafter, also referred to as “plane parallel to the polarization direction”) of the material, and the irregularities on the surface parallel to the polarization direction and / or orthogonal to the polarization direction. The non-linear optical material having the domain-inverted structure having the structure fitted in the unevenness can be obtained by fitting through the unevenness of the surface.
The method of forming irregularities on a plane parallel to the polarization direction is the same as the method of forming irregularities on a plane perpendicular to the polarization direction described above. FIG. 4 shows a nonlinear optical material having a domain-inverted structure having a fitted structure using unevenness of a surface orthogonal to the polarization direction of the material, and FIG. 3 shows a nonlinear optical material having a domain-inverted structure having a fitted structure by utilizing unevenness of a flat surface and unevenness of a surface orthogonal to a polarization direction.
【0018】図5における嵌合された構造をもつ分極反
転構造を有する非線形光学材料を製造するには、まず該
材料の分極方向に対して平行な面および分極方向に対し
て直交する面に凹凸を形成することが必要であり、この
4面に凹凸を有する材料を嵌合させることにより得られ
る。分極反転構造を有する非線形光学材料の4面に凹凸
を形成するには、フッ酸と硝酸の混合液およびフッ酸等
の溶媒に該材料全体を浸漬すればよい。In order to manufacture a nonlinear optical material having a domain-inverted structure having a fitted structure as shown in FIG. 5, first, irregularities are formed on a plane parallel to the polarization direction of the material and a plane perpendicular to the polarization direction. It is necessary to form a material having irregularities on the four surfaces. In order to form irregularities on the four surfaces of the nonlinear optical material having a domain-inverted structure, the entire material may be immersed in a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid and a solvent such as hydrofluoric acid.
【0019】嵌合された構造をもつ分極反転構造を有す
る非線形光学材料の製造方法としては、例えば、分極反
転領域を有する面に上記の凹凸をもつ2つの分極反転構
造を有する非線形光学材料を嵌合する場合を例とする
と、一方の非線形光学材料の凹凸と他方の非線形光学材
料の凹凸とが互いにかみ合うように嵌合させた後、加圧
圧着する方法、加圧した後、非線形光学材料のキューリ
ー点以下の温度で拡散接合させる方法および非線形光学
材料と同程度の屈折率をもつ接着剤で該材料どうしの界
面を接着させる方法等により得られる。嵌合された構造
をもつ分極反転構造を有する非線形光学材料の厚さは、
1mm以上、好ましくは1〜20mm程度である。As a method of manufacturing a nonlinear optical material having a domain-inverted structure having a fitted structure, for example, a nonlinear optical material having two domain-inverted structures having the above-mentioned unevenness on a surface having a domain-inverted region is fitted. As an example, a method in which the unevenness of one nonlinear optical material and the unevenness of the other nonlinear optical material are engaged with each other so as to engage with each other, and then a method of pressing and pressurizing. It can be obtained by a method such as diffusion bonding at a temperature equal to or lower than the Curie point, a method of bonding the interface between materials with an adhesive having a refractive index similar to that of the nonlinear optical material, or the like. The thickness of the nonlinear optical material having the domain-inverted structure with the fitted structure is
It is 1 mm or more, preferably about 1 to 20 mm.
【0020】本発明で使用される非線形光学材料として
は、LiTaO3 (LT)、LiNbO3 (LN)、K
TiOPO4 (KTP)、LiNbP4 O12(LN
P)、KNbO3 (KN)、BaNaNb5 O15(BN
N)、KTiOAsO4 (KTA)、β−BaB2 O4
(BBO)、LiB3 O7 (LBO)およびKH2 PO
4(KDP)などの無機非線形光学材料、およびメタニ
トロアニリン(mNA)、2−メチル−4−ニトロアニ
リン(MNA)、4−ブロモ−4’−メトキシカルコン
(カルコン)、ジシアノビニルアニソール、3,5−ジ
メチル−1−(4−ニトロフェニル)ピラゾール(DM
NP)、N−メトキシメチル−4−ニトロアニリン(M
MNA)、4’−ニトロベンジリデン−3−アセタミノ
−4−メトキシアニリン(MNBA)、L−アルギニン
フォスフェート・1水和物(LAP)、2−アダマンチ
ルアミノ−5−ニトロピリジン(AANP)およびポー
ルドポリマーなどの有機非線形光学材料が挙げられる。The nonlinear optical materials used in the present invention include LiTaO 3 (LT), LiNbO 3 (LN), K
TiOPO 4 (KTP), LiNbP 4 O 12 (LN
P), KNbO 3 (KN), BaNaNb 5 O 15 (BN
N), KTiOAsO 4 (KTA), β-BaB 2 O 4
(BBO), LiB 3 O 7 (LBO) and KH 2 PO
4 Inorganic nonlinear optical materials such as (KDP), metanitroaniline (mNA), 2-methyl-4-nitroaniline (MNA), 4-bromo-4′-methoxychalcone (chalcone), dicyanovinylanisole, 5-dimethyl-1- (4-nitrophenyl) pyrazole (DM
NP), N-methoxymethyl-4-nitroaniline (M
MNA), 4'-nitrobenzylidene-3-acetamino-4-methoxyaniline (MNBA), L-arginine phosphate monohydrate (LAP), 2-adamantylamino-5-nitropyridine (AANP) and Pauld An organic nonlinear optical material such as a polymer may be used.
【0021】上記無機非線形光学材料としては、分極反
転形状が分極反転領域全面で均一であり、結晶基板の裏
面まで形状が維持される点および材料特性が良く(非線
形光学定数が大きい)、製品の波長変換効率が高い点か
ら、LT、LNおよびKTPを使用することが好まし
い。As the inorganic nonlinear optical material, the domain-inverted shape is uniform over the entire domain-inverted region, the shape is maintained up to the back surface of the crystal substrate, and the material properties are good (the nonlinear optical constant is large). It is preferable to use LT, LN and KTP from the viewpoint of high wavelength conversion efficiency.
【0022】上記有機非線形光学材料としては、材料特
性が良く(非線形光学定数が大きい)点から、MNB
A、MNAおよびカルコンを使用することが好ましい。As the organic nonlinear optical material, MNB is preferred because of its good material properties (large nonlinear optical constant).
It is preferred to use A, MNA and chalcone.
【0023】無機非線形光学材料の製造方法は、特に制
限はないが、例えばLiNbO3 単結晶を例にすれば、
Li2 OおよびNb2 O5 の融液に、LiNbO3 結晶
の種を接触させ、その種をゆっくり引き上げることによ
って、種を核にLiNbO3を単結晶成長させる溶融引
き上げ法などが挙げられる。The method for producing the inorganic nonlinear optical material is not particularly limited. For example, in the case of LiNbO 3 single crystal,
A melt pulling method in which a seed of LiNbO 3 crystal is brought into contact with a melt of Li 2 O and Nb 2 O 5 and the seed is slowly pulled up to grow LiNbO 3 as a single crystal using the seed as a nucleus.
【0024】有機非線形光学材料の製造方法は、結晶組
成の融液から引き上げ結晶を成長させる溶融法および有
機物を融点以上に加熱し、ゆっくり降温して結晶成長さ
せる融液法などがある。例えば、AANPは、窒素ガス
とAANP粉末とをガラスアンプルに封じ込め、炉中で
AANPの融点以上に加熱した後、温度を降下させて結
晶育成する融液法などで製造できる。The method for producing an organic nonlinear optical material includes a melting method in which a crystal is grown from a melt having a crystal composition and a melt method in which an organic substance is heated to a temperature equal to or higher than the melting point and then slowly cooled to grow the crystal. For example, AANP can be produced by a melt method in which nitrogen gas and AANP powder are sealed in a glass ampule, heated to a temperature equal to or higher than the melting point of AANP in a furnace, and then the temperature is lowered to grow crystals.
【0025】本発明で使用される非線形光学材料には不
純物が含まれてもよい。無機非線形光学材料に含まれう
る不純物としては、希土類元素、金属酸化物および金属
元素などが挙げられる。有機非線形光学材料に含まれう
る不純物としては、有機色素などが挙げられる。また、
製品の要求される特性に応じて、不純物を非線形光学材
料にドーピングしてもよい。The nonlinear optical material used in the present invention may contain impurities. Impurities that can be included in the inorganic nonlinear optical material include rare earth elements, metal oxides, metal elements, and the like. Examples of impurities that can be contained in the organic nonlinear optical material include organic dyes. Also,
Impurities may be doped into the nonlinear optical material depending on the required characteristics of the product.
【0026】希土類元素としては、スカンジウム、イッ
トリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジ
ム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリ
ニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エ
ルビウム、ツリウムおよびルテチウムなどが挙げられ
る。金属酸化物としては、酸化マグネシウムなどが挙げ
られる。金属元素としては、鉄、ニッケル、クロム、コ
バルト、アルミニウム、チタンおよび亜鉛などが挙げら
れる。Examples of the rare earth elements include scandium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, lutetium and the like. Examples of the metal oxide include magnesium oxide. Examples of the metal element include iron, nickel, chromium, cobalt, aluminum, titanium and zinc.
【0027】非線形光学材料に不純物をドーピングする
方法は、自体既知の方法で行われ、例えば、無機非線形
光学材料の場合はその育成時に同時に行う、または結晶
表面にドーピング材料を堆積して、熱処理を行って結晶
内部に拡散させる方法などが挙げられる。有機非線形光
学材料の場合はその育成時に同時に行う、または材料表
面より拡散させる方法などが挙げられる。The method of doping the nonlinear optical material with impurities is performed by a method known per se. For example, in the case of an inorganic nonlinear optical material, it is performed simultaneously with its growth, or a heat treatment is performed by depositing a doping material on the crystal surface. And diffusing it inside the crystal. In the case of an organic non-linear optical material, a method of performing the same at the time of its growth or a method of diffusing it from the surface of the material may be used.
【0028】分極反転構造を有する非線形光学材料の製
造方法は、以下の通りである。非線形光学材料、該材料
のひとつの表面に間隔をおいて設けられた絶縁膜および
該材料の表面および絶縁膜を覆う導電膜よりなる非線形
光学材料構造物に、電解液を介して電圧が印加すると、
絶縁膜の分圧分だけ非線形光学材料にかかる電圧が小さ
くなり、絶縁膜のない部分だけに選択的に分極反転が起
こる。このようにして非線形光学材料の分極反転領域と
非分極反転領域がある間隔で配置されている非線形光学
材料が得られる。A method for manufacturing a nonlinear optical material having a domain-inverted structure is as follows. When a voltage is applied via an electrolytic solution to a nonlinear optical material structure including a nonlinear optical material, an insulating film provided on one surface of the material at an interval, and a conductive film covering the surface of the material and the insulating film. ,
The voltage applied to the nonlinear optical material is reduced by the partial pressure of the insulating film, and polarization inversion occurs selectively only in the portion without the insulating film. In this way, a nonlinear optical material in which the domain-inverted region and the non-domain-inverted region of the nonlinear optical material are arranged at a certain interval is obtained.
【0029】分極反転領域と非分極反転領域の幅は、製
品の特性によって任意に設計され、通常は1〜100μ
m程度である。分極反転領域の幅と非分極反転領域の幅
は、同一または異なってもよいが、分極反転領域と非分
極反転領域との比率が1:1であるものが好ましい。The width of the domain-inverted region and the non-domain-inverted region is arbitrarily designed according to the characteristics of the product, and is usually 1 to 100 μm.
m. The width of the domain-inverted region and the width of the non-domain-inverted region may be the same or different, but it is preferable that the ratio between the domain-inverted region and the non-domain-inverted region is 1: 1.
【0030】[0030]
【実施例】実施例および比較例を以下に示すが、本発明
はこれによって限定されるものではない。 実施例1 フッ酸(50モル%)および硝酸(60モル%)を1対
2の割合(体積比)で混合し、60℃で、分極反転構造
を有するLiNbO3 結晶(反転比50%、分極反転領
域の幅:非分極反転領域の幅=1:1)のZ面を2分間
浸漬した結果、分極反転周期に対応した凹凸が、深さ
0.03μmで得られた。得られた凹凸を有する分極反
転構造を有するLiNbO3 結晶を2個張り合わせた
後、500℃の熱処理炉中で接合することにより、厚さ
1000μmの分極反転構造を有するLiNbO3 結晶
が得られた。EXAMPLES Examples and comparative examples are shown below, but the present invention is not limited by these examples. Example 1 A mixture of hydrofluoric acid (50 mol%) and nitric acid (60 mol%) in a ratio of 1 to 2 (volume ratio) was used. At 60 ° C., a LiNbO 3 crystal having a domain-inverted structure (inversion ratio of 50%, polarization) As a result of immersing the Z plane (width of the inversion region: width of the non-polarization inversion region = 1: 1) for 2 minutes, unevenness corresponding to the polarization inversion cycle was obtained at a depth of 0.03 μm. After bonding two obtained LiNbO 3 crystals having a domain-inverted structure having irregularities, they were joined in a heat treatment furnace at 500 ° C. to obtain a 1000 μm-thick LiNbO 3 crystal having a domain-inverted structure.
【0031】実施例2 分極反転構造を有するLiNbO3 結晶上に、精密ダイ
シングソー(商品名:DAD2SP−67、ディスコ社
製)を用いて、レジンダイヤモンドブレードにより、溝
幅300μm、深さ50μm、周期300μmの間隔で
凹凸を形成した結果、分極反転周期に対応した凹凸が、
深さ10μmで得られた。得られた凹凸を有する分極反
転構造を有するLiNbO3 結晶2個を光硬化型接着剤
で貼り合わせ、厚さ1000μmの分極反転構造を有す
るLiNbO3 結晶が得られた。Example 2 On a LiNbO 3 crystal having a domain-inverted structure, a precision dicing saw (trade name: DAD2SP-67, manufactured by Disco Corporation) was used, with a resin diamond blade, a groove width of 300 μm, a depth of 50 μm, and a period. As a result of forming irregularities at intervals of 300 μm, irregularities corresponding to the polarization inversion cycle
Obtained at a depth of 10 μm. Two obtained LiNbO 3 crystals having a domain-inverted structure having irregularities were bonded together with a photocurable adhesive to obtain a 1000 μm-thick LiNbO 3 crystal having a domain-inverted structure.
【0032】[0032]
【発明の効果】本発明の分極反転構造を有する非線形光
学材料は、分極反転領域を有する面に凹凸をもつので、
該材料と容易に且つ高精度に、同一周期の分極反転構造
を有し、且つ分極反転領域を有する面に凹凸をもつ他の
非線形光学材料と互いに嵌合でき、分極反転周期を合わ
せることができる。従って、結晶厚の大きい分極反転構
造を有する非線形光学材料を、高度な技術を要せず、容
易に且つ高精度に得ることができる。したがって、結晶
厚の大きい分極反転構造を有する非線形光学材料を波長
変換結晶として用いれば入射レーザービーム径が大きく
でき、その結果、レーザー光密度を下げることができ、
レーザーによる結晶破壊を防ぎ、高出力化することがで
きる。The nonlinear optical material having the domain-inverted structure of the present invention has irregularities on the surface having the domain-inverted region.
This material can be easily and precisely fitted with another nonlinear optical material having a domain-inverted structure of the same period and having unevenness on the surface having the domain-inverted region, and matching the domain-inverted period. . Therefore, a non-linear optical material having a domain-inverted structure with a large crystal thickness can be obtained easily and with high precision without requiring advanced technology. Therefore, if a non-linear optical material having a domain-inverted structure with a large crystal thickness is used as the wavelength conversion crystal, the incident laser beam diameter can be increased, and as a result, the laser light density can be reduced,
Crystal breakage by laser can be prevented, and high output can be achieved.
【図1】本発明の分極反転構造を有する非線形光学材料
の一実施形態を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of a nonlinear optical material having a domain-inverted structure of the present invention.
【図2】凹凸が形成されていない分極反転構造を有する
非線形光学材料を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a nonlinear optical material having a domain-inverted structure in which no irregularities are formed.
【図3】1つの軸方向で片方向の分極面が選択的にエッ
チングされた分極反転構造を有する非線形光学材料を示
す図である。FIG. 3 is a diagram showing a nonlinear optical material having a domain-inverted structure in which a polarization plane in one direction in one axial direction is selectively etched.
【図4】分極反転構造を有する非線形光学材料の分極方
向に対して直交する面の凹凸を介して、嵌合された構造
を有する分極反転構造を有する非線形光学材料を示す図
である。FIG. 4 is a diagram illustrating a nonlinear optical material having a domain-inverted structure having a fitted structure via unevenness on a surface orthogonal to the polarization direction of the nonlinear optical material having a domain-inverted structure.
【図5】分極反転構造を有する非線形光学材料の分極方
向に対して平行な面の凹凸を介して、嵌合された構造を
有する分極反転構造を有する非線形光学材料を示す図で
ある。FIG. 5 is a diagram showing a nonlinear optical material having a domain-inverted structure having a fitted structure via unevenness of a surface parallel to the polarization direction of the nonlinear optical material having a domain-inverted structure.
1 分極反転構造を有する非線形光学材料 2 分極反転領域を有する面 3 分極反転領域を有する面に凹凸をもつ分極反転構造
を有する非線形光学材料 4 分極反転領域の幅 5 非分極反転領域の幅 6 非線形光学材料の分極反転周期 7 凹凸の形成されていない分極反転構造を有する非線
形光学材料 8 分極反転領域を有する面に凹凸をもつ分極反転構造
を有する非線形光学材料REFERENCE SIGNS LIST 1 Nonlinear optical material having domain-inverted structure 2 Surface having domain-inverted region 3 Nonlinear optical material having domain-inverted structure having unevenness on surface having domain-inverted region 4 Width of domain-inverted region 5 Width of non-domain-inverted region 6 Nonlinear Polarization reversal period of optical material 7 Non-linear optical material having domain-inverted structure without unevenness 8 Non-linear optical material having domain-inverted structure with unevenness on surface having domain-inverted region
Claims (8)
(1)の条件を満足する凹凸をもつ分極反転構造を有す
る非線形光学材料。(1)当該凹凸が、同一周期の分極
反転構造を有し、且つ分極反転領域を有する面に凹凸を
もつ他の非線形光学材料の凹凸と互いに嵌合するような
形態である。1. A nonlinear optical material having a domain-inverted structure having irregularities satisfying the following condition (1) on a surface having a domain-inverted region. (1) A configuration in which the irregularities have a domain-inverted structure of the same period and are fitted to the irregularities of another nonlinear optical material having irregularities on the surface having the domain-inverted region.
料が、互いにもつ凹凸において嵌合された構造をもつ分
極反転構造を有する非線形光学材料。2. A nonlinear optical material having a domain-inverted structure in which two or more nonlinear optical materials according to claim 1 have a structure fitted to each other with unevenness.
周期の分極反転構造を有し、且つ分極反転領域を有する
面に凹凸をもつ他の非線形光学材料とを、互いがもつ凹
凸を介して嵌合させることを特徴とする分極反転構造を
有する非線形光学材料の製造方法。3. The non-linear optical material according to claim 1, and another non-linear optical material having a domain-inverted structure having the same period and having irregularities on a surface having a domain-inverted region through irregularities formed by each other. A method for manufacturing a nonlinear optical material having a domain-inverted structure, wherein
ッチングまたは機械加工により形成される請求項3記載
の分極反転構造を有する非線形光学材料の製造方法。4. The method for manufacturing a nonlinear optical material having a domain-inverted structure according to claim 3, wherein the irregularities formed on the nonlinear optical material are formed by etching or machining.
求項4記載の分極反転構造を有する非線形光学材料の製
造方法。5. The method for manufacturing a nonlinear optical material having a domain-inverted structure according to claim 4, wherein the etching is wet etching.
り、湿式エッチングに用いられる溶媒が、フッ酸と硝酸
の混合液またはフッ酸である請求項5記載の分極反転構
造を有する非線形光学材料の製造方法。6. The production of a nonlinear optical material having a domain-inverted structure according to claim 5, wherein the nonlinear optical material is lithium niobate, and the solvent used for wet etching is a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid or hydrofluoric acid. Method.
求項4記載の分極反転構造を有する非線形光学材料の製
造方法。7. The method for manufacturing a nonlinear optical material having a domain-inverted structure according to claim 4, wherein the etching is dry etching.
び超音波加工からなる群より選ばれる1種の機械加工で
ある請求項4記載の分極反転構造を有する非線形光学材
料の製造方法。8. The method for manufacturing a nonlinear optical material having a domain-inverted structure according to claim 4, wherein the machining is one kind of machining selected from the group consisting of dicing, injection machining, and ultrasonic machining.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5734697A JPH10254000A (en) | 1997-03-12 | 1997-03-12 | Nonlinear optical material having polarization inversion structure, and its production |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5734697A JPH10254000A (en) | 1997-03-12 | 1997-03-12 | Nonlinear optical material having polarization inversion structure, and its production |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10254000A true JPH10254000A (en) | 1998-09-25 |
Family
ID=13053022
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP5734697A Pending JPH10254000A (en) | 1997-03-12 | 1997-03-12 | Nonlinear optical material having polarization inversion structure, and its production |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10254000A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010039297A (en) * | 2008-08-06 | 2010-02-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Method of manufacturing wavelength converter and wavelength converter |
WO2011045893A1 (en) * | 2009-10-16 | 2011-04-21 | パナソニック株式会社 | Method for manufacturing optical element |
-
1997
- 1997-03-12 JP JP5734697A patent/JPH10254000A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN102483555A (en) * | 2009-10-16 | 2012-05-30 | 松下电器产业株式会社 | Method for manufacturing optical element |
US20120152892A1 (en) * | 2009-10-16 | 2012-06-21 | Panasonic Corporation | Method for manufacturing optical element |
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