JPH1048679A - 非線形光学結晶ファイバ及びその製法並びにこれを用いた光学デバイス - Google Patents

非線形光学結晶ファイバ及びその製法並びにこれを用いた光学デバイス

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JPH1048679A
JPH1048679A JP20836696A JP20836696A JPH1048679A JP H1048679 A JPH1048679 A JP H1048679A JP 20836696 A JP20836696 A JP 20836696A JP 20836696 A JP20836696 A JP 20836696A JP H1048679 A JPH1048679 A JP H1048679A
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fiber
crystal
nonlinear optical
optical crystal
crystal fiber
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JP20836696A
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Masakuni Takahashi
正訓 高橋
Ryuichi Komatsu
▲隆▼一 小松
Tamotsu Sugawara
保 菅原
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Mitsubishi Materials Corp
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Mitsubishi Materials Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ光の高効率の波長変換とエキシマレー
ザに相当するような短波長変換が可能で、所望の波長の
レーザ光を極めて高出力でかつ良好なコヒーレンスで得
られる非線形光学結晶ファイバを比較的速く高品質に製
造する。 【解決手段】 このファイバ10はアスペクト比が20
〜1000、直径が50μm〜1mm、又は長さが1〜
200mmである四ほう酸リチウム単結晶からなる。転
位密度が103個/cm2以下であることが好ましい。フ
ァイバは先端に種結晶11を設けた引出し用駆動軸12
を用いてルツボ13の一部に設けられた引出し口13a
よりルツボ内の原料融液14を引出しつつ種結晶直上の
温度勾配を100℃/100μm〜200℃/100μ
mにして育成される。融液14と結晶10aとの界面か
ら5mm下における結晶中の温度勾配を15〜35℃/
mmとし、4.8〜6.0mm/時の速度で育成するこ
とが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は四ほう酸リチウム単
結晶(Li247)からなる非線形光学結晶ファイバ
及びその製造方法、並びにこのファイバを用いたレーザ
波長変換用光学デバイスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より四ほう酸リチウム単結晶は、主
として表面波(SAW:Surface Acoustic Wave)フィ
ルタの基板材料として用いられてきた。そのため大きな
バルク結晶を必要とし、育成方法にはチョクラルスキー
法やブリッジマン法が採用されてきた。また各種のデバ
イスとして使用する際には、得られたバルク状の四ほう
酸リチウム単結晶をデバイスの特徴に応じて所定の方
位、形状及び大きさに切断加工していた。一方、四ほう
酸リチウム単結晶は透明領域が広く、レーザ損傷しきい
値がベータ型ほう酸バリウム単結晶などの他の非線形光
学結晶体と比べて抜群に高く、そのため高い強度で第2
高調波(SHG)や和周波数(SFG)などのレーザ波
長変換を行うことができ、かつエキシマレーザに相当す
るような短波長のレーザ波長変換が可能である。このレ
ーザ波長変換を行う非線形光学結晶体として、ファイバ
の形態があり、これまでこの種の非線形光学結晶ファイ
バを育成するためのレーザペデスタル法やマイクロチョ
クラルスキー法が提案されてきている(例えば、特開昭
62−182188、特開平4−280891)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、四ほう酸リチ
ウムは、溶融体として融点近傍で保持しておくと構成元
素の蒸発が起こりやすくなる特徴があり、また融点以下
の過冷却状態にすると粘度が高くなるため、従来の単結
晶ファイバの育成条件で育成した場合に数百μmの直径
に結晶を細径化することが困難であった。更に育成の際
に、上記特徴に起因してメルト切れ、結晶表面の性状の
乱れを生じて、1mm以上の長さで103個/cm2以下
の転位密度の四ほう酸リチウム単結晶ファイバを育成す
ることができなかった。
【0004】本発明の目的は、レーザ光の高効率の波長
変換とエキシマレーザに相当するような短波長変換を行
うことができ、可視光から紫外光領域に至る所望の波長
のレーザ光を極めて高い出力でかつ良好なコヒーレンス
で得る非線形光学結晶ファイバ及びこのファイバを用い
た光学デバイスを提供することにある。本発明の別の目
的は、上記非線形光学結晶ファイバを比較的速く所望の
方位に高品質に製造する非線形光学結晶ファイバの製法
を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
図1に示すように、アスペクト比が20〜1000の範
囲にある四ほう酸リチウム単結晶からなる非線形光学結
晶ファイバ10である。請求項2に係る発明は、直径が
50μm〜1mmの範囲にある四ほう酸リチウム単結晶
からなる非線形光学結晶ファイバである。請求項3に係
る発明は、長さが1〜200mmの範囲にある四ほう酸
リチウム単結晶からなる非線形光学結晶ファイバであ
る。請求項4に係る発明は、請求項1ないし3いずれか
に係る発明であって、転位密度が103個/cm2以下で
ある非線形光学結晶ファイバである。
【0006】非線形光学結晶ファイバを上記形状、寸
法、転位密度の四ほう酸リチウム単結晶で構成すること
により、結晶欠陥の少ない、レーザ光の波長変換に適し
た非線形光学結晶ファイバが得られる。アスペクト比は
ファイバ長さをファイバ直径で除した値であって、この
アスペクト比は光学デバイスの種類、サイズ等に応じて
上記範囲から選ばれる。好ましくはアスペクト比は50
である。製造上の理由から50μm未満の直径にし、か
つ1mmを越える直径にすることは困難である。長さが
1mm未満では波長変換の相互作用を十分に行うことが
困難であり、製造上の理由から200mmを越える長さ
にすることは困難である。また転位密度は103個/c
2を越えるとレーザ波長変換に悪影響を及ぼす恐れが
ある。
【0007】請求項5に係る発明は、図1に示すよう
に、先端に種結晶11を設けた引出し用駆動軸12を用
いてルツボ13の一部に設けられた引出し口13aより
ルツボ内の原料融液14を引出しつつ非線形光学結晶フ
ァイバ10を育成する方法において、種結晶11の直上
の温度勾配を100℃/100μm〜200℃/100
μmにして育成することを特徴とする非線形光学結晶フ
ァイバの製法である。請求項6に係る発明は、請求項5
に係る発明であって、融液14と結晶10aとの界面か
ら5mm下における結晶中の温度勾配を15〜35℃/
mmにして育成する非線形光学結晶ファイバの製法であ
る。請求項7に係る発明は、請求項5又は6に係る発明
であって、育成速度が4.8〜6.0mm/時である非
線形光学結晶ファイバの製法である。
【0008】上記条件で非線形光学結晶ファイバを育成
することにより、バルク結晶のような大きな結晶を加工
することなく、結晶欠陥の少ない、レーザ光の波長変換
に適した形状及び方位を有する非線形光学結晶ファイバ
が得られる。種結晶11の直上の温度勾配及び融液14
と結晶10aとの界面から5mm下における結晶中の温
度勾配、並びに育成速度をそれぞれ上記範囲外にする
と、ファイバ状の四ほう酸リチウム単結晶とならない。
また育成速度を4.8mm/時未満にすると従来のチョ
クラルスキー法やブリッジマン法と変わらず生産性が低
下する。
【0009】請求項8に係る発明は、請求項1ないし4
いずれか記載の非線形光学結晶ファイバ10の周囲が硬
化性樹脂16により保護されてガラス体17に被覆さ
れ、このファイバ10の一端面よりレーザ光を入射して
ファイバ10の他端面より波長変換したレーザ光を出力
するように構成されたレーザ波長変換用光学デバイス2
0である。非線形光学結晶ファイバ10は硬化性樹脂1
6で保護され、ガラス体17で被覆されるため、形態が
安定して耐久性が増大し、そのレーザ波長変換機能が長
期間の使用によっても変化しない。
【0010】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。図1に示す装置を用いて四ほう酸リ
チウム単結晶からなる非線形光学結晶ファイバ10を育
成した。この育成装置は底部中央に引出し口13aが形
成された通電加熱式の白金ルツボ13を備える。引出し
口13から僅かに離れた下方には先端に種結晶11を設
けた引出し用駆動軸12を鉛直方向に配置しておく。種
結晶11の結晶方位は特に限定されないが、<100
>、<110>、<101>、<001>の方位に切り
出されたものがファイバ10の位相整合角を決め易く好
ましい。ルツボ13内に四ほう酸リチウムの多結晶体を
充填してルツボに通電し、多結晶体を融解する。この融
解により引出し口13から融液が滲み出して種結晶11
の上端に付着する。駆動軸12を引下げて種結晶11を
降下させるとファイバ10が育成される。育成されたフ
ァイバ10は、図2に示すように、直線状態でエポキシ
樹脂等の熱硬化性樹脂、或いは紫外線硬化樹脂等の硬化
性樹脂16で半周が保護された後、石英、ソーダガラス
等のガラスからなるガラス体17に被覆される。図2に
示す光学デバイスでは、ガラス体17は直方体であっ
て、ファイバ10及び硬化性樹脂16はガラス体17の
表面に固定される。また図3に示すように、育成された
ファイバ10の全周囲を硬化性樹脂16で被包した後、
ガラス体17で被包して円柱状の光学デバイスとするこ
ともできる。
【0011】
【実施例】次の本発明の実施例を説明する。図1に示し
た非線形光学結晶ファイバの育成装置を用いて四ほう酸
リチウム単結晶ファイバ10を育成した。所定のモル比
の純度99.99%の四ほう酸リチウム多結晶体0.6
gを容積0.14ccの白金ルツボ13に充填した後、
ルツボ13に通電して多結晶体を加熱融解した。ルツボ
13底部の引出し口13aから融液が滲み出て、予め引
出し用駆動軸12の先端に設けた、<101>方位に切
り出された種結晶11に付着した。駆動軸12を5.4
mm/時の速度で降下した。このとき種結晶11の直上
の温度勾配を100℃/100μmとし、融液14と結
晶10aとの界面から5mm下における結晶中の温度勾
配を30℃/mmとした。この引下げ育成により、直径
が500μmで長さ50mm(アスペクト比100)の
四ほう酸リチウム単結晶ファイバ10が得られた。この
ファイバの転位密度をX線トポグラフグラフィ装置によ
り測定したところ、1×103個/cm2であった。
【0012】図2に示すように、この四ほう酸リチウム
単結晶ファイバ10を光学研磨し、このファイバ10の
周囲を紫外線硬化樹脂16で被覆した後、石英ガラス体
17に埋め込んだ。ファイバ10の一端面から波長74
8nmのレーザ光を入射して、その他端面より2分の1
の波長の374nmの第2高調波を得た。
【0013】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の製法によれ
ば、従来のバルク結晶のような大きな結晶を加工するこ
となく、所望の方位、サイズの転位密度の小さい高品質
の四ほう酸リチウム単結晶ファイバを得ることができ
る。また得られたファイバを光学デバイスに用いれば、
高強度のレーザ光を入射することができ、レーザ光の波
長変換を高効率で行うことができ、しかもエキシマレー
ザに相当するような短波長変換を行うことができる。特
に可視光から紫外光領域に至る所望の波長のレーザ光が
極めて高い出力でかつ良好なコヒーレンスで得られる。
この結果、本発明の光学デバイスは半導体製造用微細加
工、医療用、計測機器用装置等に用いれば、これらの装
置の性能を高め、その信頼性をより一層向上させること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の非線形光学結晶ファイバの育成装置の
構成図。
【図2】本発明の非線形光学結晶ファイバを用いた光学
デバイスの斜視図。
【図3】本発明の非線形光学結晶ファイバを用いた別の
光学デバイスの斜視図。
【符号の説明】
10 四ほう酸リチウム単結晶からなる非線形光学結晶
ファイバ 11 種結晶 12 引出し用駆動軸 13 ルツボ 13a 引出し口 14 原料融液 16 硬化性樹脂 17 ガラス体 20 レーザ波長変換用光学デバイス

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アスペクト比が20〜1000の範囲に
    ある四ほう酸リチウム単結晶からなる非線形光学結晶フ
    ァイバ。
  2. 【請求項2】 直径が50μm〜1mmの範囲にある四
    ほう酸リチウム単結晶からなる非線形光学結晶ファイ
    バ。
  3. 【請求項3】 長さが1〜200mmの範囲にある四ほ
    う酸リチウム単結晶からなる非線形光学結晶ファイバ。
  4. 【請求項4】 転位密度が103個/cm2以下である請
    求項1ないし3いずれか記載の非線形光学結晶ファイ
    バ。
  5. 【請求項5】 先端に種結晶(11)を設けた引出し用駆動
    軸(12)を用いてルツボ(13)の一部に設けられた引出し口
    (13a)よりルツボ内の原料融液(14)を引出しつつ非線形
    光学結晶ファイバ(10)を育成する方法において、 前記種結晶(11)の直上の温度勾配を100℃/100μ
    m〜200℃/100μmにして育成することを特徴と
    する非線形光学結晶ファイバの製法。
  6. 【請求項6】 融液(14)と結晶(10a)との界面から5m
    m下における結晶中の温度勾配を15〜35℃/mmに
    して育成する請求項5記載の非線形光学結晶ファイバの
    製法。
  7. 【請求項7】 育成速度が4.8〜6.0mm/時であ
    る請求項5又は6記載の非線形光学結晶ファイバの製
    法。
  8. 【請求項8】 請求項1ないし4いずれか記載の非線形
    光学結晶ファイバ(10)の周囲が硬化性樹脂(16)により保
    護されてガラス体(17)に被覆され、前記ファイバ(10)の
    一端面よりレーザ光を入射して前記ファイバ(10)の他端
    面より波長変換したレーザ光を出力するように構成され
    たレーザ波長変換用光学デバイス。
JP20836696A 1996-08-07 1996-08-07 非線形光学結晶ファイバ及びその製法並びにこれを用いた光学デバイス Withdrawn JPH1048679A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011246306A (ja) * 2010-05-26 2011-12-08 Tdk Corp 単結晶製造方法及び該単結晶製造方法を用いた基板製造方法、並びに該単結晶製造方法に用いられる引下げ装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011246306A (ja) * 2010-05-26 2011-12-08 Tdk Corp 単結晶製造方法及び該単結晶製造方法を用いた基板製造方法、並びに該単結晶製造方法に用いられる引下げ装置

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Effective date: 20031007