JPH11106296A - 単結晶光学素子およびその製造方法 - Google Patents

単結晶光学素子およびその製造方法

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JPH11106296A JP26668697A JP26668697A JPH11106296A JP H11106296 A JPH11106296 A JP H11106296A JP 26668697 A JP26668697 A JP 26668697A JP 26668697 A JP26668697 A JP 26668697A JP H11106296 A JPH11106296 A JP H11106296A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 KNbO3単結晶光学素子の結晶方位が簡便に
識別できるパターンを有するKNbO3単結晶光学素子お
よびその製造方法を提供する。 【解決手段】 レーザー光の入出射面を有し、かつ入出
射面の側縁部に結晶方位を確認しうるパターンを有する
ことを特徴とするKNbO3単結晶光学素子。単分域化処
理したKNbO3単結晶を切断してKNbO3単結晶プレー
トを作製し、該KNbO3単結晶プレートのレーザー光入
出射面を鏡面研磨したのち、KNbO3単結晶プレートの
レーザー光入出射面を、レーザー光入出射面の側縁部に
結晶方位を確認しうるパターンを形成するように切断す
ることを特徴とするKNbO3単結晶光学素子の製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の技術分野】本発明は、波長変換、光変調などに
使用されるKNbO3単結晶光学素子およびその製造方法
に関する。
【0002】
【発明の技術的背景】ニオブ酸カリウム(KNbO3)単結
晶は、非線形光学材料として、あるいは電気光学材料と
して、圧電材料として注目され、特に、860nmまたは
980nm近傍の単色光であるレーザー光をそれぞれ1/
2の高調波に変換するSHG(SecondHarmonic Generat
ion)特性が高いため、非線形光学材料をして注目され
ている。
【0003】このKNbO3単結晶は、T.FUKUD
A、Y.UEMATU、J.J.A.P.11(197
3)163に記載されているように、炭酸カリウムと酸
化ニオブ(Nb25)との粉状混合物を1050℃以上の
温度に加熱溶融し、得られた融液に種結晶を浸し、融液
の温度を徐々に下げて成長させることができる。このよ
うにして得られたKNbO3単結晶を冷却すると、約42
0℃で立方晶系から正方晶系に構造相転移を起こし、約
210℃で正方晶系から斜方晶系に構造相転移し、室温
では斜方晶系であって多分域状態のKNbO3単結晶が得
られる。
【0004】このようなKNbO3単結晶は、室温で斜方
晶系の対称性を持ち、たとえば860nmのSHGでは、
a面の入射面に、b軸と平行な偏光面を有する偏波光を
入射すると、c軸に平行な偏光面を有するSHG波が得
られる。この入射レーザー偏光方向がb軸方向から傾く
と変換効率が低下する。このため、入射レーザーと結晶
軸は、入射方向と偏波方向とを特定な結晶方位に合わせ
る必要がある。
【0005】従来、KNbO3単結晶を波長変換素子など
の光学素子として用いる場合には、図3に示すように、
鏡面研磨されたレーザー光入射面11と出射面11’の
法線方向、および側面12,13は、特定の結晶方位と
なっている。たとえば、860nmのSHG用途では、レ
ーザー光の入出射面11,11’がa面で、他の面1
2,13はb面とc面である。
【0006】このようなレーザー光の入出射面と他の面
の結晶方位を識別するため、結晶素子の側面に印を記入
したり、または結晶素子の角をサンドペーパなどで削っ
て目印にしたり、さらに結晶素子の長さを異ならせるな
ど方法が行われてきた。
【0007】しかしながら、結晶素子の側面に印を記入
する方法および結晶素子の角を削る方法は、結晶素子の
大きさが10×10×10mm程度であり、かつ処理する
結晶素子が少量である場合に有効な手段であるものの、
結晶素子が3×3×3mm程度の大きさになった場合、ま
たは結晶素子の処理量が多い場合には、作業が煩雑で、
非効率的であるという問題点があった。また、結晶素子
の側面に印を記入する方法では、ペイント材質が光学コ
ーティング中に蒸発して消えたり、デバイス使用時に蒸
発し、周辺環境を汚染する原因となることがあるなどの
欠点があった。
【0008】さらに結晶素子の長さを異ならせる方法で
は、目視で判定できるのは、少なくとも0.3〜0.5
mm程度の素子長の違いが必要であり、それ以下の長さ
の違いでは、ノギスやマイクロメータなどの測長器が必
要となるなどの問題点があった。また限られた結晶から
の取れ数が少なくなり、採算性が良くないという欠点も
あった。
【0009】
【発明の目的】本発明は、上記従来技術の問題点を解決
しようとするものであって、KNbO3単結晶光学素子の
結晶方位を簡便に識別できるようなパターンを有するK
NbO3単結晶光学素子およびその製造方法を提供するこ
とを目的としている。
【0010】
【発明の概要】本発明に係るKNbO3単結晶光学素子
は、レーザー光の入出射面を有し、かつ入出射面の側縁
部に結晶方位を確認しうるパターンを有することを特徴
としている。
【0011】前記パターンは、KNbO3単結晶プレート
を切断してKNbO3単結晶光学素子を製造する際に形成
されたドメインパターンまたはチッピングであることが
好ましい。
【0012】また、前記パターンの幅は、が0.5mm以
下であることが好ましい。本発明に係るKNbO3単結晶
光学素子は、単分域化処理したKNbO3単結晶を切断し
てKNbO3単結晶プレートを作製し、該KNbO3単結晶
プレートのレーザー光入出射面を鏡面研磨したのち、K
NbO3単結晶プレートのレーザー光入出射面を、レーザ
ー光入出射面の側縁部に結晶方位を確認しうるパターン
を形成するように切断することを特徴とすしている。
【0013】
【発明の具体的説明】以下、本発明に係る単結晶光学素
子およびその製造方法について具体的に説明する。
【0014】[KNbO3単結晶光学素子]まず、本発明
に係るKNbO3単結晶光学素子を図面を用いて具体的に
説明する。
【0015】本発明に係るKNbO3単結晶光学素子は、
たとえば図1に示すようにKNbO3単結晶のa面2をレ
ーザー光の入出射面、側面をそれぞれb面3とc面4と
すると、a面2の側縁部5に、結晶方位を確認しうるパ
ターン6を有している。
【0016】本発明に係るKNbO3単結晶光学素子に使
用されるKNbO3単結晶としては、たとえばTSSG
(Top Seeded Solution Growth)法により製造し、所定
の結晶方位に切り出したKNbO3単結晶が用いられる。
このようなKNbO3単結晶は、通常、単分域化処理した
ものが使用される。
【0017】なお、本明細書では、互いに分極方向の異
なるドメインが隣接した複数のドメインをマルチドメイ
ンといい、このようなマルチドメインが形成されている
状態を多分域状態という。また、この多分域状態にある
単結晶を、分域方向が一様に揃ったモノドメイン状態に
することを単分域化処理という。
【0018】側縁部5のパターン6は、KNbO3単結晶
プレートを切断してKNbO3単結晶光学素子を製造する
際に形成されたドメインパターンまたはチッピングであ
ることが好ましい。
【0019】ドメインパターンは、KNbO3単結晶プレ
ートを切断する際、切断面に近いKNbO3単結晶が多分
域状態に変化することによって形成される。また、チッ
ピングは、KNbO3単結晶プレートを切断する際に形成
された切断面の欠けである。
【0020】たとえば、図1に示されるKNbO3単結晶
光学素子の場合、パターンは、c面4の側縁部で縁に平
行なライン状となり、b面3の側縁部で縁に垂直なライ
ン状となる。このようなパターンの幅は、0.5mm以
下、好ましくは0.3mm以下であることが望ましい。
【0021】また、本発明に係る単結晶光学素子では、
KNbO3単結晶のa面以外の面をレーザー光の入出射面
とすることもできる。たとえば、図2に示すように、a
b軸面内でa軸から60°の方向を垂線とする60°a
b面7をレーザー光の入出射面、30°ab面8および
c面9を側面とすることもできる。
【0022】この場合、パターンは、c面の側縁部10
で3角形状であり、30°ab面の側縁部10にはパタ
ーンは形成されない。このように、本発明に係る単結晶
光学素子は、レーザー光の入出射面の側縁部に、結晶方
位を確認しうるパターンを有しているので、側縁部を観
察することにより、側面(たとえば、b面とc面)の識
別を容易に行うことができる。
【0023】[KNbO3単結晶光学素子の製造方法]次
に、本発明に係るKNbO3単結晶光学素子の製造方法に
ついて説明する。まず、本発明では、単分域化処理した
KNbO3単結晶を切断してKNbO3単結晶プレートを作
製する。
【0024】なお、KNbO3単結晶の単分域化処理は、
KNbO3単結晶のc面に、銀粉末あるいはカーボン粉末
などの導電性粉末を含む導電性ペーストを塗布するか、
あるいは金などを蒸着して、正極および負極を形成し、
次いで200℃で1kV/cm以上の電界をKNbO3
結晶の正負両極間に印加することによって行うことがで
きる。このような単分域化処理では、KNbO3単結晶と
電極との間に半絶縁性物質層を設けてもよい。
【0025】KNbO3単結晶の切断方法としては、特に
限定されるものではなく、たとえば、ダイヤモンドが埋
め込まれた回転刃などを使用することができる。次に、
得られたKNbO3単結晶プレートは、鏡面研磨して、レ
ーザー光入出射面を形成する。
【0026】鏡面研磨は、ピッチャクロスを定盤にし
て、酸化セリウム、アルミナまたはシリカなどの微粒子
を研磨材に用いて行われる。鏡面研磨後のKNbO3単結
晶プレートは、レーザー光入出射面の側縁部に結晶方位
を確認しうるパターンを形成するように、レーザー光入
出射面を切断してKNbO3単結晶光学素子を作製する。
【0027】KNbO3単結晶プレートの切断方法として
は特に限定されるものではなく、たとえば、ダイヤモン
ドが埋め込まれた回転刃などを用いて行われる。このと
き、切断箇所から0.5mm以下の幅のパターンが形成
されるように、レーザー光入出射面を切断することが好
ましい。
【0028】得られたKNbO3単結晶光学素子は、必要
に応じて、洗浄などを行ってもよい。
【0029】
【発明の効果】本発明に係るKNbO3単結晶光学素子に
よれば、容易に結晶方位の識別を行うことができる。こ
のため、デバイスの組み立て時に、結晶方位の間違いに
よる不良率を低減させることができる。特に、素子の整
列を自動化する際、素子の側縁部のパターン認識で結晶
方位を確認できるため、大量生産に好適である。
【0030】本発明に係るKNbO3単結晶光学素子の製
造方法によれば、パターンの作成工程をKNbO3単結晶
光学素子の切断工程と同一に行うことができる。
【0031】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明するが、本
発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0032】
【実施例1】KNbO3単結晶は、TSSG法で育成し
た。すなわち、平均直径80mm、深さ80mmの白金
ルツボにカリウム分が過剰のKNbO3粉末を入れ、抵抗
加熱によりKNbO3粉末を溶融した。次いでこの溶融液
の表面にシード付けを行い、KNbO3単結晶を成長させ
た。こうして得られた40×40×20mmのKNbO3
単結晶から、10×10×10mmの大きさの結晶ブロ
ックを切り出し、単分域化処理を行った。単分域化処理
は、KNbO3単結晶のc面に金を蒸着して正極および負
極を形成し、次いで200℃で1kV/cmの電界をKNb
3単結晶の正負電極間に印加することによって行っ
た。単分域化処理後、c面を軽く鏡面研磨することによ
って、蒸着させた金を除去した。
【0033】単分域化した結晶ブロックから、10×1
0×3mmのa面プレート(10×10mmの面がa
面)を切り出し、a面プレートの両面を鏡面研磨した。
鏡面研磨後、鏡面研磨面を3×3mmに切断して、KN
bO3単結晶光学素子を作製した。
【0034】得られた素子9個の鏡面側縁部のドメイン
およびチッピングを50倍の光学顕微鏡で観察したとこ
ろ、容易に、KNbO3単結晶光学素子のc面とb面とを
識別できることがわかった。
【0035】
【実施例2】実施例1で作製した10×10×10mm
の大きさの単分域化した結晶ブロックから、入出射面法
線方向がab軸面内でa軸から60°の方向になるよう
にして、3mm厚で結晶プレートを切り出した。切り出
した結晶プレートの両面を鏡面研磨し、その後、3×3
mmに切断し、洗浄して、KNbO3単結晶光学素子を作
製した。
【0036】得られた素子9個の鏡面側縁部のドメイン
およびチッピングを50倍の光学顕微鏡で観察したとこ
ろ、容易に、KNbO3単結晶光学素子のc面とab面と
を識別できることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るKNbO3単結晶光学素子の一例を
説明するための図面である。
【図2】本発明に係るKNbO3単結晶光学素子の他の一
例を説明するための図面である。
【図3】本発明に係るKNbO3単結晶光学素子の概略を
説明するための図面である。
【符号の説明】
2 …レーザー光の入出射面(a面) 3 …b面 4,9 …c面 5 …側縁部 6,10…パターン 7 …レーザー光の入出射面(60°ab面) 8 …30°ab面 11 …レーザー光の入出射面 12,13…側面

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザー光の入出射面を有し、かつ入出射
    面の側縁部に結晶方位を確認しうるパターンを有するこ
    とを特徴とするKNbO3単結晶光学素子。
  2. 【請求項2】前記パターンが、KNbO3単結晶プレート
    を切断してKNbO3単結晶光学素子を製造する際に形成
    されたドメインパターンまたはチッピングであることを
    特徴とする請求項1に記載のKNbO3単結晶光学素子。
  3. 【請求項3】前記パターンの幅が0.5mm以下であるこ
    とを特徴とする請求項1または2に記載のKNbO3単結
    晶光学素子。
  4. 【請求項4】単分域化処理したKNbO3単結晶を切断し
    てKNbO3単結晶プレートを作製し、 該KNbO3単結晶プレートのレーザー光入出射面を鏡面
    研磨したのち、 KNbO3単結晶プレートのレーザー光入出射面を、レー
    ザー光入出射面の側縁部に結晶方位を確認しうるパター
    ンを形成するように切断することを特徴とするKNbO3
    単結晶光学素子の製造方法。
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