JPH0212135A - 第２高調波発生素子 - Google Patents
第２高調波発生素子Info
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- JPH0212135A JPH0212135A JP16080488A JP16080488A JPH0212135A JP H0212135 A JPH0212135 A JP H0212135A JP 16080488 A JP16080488 A JP 16080488A JP 16080488 A JP16080488 A JP 16080488A JP H0212135 A JPH0212135 A JP H0212135A
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- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 13
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、光デイスクメモリやＣＤプレーヤ等に使用さ
れる第２高調波発生（ＳＨＧ）素子に関する。
れる第２高調波発生（ＳＨＧ）素子に関する。
（従来の技術）
第２高調波発生（ＳＨＧ）素子とは、非線形光学効果を
もつ光学結晶材料の非線形光学効果を利用して波長λの
レーザを１／２λの波長に変換する素子であって、出力
する光の波長が１／２となり、記録密度を４倍にするこ
とができるため、光デイスクメモリを始めとして、ＣＤ
プレーヤ、レーザプリンタ。
もつ光学結晶材料の非線形光学効果を利用して波長λの
レーザを１／２λの波長に変換する素子であって、出力
する光の波長が１／２となり、記録密度を４倍にするこ
とができるため、光デイスクメモリを始めとして、ＣＤ
プレーヤ、レーザプリンタ。
フォトリソグラフィー等に応用されつつある。
従来、ＳＨＧ素子には、高出力レーザを光源とし、非線
形光学結晶のバルク単結晶が用いられてきた。
形光学結晶のバルク単結晶が用いられてきた。
しかし、近年、光デイスク装置、レーザプリンタ等の装
置全体を小型化する要求が強いこと、ガスレーザは光変
調のため外部に変澗器が必要であるのに対し、半導体レ
ーザは直接変調が可能であること、及び半導体レーザは
ガスレーザに比べて安価で取扱が容易であること等の理
由により、光源としてガスレーザに代えて半導体レーザ
が主に用いられるようになっている。
置全体を小型化する要求が強いこと、ガスレーザは光変
調のため外部に変澗器が必要であるのに対し、半導体レ
ーザは直接変調が可能であること、及び半導体レーザは
ガスレーザに比べて安価で取扱が容易であること等の理
由により、光源としてガスレーザに代えて半導体レーザ
が主に用いられるようになっている。
半導体レーザを光源とする場合、数ｍＷから数十ｍＷの
入力光で高い変換効率を得る必要上、薄膜導波路構造の
ＳＨＧ素子が用いられる。すなわち、薄膜導波路を用い
た第２高調波光の発生は、■薄膜に集中した光のエネル
ギーを利用できること、■光波が薄膜内に閉じ込められ
、広がらないために長い距離にわたって相互作用を行な
わせ得ること、■バルクでは位相整合できない物質でも
薄膜のモード分散を利用することにより位相整合ができ
ること、などの利点を有するからである（深山、宮崎；
電子通信学会技術研究報告、０ＱＥ７５−６ （１９７
５）、宮崎、星野、赤尾；電磁界理論研究会資料、ＥＭ
Ｔ−７８−５（１９７８））。
入力光で高い変換効率を得る必要上、薄膜導波路構造の
ＳＨＧ素子が用いられる。すなわち、薄膜導波路を用い
た第２高調波光の発生は、■薄膜に集中した光のエネル
ギーを利用できること、■光波が薄膜内に閉じ込められ
、広がらないために長い距離にわたって相互作用を行な
わせ得ること、■バルクでは位相整合できない物質でも
薄膜のモード分散を利用することにより位相整合ができ
ること、などの利点を有するからである（深山、宮崎；
電子通信学会技術研究報告、０ＱＥ７５−６ （１９７
５）、宮崎、星野、赤尾；電磁界理論研究会資料、ＥＭ
Ｔ−７８−５（１９７８））。
ところで、非線形光学効果をもつ光学結晶材料としては
、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯａ ）、タンタル酸リ
チウム（ＬｉＴａＯ，）、ＫＴｉＯＰＯ４，ＫＮｂＯ，
、Ｈａ、 ＮａＮｂ、０．ｓ、 Ｂａ、ＬｉＮｂ、０．
ｓ等があるが、上記のように薄膜導波路構造とするため
には、光導波路を形成することが必要である。そして、
良質な光導波路を形成できる材料としては、ＬｉＮｂＯ
３が最も適している。
、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯａ ）、タンタル酸リ
チウム（ＬｉＴａＯ，）、ＫＴｉＯＰＯ４，ＫＮｂＯ，
、Ｈａ、 ＮａＮｂ、０．ｓ、 Ｂａ、ＬｉＮｂ、０．
ｓ等があるが、上記のように薄膜導波路構造とするため
には、光導波路を形成することが必要である。そして、
良質な光導波路を形成できる材料としては、ＬｉＮｂＯ
３が最も適している。
しかし、従来のＬｉＮｂＯ３材料を使用し、Ｔｉ拡散、
プロトン交換、外拡散等の方法で光導波路を形成した場
合、半導体レーザ光源波長（λ＝０．８２〜０．８４μ
ｍ）でＳＨＧを行なうための位相整合を取ることができ
ないという問題があった（山田、宮崎；電子情報通信学
会技術研究報告、ＭＷ８７〜１１３ （１９８８） ）
。
プロトン交換、外拡散等の方法で光導波路を形成した場
合、半導体レーザ光源波長（λ＝０．８２〜０．８４μ
ｍ）でＳＨＧを行なうための位相整合を取ることができ
ないという問題があった（山田、宮崎；電子情報通信学
会技術研究報告、ＭＷ８７〜１１３ （１９８８） ）
。
すなわち、位相整合とは、入射レーザ光の導波路中での
屈折率（実効屈折率）と、第２高調波光の実効屈折率と
を一致させることであるが、物質の屈折率は、一般に波
長によって変化するため、入射レーザ光波長を変化させ
ることによって、位相整合条件も変化し、ＬｉＮｂＯ３
材料の場合には０．８２〜０．８４μｍの半導体レーザ
光源波長では位相整合が不可能になるのである。
屈折率（実効屈折率）と、第２高調波光の実効屈折率と
を一致させることであるが、物質の屈折率は、一般に波
長によって変化するため、入射レーザ光波長を変化させ
ることによって、位相整合条件も変化し、ＬｉＮｂＯ３
材料の場合には０．８２〜０．８４μｍの半導体レーザ
光源波長では位相整合が不可能になるのである。
（解決すべき課題）
本発明者は、ＬｉＮｂＯ３材料を使用し、半導体レーザ
光源を用いて、基本波光と第２高調波光の位相整合をと
れるように種々検討した結果、基板としてＬｉＴａ０□
を用い、その上にＬｉＮｂＯ３薄膜を形成し。
光源を用いて、基本波光と第２高調波光の位相整合をと
れるように種々検討した結果、基板としてＬｉＴａ０□
を用い、その上にＬｉＮｂＯ３薄膜を形成し。
これに導波路を設けることにより位相整合が可能となる
ことを見出し、本発明を完成するに至ったもので、本発
明の目的は、ＬｉＮｂＯ３材料により、半導体レーザ光
の第２高調波発生が可能な素子を提供するにある。
ことを見出し、本発明を完成するに至ったもので、本発
明の目的は、ＬｉＮｂＯ３材料により、半導体レーザ光
の第２高調波発生が可能な素子を提供するにある。
（課題を解決するための手段）
本発明は、波長が０．８２〜０．８４μｍのレーザ光を
基本波光源波長とし、ＬｉＴａＯ３単結晶基板上に膜厚
が３．７〜９．０μｍのＬｉＮｂＯ３結晶導波層が形成
されてなり、結晶の光学軸（Ｚ軸）に対するレーザ光の
入射角を±Ｏ″〜±３５°に設定したことを特徴とする
第２高調波発生素子である。
基本波光源波長とし、ＬｉＴａＯ３単結晶基板上に膜厚
が３．７〜９．０μｍのＬｉＮｂＯ３結晶導波層が形成
されてなり、結晶の光学軸（Ｚ軸）に対するレーザ光の
入射角を±Ｏ″〜±３５°に設定したことを特徴とする
第２高調波発生素子である。
すなわち、本発明の第２高調波発生素子の層構造を図示
すると、第１図のようになり、ＬｉＴａＯ３よりなる単
結晶基板層１の上にＬｉＮｂＯ３よりなる導波層２を設
け、更に導波層２の上面に空気の上層部３の三層誘電体
導波路を構成するものであって、各層における屈折率は
、第１表に示すようなものである。
すると、第１図のようになり、ＬｉＴａＯ３よりなる単
結晶基板層１の上にＬｉＮｂＯ３よりなる導波層２を設
け、更に導波層２の上面に空気の上層部３の三層誘電体
導波路を構成するものであって、各層における屈折率は
、第１表に示すようなものである。
第 １ 表
基本波波長
０．８３μｍ
表中、ｎｏ 、 ｎｅはそれぞれ、常光線、異常光線に
対する屈折率である。また、Ｖは基本波、２ｖは第２高
調波を示す。
対する屈折率である。また、Ｖは基本波、２ｖは第２高
調波を示す。
なお、実際の導波層及び基板層の屈折率は、導波路の作
成方法により多少変動するため、ここに示した値は代表
例であり、絶対的なものではない。
成方法により多少変動するため、ここに示した値は代表
例であり、絶対的なものではない。
第１表の屈折率の値を用いて第２高調波発生についての
位相整合条件を計算したところ、位相整合角（結晶の光
学軸に対するレーザ光の入射角）の範囲がθ〜３５°、
そのときの導波層の膜厚は３．７〜９μｍとなる。
位相整合条件を計算したところ、位相整合角（結晶の光
学軸に対するレーザ光の入射角）の範囲がθ〜３５°、
そのときの導波層の膜厚は３．７〜９μｍとなる。
そして、本発明の第２高調波発生素子の最も好ましい条
件としては、ＬｉＮｂＯ３結晶導波層の膜厚が３．７〜
３．８ μｍ、 ＬｉＴａＯ３単結晶の光学軸（Ｚ軸）
に対するレーザ光の入射角がＯ°±０．５°である場合
である。なお、この場合、各層の屈折率は第１表に示し
た値であることが好ましい。
件としては、ＬｉＮｂＯ３結晶導波層の膜厚が３．７〜
３．８ μｍ、 ＬｉＴａＯ３単結晶の光学軸（Ｚ軸）
に対するレーザ光の入射角がＯ°±０．５°である場合
である。なお、この場合、各層の屈折率は第１表に示し
た値であることが好ましい。
この場合、単結晶基板層の結晶の光学軸（Ｚ軸）の方位
に対するレーザ光の入射角は、約０°（光軸方向伝搬）
であるため、入射角の許容誤差範囲が広くなるという利
点を有する。
に対するレーザ光の入射角は、約０°（光軸方向伝搬）
であるため、入射角の許容誤差範囲が広くなるという利
点を有する。
次に、本発明に係る第２高調波発生素子の製造方法とし
ては、基板層の上にスパッタリングなどの公知の薄膜作
成技術を使用することによって容易に導波層を形成する
ことができる。そして、導波層上にフォトリソグラフィ
ーとＲＦスパッタリングによりＴｉ導波路パターンを形
成し、これをエツチングマスクとしてイオンビームエツ
チングすることにより作成する等の方法をとることがで
きる。
ては、基板層の上にスパッタリングなどの公知の薄膜作
成技術を使用することによって容易に導波層を形成する
ことができる。そして、導波層上にフォトリソグラフィ
ーとＲＦスパッタリングによりＴｉ導波路パターンを形
成し、これをエツチングマスクとしてイオンビームエツ
チングすることにより作成する等の方法をとることがで
きる。
（実施例）
以下、本発明に係る第２高調波発生素子の作成方法を第
２図及び第３図を参照しつつ詳細に説明する。
２図及び第３図を参照しつつ詳細に説明する。
［実施例１］
厚さ０．５ｍｍのＸカットＬｉＴａＯ３単結晶ウェハー
をワイヤーカッターで切断して、５ｍｍ Ｘ ５ｍｍの
基板１とした。このとき、切断方向は、それぞれ単結晶
のＹ軸と２軸に沿う方向とした。このＬｉＴａＯ３基板
上にＲＦ（高周波）スパッタリング法により、約４μｍ
の厚さのＬｉＮｂＯ３単結晶薄膜２を形成した。更に、
イオンビームエツチングを行ない、ＬｉＮｂＯ３薄膜を
エツチングして厚さ３．７μｍの導波層を形成した。
をワイヤーカッターで切断して、５ｍｍ Ｘ ５ｍｍの
基板１とした。このとき、切断方向は、それぞれ単結晶
のＹ軸と２軸に沿う方向とした。このＬｉＴａＯ３基板
上にＲＦ（高周波）スパッタリング法により、約４μｍ
の厚さのＬｉＮｂＯ３単結晶薄膜２を形成した。更に、
イオンビームエツチングを行ない、ＬｉＮｂＯ３薄膜を
エツチングして厚さ３．７μｍの導波層を形成した。
このようにして、ＬｉＴａＯ３単結晶薄板１とＬｉＮｂ
０゜単結晶薄膜２からなるスラブ型導波路を形成した。
０゜単結晶薄膜２からなるスラブ型導波路を形成した。
このスラブ型導波路に対して、波長０．８３μｍの半導
体レーザ光を入射させたところ、波長０．４１５μｍの
第２高調波が発生した。このときの第２高調波発生の変
換効率は半導体レーザ光入射パワー２０ｍＶに対して２
Ｘ １０−’であった。
体レーザ光を入射させたところ、波長０．４１５μｍの
第２高調波が発生した。このときの第２高調波発生の変
換効率は半導体レーザ光入射パワー２０ｍＶに対して２
Ｘ １０−’であった。
［実施例２］
厚さ０．５＋＊＋ａのＸカットＬｉＴａＯ３単結晶ウェ
ハーをワイヤーカッターで切断して、５ｍｍ Ｘ ５ｍ
ｔａの基板１とした。このとき、切断方向は、それぞれ
単結晶のＹ軸と２軸に沿う方向とした。このＬｉＴａＯ
３基板上にＲＦ（高周波）スパッタリング法により、約
４μｍの厚さのＬｉＮｂＯ３単結晶薄膜２を形成した。
ハーをワイヤーカッターで切断して、５ｍｍ Ｘ ５ｍ
ｔａの基板１とした。このとき、切断方向は、それぞれ
単結晶のＹ軸と２軸に沿う方向とした。このＬｉＴａＯ
３基板上にＲＦ（高周波）スパッタリング法により、約
４μｍの厚さのＬｉＮｂＯ３単結晶薄膜２を形成した。
このＬｉＮｂ０゜単結晶薄膜２上に、通常のフォトリソ
グラフィー技術とＲＦ（高周波）スパッタリング法によ
り、約４μｍ、幅５μｍのＴｉ薄膜からなるパターン３
を形成した。このＴｉパターン３をエツチングマスクと
してイオンビームエツチングを行ない、 ＬｉＮｂＯ３
薄膜をエツチングして幅５μｍのチャンネル型導波層４
を形成した。
グラフィー技術とＲＦ（高周波）スパッタリング法によ
り、約４μｍ、幅５μｍのＴｉ薄膜からなるパターン３
を形成した。このＴｉパターン３をエツチングマスクと
してイオンビームエツチングを行ない、 ＬｉＮｂＯ３
薄膜をエツチングして幅５μｍのチャンネル型導波層４
を形成した。
最後に、残ったＴｉマスクを除去してＬｉＴａＯ３単結
晶薄板１とＬｉＮｂＯ３単結晶薄膜４からなるチャンネ
ル型導波路を形成した。
晶薄板１とＬｉＮｂＯ３単結晶薄膜４からなるチャンネ
ル型導波路を形成した。
このチャンネル型導波路に対して、波長０．８３μｍの
半導体レーザ光を入射させたところ、波長０．４１５μ
ｍの第２高調波が発生した。このときの第２高調波発生
の変換効率は半導体レーザ光入射パワー２０＋５ｗ１Ｃ
対しテ４ Ｘ １０−’ １’あった。
半導体レーザ光を入射させたところ、波長０．４１５μ
ｍの第２高調波が発生した。このときの第２高調波発生
の変換効率は半導体レーザ光入射パワー２０＋５ｗ１Ｃ
対しテ４ Ｘ １０−’ １’あった。
（効 果）
以上述べたように、ＬｉＴａＯ３単結晶基板上にｔ、１
Ｎｂｏ、薄膜からなる導波層を設けることにより、従来
不可能であったＬｉＮｂＯ３材料による０、８μｍ帯半
導体レーザ光の第２高調波発生を可能にし、光デイスク
メモリやＣＤプレーヤ等広く利用することができる。
Ｎｂｏ、薄膜からなる導波層を設けることにより、従来
不可能であったＬｉＮｂＯ３材料による０、８μｍ帯半
導体レーザ光の第２高調波発生を可能にし、光デイスク
メモリやＣＤプレーヤ等広く利用することができる。
第１図は、本発明に係る第２高調波発生素子の導波路構
造を示した説明図、第２図および第３図は、本発明に係
る第２高調波発生素子の製造工程を説明した図である。 Ｉ ＬｉＴａＯ３基板 ２ ＬＪｂＯａ薄膜 ３ Ｔｉ薄膜 ４ ＬｘＮｂＯ，導波層
造を示した説明図、第２図および第３図は、本発明に係
る第２高調波発生素子の製造工程を説明した図である。 Ｉ ＬｉＴａＯ３基板 ２ ＬＪｂＯａ薄膜 ３ Ｔｉ薄膜 ４ ＬｘＮｂＯ，導波層
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 波長が０．８２〜０．８４μｍのレーザ光を基本波
光源波長とし、ＬｉＴａＯ＿３単結晶基板上に膜厚が３
．７〜９．０μｍのＬｉＮｂＯ＿３結晶導波層が形成さ
れてなり、結晶の光学軸（Ｚ軸）に対するレーザ光の入
射角を±０°〜±３５°に設定したことを特徴とする第
２高調波発生素子。 ２ ＬｉＮｂＯ＿３結晶導波層の膜厚３．７〜３．８μ
ｍである請求項第１項記載の第２高調波発生素子。 ３ ＬｉＴａＯ＿３単結晶の光学軸（Ｚ軸）に対するレ
ーザ光の入射角が０°±０．５°である請求項第１項記
載の第２高調波発生素子。 ４ ＬｉＮｂＯ＿３導波層およびＬｉＴａＯ＿３単結晶
基板層の屈折率が第１表に示すごとくであり、ＬｉＮｂ
Ｏ＿３導波層の膜厚が３．７〜３．８μｍ、ＬｉＴａＯ
＿３単結晶の光学軸（Ｚ軸）に対するレーザ光の入射角
が０°±０．５°である請求項第１項記載の第２高調波
発生素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16080488A JPH0212135A (ja) | 1988-06-30 | 1988-06-30 | 第２高調波発生素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16080488A JPH0212135A (ja) | 1988-06-30 | 1988-06-30 | 第２高調波発生素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0212135A true JPH0212135A (ja) | 1990-01-17 |
Family
ID=15722800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16080488A Pending JPH0212135A (ja) | 1988-06-30 | 1988-06-30 | 第２高調波発生素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0212135A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1992009917A1 (fr) * | 1990-11-30 | 1992-06-11 | Ibiden Co., Ltd. | Couche mince de monocristal de niobate de lithium |
| US5158823A (en) * | 1990-06-22 | 1992-10-27 | Ibide Co., Ltd. | Second harmonic wave generating device |
| US5371812A (en) * | 1992-01-21 | 1994-12-06 | Ibden Co., Ltd. | Waveguide type optical directional coupler |
| EP1176458A3 (en) * | 2000-07-27 | 2003-03-19 | Ngk Insulators, Ltd. | Optical waveguide element |
| WO2014203931A1 (ja) * | 2013-06-21 | 2014-12-24 | 株式会社村田製作所 | 光制御素子 |
-
1988
- 1988-06-30 JP JP16080488A patent/JPH0212135A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| EP0515682B1 (en) * | 1990-11-30 | 2000-01-05 | Ibiden Co., Ltd. | Thin film of lithium niobate single crystal |
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