JPH0361930A - Second harmonic wave generating element - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、極めて高い第2高調波光への変換効率を有す
る第2高調波発生素子に関し、特に本発明は、LiTa
0z基板上にLiNbO3簿膜導波層が形成されてなる
第2高調波発生素子(以下、第2高調波発生素子をSH
O素子という)に関す(従来の技術)
SHG素子は、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入射された波長λのレーザーを
λ/2の波長に変換して出力する素子であって、出力光
の波長が1/2に変換されることから、光デイスクメモ
リやCDプレーヤ等に応用することにより、記録密度を
4倍にすることができ、また、レーザープリンタ、フォ
トリソグラフィー等に応用することにより、高い解像度
を得ることができる。Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to a second harmonic generation element having an extremely high conversion efficiency to second harmonic light.
A second harmonic generation element (hereinafter referred to as SH) in which a LiNbO film waveguide layer is formed on a 0z substrate.
Conventional technology related to (referred to as O element) SHG elements utilize the nonlinear optical effect of an optical crystal material that has a nonlinear optical effect to convert an incident laser beam of wavelength λ to a wavelength of λ/2 and output it. This element converts the wavelength of output light to 1/2, so by applying it to optical disk memories, CD players, etc., the recording density can be quadrupled, and it can also be used in laser printers, photo High resolution can be obtained by applying it to lithography and the like.
従来、SHG素子としては、高出力のガスレーザーを光
源とする、非線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、レーザープリンタ
等の装置全体を小型化する要求が強いこと、ガスレーザ
ーは、光変調のため外部に変調器が必要であり、小型化
に通していないことから、直接変調が可能で、ガスレー
ザーに比べて安価で取扱が容易な半導体レーザーを使用
することができるSHG素子が要求されている。Conventionally, a bulk single crystal nonlinear optical crystal using a high-power gas laser as a light source has been used as an SHG element. However, in recent years there has been a strong demand for miniaturization of entire devices such as optical disk devices and laser printers, and gas lasers require an external modulator for optical modulation, making them difficult to miniaturize. There is a need for an SHG element that can use a semiconductor laser, which is cheaper and easier to handle than a gas laser.
なお、半導体レーザーを光源とする場合、−Sに半導体
レーザーの出力が数mWから数十mWと低いことから、
特に高い変換効率を得ることのできるSHG素子である
ことが必要である。In addition, when using a semiconductor laser as a light source, since the output of the semiconductor laser is low at -S from several mW to several tens of mW,
It is necessary that the SHG element is particularly capable of obtaining high conversion efficiency.
ところで、非線形光学効果を持ち、SHG素子に使用す
ることのできる光学結晶材料としては、ニオブ酸リチウ
ム(LiNbO:+)、タンタル酸リチウム(LiTa
Os )、KTiOPO,、KNbO3、Bag Na
Nb5○16、Ba、LiNb0+s等があり、なかで
もLiNbO5は非線形光学定数が高く、光損失が小さ
く最も適している。By the way, as optical crystal materials that have a nonlinear optical effect and can be used for SHG elements, lithium niobate (LiNbO:+) and lithium tantalate (LiTa
Os), KTiOPO, KNbO3, Bag Na
There are Nb5*16, Ba, LiNb0+s, etc. Among them, LiNbO5 is the most suitable because it has a high nonlinear optical constant and a small optical loss.
(従来技術の問題点)
従来、L i N b Os材料を使用して先導波路を
形成する方法としては、LiNb0+のバルク単結晶に
Ti拡散、プロトン交換、外拡散等の処理を施して屈折
率を変化せしめた層を形成する方法が知られているが、
これらの方法で得られる導波路は、波長の短いレーザー
光源、特に波長がλμm以下のレーザー光源に対しては
、バルクとの屈折率の差をそれ程大きくすることが困難
で、第2高調波を発生させるための位相整合、すなわち
、入射レーザー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が極
めて困難〔山田、宮崎;電子情報通信学会技術研究報告
、MW87−113 (1988)〕であり、しかも導
波路とバルクとの境界が明確でないことから、光波が導
波路から拡がり易く、光エネルギーを集中させ難いため
、特に高い変換効率を得ることが困難であるという問題
があった。(Problems with the prior art) Conventionally, as a method of forming a guiding waveguide using LiNbOs material, a bulk single crystal of LiNb0+ is subjected to treatments such as Ti diffusion, proton exchange, and outdiffusion to increase the refractive index. There are known methods of forming layers with different
For waveguides obtained by these methods, it is difficult to increase the difference in refractive index from the bulk for laser light sources with short wavelengths, especially laser light sources with wavelengths of λμm or less, and the second harmonic waveguide is difficult to obtain. Phase matching for generation, that is, the refractive index (effective refractive index) of the incident laser light in the waveguide
It is extremely difficult to match the effective refractive index of the second harmonic light [Yamada, Miyazaki; Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Technical Report, MW87-113 (1988)], and the boundary between the waveguide and the bulk is extremely difficult. Due to the lack of clarity, light waves tend to spread out from the waveguide and it is difficult to concentrate optical energy, making it difficult to obtain particularly high conversion efficiency.
このため、本発明者らは、L i N b O3材料を
使用し、0.8μm帯の半導体レーザー光源を用いて、
基本波光と第2高調波光の位相整合が得られる組み合わ
せについて種々検討し、特定の屈折率を有するLiTa
os単結晶と、その表面に特定の屈折率を有するL i
N b Os薄膜を導波層として組み合わせた構造で
位相整合が可能となる条件を見出し、先に特願昭63−
160804号を出願した。For this reason, the present inventors used L i N b O3 material and a 0.8 μm band semiconductor laser light source,
We investigated various combinations that can achieve phase matching between the fundamental wave light and the second harmonic light, and discovered that LiTa with a specific refractive index
os single crystal and Li with a specific refractive index on its surface
We discovered the conditions that would enable phase matching with a structure in which a NbOs thin film was combined as a waveguide layer, and first filed a patent application in 1983-
No. 160804 was filed.
しかしながら、先の発明は、基本波レーザー光源として
、0.8(tm帯の半導体レーザーを使用することがで
きるだけの極めて適用範囲の狭いものであり、しかも、
物質の屈折率は、−J’llQ的に波長により変化する
ため、異なった波長のレーザ光光源には適用することが
できなかった。However, the previous invention has an extremely narrow scope of application as it can only use a 0.8 (TM band) semiconductor laser as a fundamental wave laser light source, and furthermore,
Since the refractive index of a substance varies with wavelength in a -J'llQ manner, it could not be applied to laser light sources of different wavelengths.
そこで、本発明者らは、LiNbO,材料を使用し、種
々の波長のレーザ光光源で位相整合が可能となる5r(
G素子の条件について鋭意研究した結果、LiTa0z
基板上にLiNbOsfm膜導波層が形成されてなる第
2高調波発生素子であって、LiTaO3基板の基本波
レーザー光波長(λμm〉における常光屈折率(na3
2)および第2高調波波長(λμm/2)における異常
光屈折率(nesz )の値を特定の範囲とし、かつ基
本波レーザー光波長(λμm)における
LiNbO5薄膜導波層の常光屈折率(no□)、Li
TaO5基板の第2高調波波長(λμm/2)における
異常光屈折率(nus□)およびLiNbO3簿膜導波
層の第2高調波波長(λμm/2)における異常光屈折
率(n、、□)に特定の関係を満足させることにより、
第2高調波を極めて効率的に発生させることができるこ
とを新規に見出すに到り、本発明を完成させた。Therefore, the present inventors used LiNbO as a material and developed a 5r(
As a result of intensive research on the conditions of the G element, LiTa0z
This is a second harmonic generation element in which a LiNbOsfm film waveguide layer is formed on a substrate, and the ordinary refractive index (na3
2) and the value of the extraordinary refractive index (nesz) at the second harmonic wavelength (λμm/2) is set in a specific range, and the ordinary refractive index (no □), Li
Extraordinary refractive index (nus□) at the second harmonic wavelength (λμm/2) of the TaO5 substrate and extraordinary refractive index (n,,□) at the second harmonic wavelength (λμm/2) of the LiNbO3 film waveguide layer ) by satisfying a certain relation to
The present invention was completed based on the novel discovery that second harmonics can be generated extremely efficiently.
(問題を解決するための手段) 本発明は、LiTaO3基板上にL tNb○。(Means to solve the problem) In the present invention, LtNb○ is formed on a LiTaO3 substrate.
薄膜導波層が形威されてなる第2高調波発生素子であっ
て、L i T a○、基板の基本波レーザー光波長(
λμm)における常光屈折率(no、+ )が2.10
〜2.20、第2高調波波長(λttm/2)における
異常光屈折率(na32 )が2.22〜2.28であ
り、LiNbO5薄膜導波層の基本波レーザー光波長(
λμm)における常光屈折率(nox)と第2高調波波
長(λμm/2)における異常光屈折率(n5r8)が
下記の関係式で示されることを特徴とするSHG素子で
ある。A second harmonic generation element formed by a thin film waveguide layer, in which L i T a○ is the fundamental laser light wavelength of the substrate (
The ordinary refractive index (no, +) at λμm) is 2.10
~2.20, the extraordinary refractive index (na32) at the second harmonic wavelength (λttm/2) is 2.22-2.28, and the fundamental laser light wavelength (
This SHG element is characterized in that the ordinary refractive index (nox) at the wavelength of the second harmonic (λμm) and the extraordinary refractive index (n5r8) at the second harmonic wavelength (λμm/2) are expressed by the following relational expression.
(作用)
本発明のSHG素子の構造は、LiTaO5基板上にL
iNb0sF#膜導波層が形成されてなるものであるこ
とが必要である。(Function) The structure of the SHG element of the present invention is that L
It is necessary that an iNb0sF# film waveguide layer is formed.
S HG素子の構造が、基板上に薄膜導波層が形威され
てなるものであることが必要な理由は、基板上に薄膜導
波層が形威されたSHG素子における第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
や光波が薄膜内に閉し込められ、拡がらないために、長
い距離にわたって相互作用を行わせ得ることなどの利点
を有しているばかりでなく、従来用いられているバルク
を使用したSHG素子では、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り、また、基板とし
てLiTaO2、薄膜導波層としてLiNb0.を用い
ることが必要な理由は、前記LiNb0.は非線型光学
定数が大きいこと、光の損失が小さいこと、均一な膜を
作成できることが挙げられ、また、LiTaO3は、前
記LiNbO5と結晶構造が類似しており、前記LiN
b○、の薄膜を形威しやすく、また、高品質で安価な結
晶を入手し易いからである。The reason why it is necessary for the structure of the SHG element to be such that a thin film waveguide layer is formed on a substrate is that the second harmonic light in an SHG element that has a thin film waveguide layer formed on a substrate is Generation has the advantages of being able to utilize the energy of light concentrated in a thin film, and because the light waves are confined within the thin film and do not spread out, interactions can occur over long distances. This is because SHG elements that use conventional bulk materials have the advantage of being able to achieve phase matching by utilizing the mode dispersion of thin films even with materials that cannot be phase matched. LiNb0. as a wave layer. The reason why it is necessary to use LiNb0. LiTaO3 has a large nonlinear optical constant, low optical loss, and can form a uniform film.Also, LiTaO3 has a similar crystal structure to the LiNbO5, and the LiTaO3 has a similar crystal structure to the LiNbO5.
This is because it is easy to form a thin film of b○, and it is easy to obtain high quality and inexpensive crystals.
なお、前記L i T a Ox基板は、単結晶基板で
あることが有利である。Note that the L i T a Ox substrate is advantageously a single crystal substrate.
本発明のSHG素子は、LiTaO3基板の基本波レー
ザー光波長(λ)における常光屈折率(n、、、)が2
.10〜2620、第2高調波波長(λ/2)における
異常光屈折率(na32 )が2.22〜2.28であ
り、基本波レーザー光波長(λμm)におけるL i
N b Os薄膜導波層の常光屈折率(netl )
、L i T a 03基板の第2高調波波長(λμm
/2)における異常光屈折率(na32 )と第2高調
波波長(λμm/2)における異常光屈折率(n、Ft
)が下記の関係式を満足するものであることが必要であ
る。。In the SHG element of the present invention, the ordinary refractive index (n, , ) of the LiTaO3 substrate at the fundamental laser light wavelength (λ) is 2.
.. 10 to 2620, the extraordinary refractive index (na32) at the second harmonic wavelength (λ/2) is 2.22 to 2.28, and the Li at the fundamental laser light wavelength (λμm) is
Ordinary refractive index (netl) of NbOs thin film waveguide layer
, the second harmonic wavelength (λμm
/2) and the extraordinary refractive index (n, Ft) at the second harmonic wavelength (λμm/2).
) must satisfy the following relational expression. .
その理由は、前記LiTaO3基板の基本波レーザー光
波長(λμm)における常光屈折率(n。、)が2.1
0〜2.20、第2高調波波長(λμm/2)における
異常光屈折率(n1□)が2.22〜2.28であり、
しかも前記関係式を満足する構造とすることにより、極
めて高い変換効率を有するSHG素子を得ることができ
るからである。The reason is that the ordinary refractive index (n.,) of the LiTaO3 substrate at the fundamental laser light wavelength (λμm) is 2.1.
0 to 2.20, the extraordinary refractive index (n1□) at the second harmonic wavelength (λμm/2) is 2.22 to 2.28,
Moreover, by creating a structure that satisfies the above relational expression, it is possible to obtain an SHG element with extremely high conversion efficiency.
特に高い変換効率を得るには、
T(netl nas□ )
を満足することが有利であり、なかでも、T (no
□ −n1□ )
を満足することが好適である。In order to obtain particularly high conversion efficiency, it is advantageous to satisfy T(netl nas□), and in particular, T(no
□ −n1□ ) is preferably satisfied.
本発明のSHG素子は、LiTaO3基板の基本波レー
ザー光波長(λμm)における常光屈折率(na32
)が2.10〜2..20、第2高調波波長(λμm/
2)における異常光屈折率(nus2)が2.22〜2
.28であることが必要である。The SHG element of the present invention has an ordinary refractive index (na32
) is 2.10 to 2. .. 20. Second harmonic wavelength (λμm/
The extraordinary refractive index (nus2) in 2) is 2.22 to 2
.. Must be 28.
その理由は、LiTaO3基板の基本波レーザー光波長
における常光屈折率(netl)および第2高調波波長
における異常光屈折率(na32 )は、なるべく低い
ことが望ましいが、前記屈折率の範囲よりも低いLiT
aO5基板を得ることは困難であるからであり、一方前
記屈折率の範囲よりも高いと高い変換効率を有するSH
G素子を得ることが困難になるからである。The reason is that the ordinary refractive index (netl) at the fundamental laser light wavelength and the extraordinary refractive index (na32) at the second harmonic wavelength of the LiTaO3 substrate are preferably as low as possible, but are lower than the above refractive index range. LiT
This is because it is difficult to obtain an aO5 substrate, and on the other hand, SH has a high conversion efficiency when the refractive index is higher than the above range.
This is because it becomes difficult to obtain a G element.
前述の如き屈折率を有するLiNb0.薄膜導波層、お
よびLiTaO3基板は、Na、Cr。LiNb0. The thin film waveguide layer and the LiTaO3 substrate are made of Na, Cr.
Mg、Nd、Ti、Vなどの異種元素を含有させること
により、屈折率を調整したものを使用することが有利で
ある。It is advantageous to use a material whose refractive index is adjusted by containing different elements such as Mg, Nd, Ti, and V.
前記LjNbOsfi膜導波層、およびLiTaO3基
板に、Na、Cr、Nd、Tiなどを含有させることに
より、前記LiNb0spi膜導波層、およびLiTa
O3基板の屈折率を上げることができ、また、Mg、V
などを含有させることにより、前記LiNb0.薄膜導
波層、およびLiTaO3基板の屈折率を下げることが
できる。By incorporating Na, Cr, Nd, Ti, etc. into the LjNbOsfi film waveguide layer and the LiTaO3 substrate, the LiNbOspi film waveguide layer and the LiTaO3 substrate are
The refractive index of the O3 substrate can be increased, and Mg, V
By containing the above-mentioned LiNb0. The refractive index of the thin film waveguide layer and the LiTaO3 substrate can be lowered.
前記Naの含有量は、0.1〜10mo1%であること
が望ましい。この理由は、Naの含有量がlomo1%
を越える場合は、LiNb0.薄膜導波層、あるいはL
iTaO5基板の光学的特性が低下するからであり、ま
たQ、1mo1%より低い場合、屈折率が殆ど変化しな
いため、いずれの場合も実用的なSHG素子とはならな
いからである。前記Naの含有量は、なかでも0.8m
01%〜2mo 1%が好適である。The content of Na is preferably 0.1 to 10 mo1%. The reason for this is that the Na content is lomo1%.
If it exceeds LiNb0. Thin film waveguide layer or L
This is because the optical properties of the iTaO5 substrate deteriorate, and when Q is lower than 1 mo 1%, the refractive index hardly changes, so in either case it cannot be a practical SHG element. The content of Na is 0.8 m
01% to 2mo1% is suitable.
また、前記Crの含有量は、0.02〜20mo1%で
あることが望ましい、この理由は、前記Crの含有量が
20mo1%を越える場合は、L i N b Os薄
膜導波層、あるいはL i T a Ox基板の光学的
特性が低下するからであり、また0゜1mo1%より低
い場合、屈折率が殆ど変化しないため、いずれの場合も
実用的なSHG素子とはならないからである。前記Cr
の含有量は、なかでも0.2mo1%〜10mo1%が
好適である。Further, the Cr content is preferably 0.02 to 20 mo1%. The reason for this is that when the Cr content exceeds 20 mo1%, a LiNbOs thin film waveguide layer or an L This is because the optical properties of the i T a Ox substrate will deteriorate, and if it is lower than 0°1 mo1%, the refractive index will hardly change, so in either case it will not be a practical SHG element. Said Cr
The content of 0.2 mo1% to 10 mo1% is especially suitable.
さらに、前記Mgの含有量は、0.1〜20m01%で
あることが望ましい。この理由は、前記Mgの含有量が
20mo1%を越える場合は、LiNbO5薄膜導波層
、あるいはLiTaO5基板の光学的特性が低下するか
らであり、またO11mo1%より低い場合、光を員傷
を防止する効果が殆どないため、いずれの場合も実用的
なS HG素子とはならないからである。前記Mgの含
有量は、なかでも2.0mo1%〜10mo1%が好適
である。Further, the content of Mg is preferably 0.1 to 20m01%. The reason for this is that if the Mg content exceeds 20 mo1%, the optical properties of the LiNbO5 thin film waveguide layer or LiTaO5 substrate will deteriorate, and if the Mg content is lower than O11 mo1%, it will prevent light damage. This is because, in either case, it will not be a practical SHG element because it has almost no effect. The Mg content is preferably 2.0 mo1% to 10 mo1%.
前記Tiの含有量は、0.2〜30mo1%であること
が望ましい。この理由は、Tiの含有量が30mo1%
を越える場合は、LiNb0.薄膜導波層、あるいはL
iTaO3!S板の光学的特性が低下するからであり、
また0、2mo1%より低い場合、屈折率が殆ど変化し
ないため、いずれの場合も実用的なSHG素子とはなら
ないからである。前記Tiの含有量は、なかでも1.
0mo1%〜15mo 1%が好適である。The Ti content is preferably 0.2 to 30 mo1%. The reason for this is that the Ti content is 30 mo1%.
If it exceeds LiNb0. Thin film waveguide layer or L
iTaO3! This is because the optical properties of the S plate deteriorate,
Moreover, if it is lower than 0.2 mo1%, the refractive index hardly changes, and in any case, it will not be a practical SHG element. Among others, the content of Ti is 1.
0mo1% to 15mo1% is suitable.
前記Ndの含有量は、0.02〜10mo1%であるこ
とが望ましい、この理由は、Ndの含有量が10mo1
%を越える場合は、L i N b Oz薄膜導波層、
あるいはLiTaO5基板の光学的特性が低下するから
であり、また0、02mo1%より低い場合、屈折率が
殆ど変化しないため、いずれの場合も実用的なS HG
素子とはならないからである。前記Ndの含有量は、な
かでも0.5mo 1%〜5mo 1%が好適である。The Nd content is preferably 0.02 to 10 mol%. The reason for this is that the Nd content is 10 mol%.
%, L i N b Oz thin film waveguide layer,
Alternatively, the optical properties of the LiTaO5 substrate deteriorate, and if it is lower than 0.02mol%, the refractive index hardly changes, so in either case, practical SHG
This is because it does not become an element. The content of Nd is preferably 0.5mo 1% to 5mo 1%.
前記Vの含有量は、0.05〜30mo1%であること
が望ましい。この理由は、前記■の含仔量が30mo1
%を越える場合は、LiNbO5薄膜導波層、あるいは
LiTaO3基板中に構造の異なる結晶が析出して、光
学的特性が低下するからであり、また0、05mo1%
より低い場合は、屈折率が殆ど変化しないため、いずれ
の場合も実用的なSHG素子とはならないからである。The content of V is preferably 0.05 to 30 mo1%. The reason for this is that the grain content of the above ① is 30mol1.
This is because if it exceeds 0.05mol%, crystals with different structures will precipitate in the LiNbO5 thin film waveguide layer or LiTaO3 substrate, deteriorating the optical properties.
If it is lower, the refractive index will hardly change, so in any case, it will not be a practical SHG element.
前記Vの含有量は、なかでも2.0mo1%〜10mo
1%が好適である。The content of V is 2.0 mo1% to 10 mo
1% is preferred.
なお、前記含有量は、L i N b Osあるいは、
L i T a 03に対する異種元素のmo1%で表
わされている。Note that the content is L i N b Os or
It is expressed as mo1% of the foreign element with respect to L i T a 03.
前記Na、Cr、Mg、Nd、Ti、Vなどの異種元素
を含有させたLiNb0zfl膜導波層を得る方法とし
ては、予め、原料と異種元素あるいは5′!種元素化合
物を混合しておき、液相エピタキシャル成長法にてLi
TaO3基板上にLiNb0.薄膜導波層を形成する方
法、スパッタリング法、イf機金属化学堆積(MOCV
D)法、分子ビームエピクキシー(MBE)法、あるい
は前記L i T a Oz基板あるいはLiNbO5
薄膜導波層に、Na、Cr、Mg、Nd、Ti、Vなど
の異種元素を拡散させる方法、イオン注入法など種々の
方法を用いることができる。As a method for obtaining the LiNb0zfl film waveguide layer containing a different element such as Na, Cr, Mg, Nd, Ti, V, etc., the raw material and the different element or 5'! Seed element compounds are mixed and Li is grown by liquid phase epitaxial growth method.
LiNb0. on TaO3 substrate. Methods of forming thin film waveguide layers, sputtering method, metal chemical deposition (MOCV)
D) method, molecular beam epixiety (MBE) method, or the above Li Ta Oz substrate or LiNbO5
Various methods can be used, such as a method of diffusing different elements such as Na, Cr, Mg, Nd, Ti, and V into the thin film waveguide layer, and an ion implantation method.
本発明のS HG素子は、基本波レーザー光波長(λμ
m)が、0.68〜0.94μmであることが好ましい
。The SHG element of the present invention has a fundamental laser light wavelength (λμ
m) is preferably 0.68 to 0.94 μm.
その理由は、前記基本波レーザー光(λμm)としては
、なるべく波長の短いものであることが有利であるが、
半導体レーザによって0.68μmより短い波長のレー
ザー光を発生させることは、実質的に困難であるからで
あり、一方0.94μmより長い波長の基本波レーザー
光を使用した場合には、得られる第2高調波の波長が基
本波レーザー光の1/2であることから、直接半導体レ
ーザによって比較的簡単に発生させることのできる波長
領域であってS It G素子を使用する優位性が見出
せないからである。前記基本波レーザー光の波長(λ)
は、半導体レーザー光源を比較的入手し易い0.78〜
0386μmが有利であり、なかでも、0.82〜0.
84μmが実用上好適である。The reason is that it is advantageous for the fundamental wave laser light (λμm) to have a wavelength as short as possible;
This is because it is substantially difficult to generate laser light with a wavelength shorter than 0.68 μm using a semiconductor laser, whereas when using a fundamental laser light with a wavelength longer than 0.94 μm, the resulting Since the wavelength of the second harmonic is 1/2 that of the fundamental laser beam, this is a wavelength range that can be relatively easily generated directly by a semiconductor laser, and there is no advantage to using an S It G element. It is. Wavelength (λ) of the fundamental laser beam
is 0.78~, which is relatively easy to obtain a semiconductor laser light source.
0.386 μm is advantageous, especially 0.82 to 0.0386 μm.
84 μm is practically suitable.
本発明のS HG素子のL i N b Os薄膜導波
層のII!ff(T)は0.3〜16μmの範囲である
ことが好ましい。II of the L i N b Os thin film waveguide layer of the SHG device of the present invention! It is preferable that ff(T) is in the range of 0.3 to 16 μm.
その理由は、前記薄膜導波層の膜W−(T)が、0゜3
μmより薄い場合、基本波レーザ光を入射させることが
困難で、入射効率が低いため、実質的に高いS HG変
換効率が得られ難いからであり、一方16μmより厚い
場合、光パワー密度が低く、5HGi換効率が低くなっ
てしまい、いずれの場合もSHG素子として、使用する
ことが困難であるからである。前記薄膜導波層の膜厚は
、なかでも0. 5〜10μmが有利であり、特に、1
〜8μmが実用上好適である。The reason is that the film W-(T) of the thin film waveguide layer is 0°3
If it is thinner than 16 μm, it is difficult to make the fundamental laser beam incident and the incidence efficiency is low, making it difficult to obtain substantially high SHG conversion efficiency.On the other hand, if it is thicker than 16 μm, the optical power density is low. , 5HGi conversion efficiency becomes low, making it difficult to use as an SHG element in either case. The thickness of the thin film waveguide layer is preferably 0. 5 to 10 μm is advantageous, especially 1
~8 μm is practically suitable.
本発明のSHG素子は、薄膜導波層の光学軸(Z軸)に
対する基本波レーザー光の入射角(θ)が、0±15°
あるいは90±15°の範囲内であることが好ましい。In the SHG element of the present invention, the incident angle (θ) of the fundamental laser beam with respect to the optical axis (Z axis) of the thin film waveguide layer is 0±15°.
Alternatively, it is preferably within the range of 90±15°.
その理由は、前記基本波レーザー光の入射角(θ)が5
前記範囲内の場合、第2高調波への変換効率が、極めて
高いからである。前記基本波レーザー光の入射角は、な
かでも、O±5°あるいは90±5°の範囲内であるこ
とが有利である。The reason is that the incident angle (θ) of the fundamental wave laser beam is 5
This is because within the above range, the conversion efficiency to the second harmonic is extremely high. It is particularly advantageous for the incident angle of the fundamental laser beam to be within the range of 0±5° or 90±5°.
また、本発明のSHG素子は、幅が1〜10μmである
チャンネル型であることが有利である。Furthermore, the SHG element of the present invention is advantageously of a channel type having a width of 1 to 10 μm.
チャンネル型のS HG素子が有利である理由は、スラ
ブ型に比べて、光パワー密度を高くできるからであり、
また、幅が1〜IOμmであることが有利である理由は
、幅がλμmより小さいと、入射光を導波路に導入する
ことが難しく、入射効率が低いため、S HG変換効率
も低くなってしまうからであり、一方入射効率は幅が大
きいほど高いが、10μmより大きいと、光パワー密度
が低下するため、SHG変換効率が低下するからである
。The reason why a channel type SHG element is advantageous is that the optical power density can be higher than that of a slab type.
Also, the reason why it is advantageous for the width to be 1 to IO μm is that if the width is smaller than λμm, it is difficult to introduce the incident light into the waveguide, and the incidence efficiency is low, so the SHG conversion efficiency is also low. On the other hand, the larger the width, the higher the incidence efficiency is, but if it is larger than 10 μm, the optical power density decreases, and the SHG conversion efficiency decreases.
前記チャンネル型のSHO素子の製造方法としては、例
えば、基板上にスパッタリングや液相エピタキシャル成
長法などの方法により、薄膜導波層を形成した後、さら
に、前記薄膜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導導波路バクノン形成し、これ
をエツチングマスクとして、イオンビームエンチングす
ることにより、チャンネル型のS HG素子を作成する
などの方法をとることができる。The method for manufacturing the channel-type SHO element includes, for example, forming a thin film waveguide layer on a substrate by a method such as sputtering or liquid phase epitaxial growth, and then applying photolithography and RF on the thin film waveguide layer. A method such as forming a Ti waveguide backbone by sputtering and performing ion beam etching using this as an etching mask to create a channel type SHG element can be used.
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。Examples of the present invention will be described in detail below.
実施例1−1
液相エビクキシャル戒長法により厚さ0.5 +++m
のZカッ)LiTaOユ単結晶基板上に種々の厚さのT
i、Mg、Na(各5.5.2molX)固溶LiNb
0*単結晶薄膜を成長させた0表面を鏡面研磨して両側
の端面を鏡面研磨し該端面よりの光入出射を可能とじS
HG素子とした。基本波レーザ光波長λを0.837
1mとしたとき、LiTaO3単結晶基板の常光屈折率
(no!+ )は2.151. LiNbO5単結晶薄
膜導波層の常光屈折率(nOF+ )は2.273、第
2高調波λ/2におけるLiTaO3単結晶基板の異常
光屈折率(n@St )は2゜263、λ/2における
LiNbO5単結晶薄膜導波層の異常光屈折率(n1l
F! )は2.267、であった。Example 1-1 Thickness 0.5 +++ m by liquid phase eviaxial method
) Various thicknesses of T on LiTaO single crystal substrate
i, Mg, Na (each 5.5.2 molX) solid solution LiNb
S
It was made into an HG element. Fundamental laser light wavelength λ is 0.837
When it is 1 m, the ordinary refractive index (no!+) of the LiTaO3 single crystal substrate is 2.151. The ordinary refractive index (nOF+) of the LiNbO5 single crystal thin film waveguide layer is 2.273, and the extraordinary refractive index (n@St) of the LiTaO3 single crystal substrate at the second harmonic λ/2 is 2°263, at λ/2. Extraordinary optical refractive index (n1l) of LiNbO5 single crystal thin film waveguide layer
F! ) was 2.267.
このSHG素子は、
null nss!
前記SHO素子において、Ti、l’1g、Na固Ig
L i N b O。This SHG element is null nss! In the SHO element, Ti, l'1g, Na solid Ig
L i N b O.
薄膜の厚さを2.02μmとした。The thickness of the thin film was 2.02 μm.
このSHO素子について、波長0.83μm、 40m
Wの半導体レーザを単結晶薄膜の結晶軸(Z軸)に対し
て90″の角度で入射した場合のS HC変換効率を測
定したところ21.2%であり、非常に高い効率が得ら
れた。Regarding this SHO element, the wavelength is 0.83μm, 40m
When the SHC conversion efficiency was measured when the W semiconductor laser was incident at an angle of 90'' to the crystal axis (Z axis) of the single crystal thin film, it was 21.2%, which was a very high efficiency. .
実施例1−2 基本的には、実施例1−1と同様であるが、Ti。Example 1-2 Basically the same as Example 1-1, but using Ti.
Mg、Na固溶LiNb0.薄膜の厚さを9.8μmと
したSHG素子を作成した。Mg, Na solid solution LiNb0. An SHG element with a thin film thickness of 9.8 μm was created.
このSHO素子に波長0.83μm、40mWの半導体
レーザを単結晶薄膜の結晶軸(Z軸)に対して90′の
角度で入射した場合のS HC変換効率を測定したとこ
ろ、1.7%であり、SHG素子として充分高い効率が
得られた。When we measured the SHC conversion efficiency when a 40 mW semiconductor laser with a wavelength of 0.83 μm was incident on this SHO element at an angle of 90' to the crystal axis (Z axis) of the single crystal thin film, it was 1.7%. Therefore, a sufficiently high efficiency was obtained as an SHG element.
実施例1−3 基本的には、実施例1−1と同様であるが、Ti。Example 1-3 Basically the same as Example 1-1, but using Ti.
Mg、Na固ン容LiNbO5薄膜の1¥さを0.7
μmとしたSHG素子を製造した。1 yen of Mg, Na solid content LiNbO5 thin film is 0.7
A SHG element with a diameter of μm was manufactured.
このS HG素子について、波長0.83μm、40m
Wの半導体レーザを単結晶薄膜の結晶軸(Z軸)に対し
て90″の角度で入射した場合のS HC変換効率を測
定したところ、1.8%であり、SHC。Regarding this SHG element, the wavelength is 0.83μm, 40m
When the SHC conversion efficiency was measured when a W semiconductor laser was incident at an angle of 90'' to the crystal axis (Z axis) of a single crystal thin film, it was 1.8%.
素子として充分高い効率が得られた。Sufficiently high efficiency was obtained as an element.
実施例2−1
RFスパンタリング法により、厚さ0.51111のY
カットLiTa01単結晶基板上に厚さλμmのVzO
1FJ膜を形威し、熱拡散法によりLiTaO3単結晶
表層に■を拡散させた。基本波レーザ光波長λを017
8μmとしたとき、■拡散LiTaO3基板の常光屈折
率(no7 )は2.153 、第二高調波λ/2にお
ける■拡散LiTaO5基板の異常光屈折率(nas、
)は2.272となった。Example 2-1 Y with a thickness of 0.51111 by RF sputtering method
VzO with a thickness of λμm on a cut LiTa01 single crystal substrate
A 1FJ film was formed, and ■ was diffused into the surface layer of the LiTaO3 single crystal using a thermal diffusion method. Fundamental laser light wavelength λ is 017
8 μm, ■The ordinary refractive index (no7) of the diffused LiTaO3 substrate is 2.153, and ■The extraordinary refractive index of the diffused LiTaO5 substrate at the second harmonic λ/2 (nas,
) was 2.272.
この基板上に液相エピタキシャル成長法により種々の厚
さのMg、 Nd (それぞれ5mo1%、2慴01%
)固溶LiNbO3単結晶a膜を成長させた。表面を鏡
面研磨して両側の端面を鏡面研磨し該端面よりの光入出
射を可能とじS HG素子とした。基本波レーザ光波長
λを0.78μmとしたとき、?1g、Nd固溶1.1
Nboz薄膜導波層の常光屈折率(nov+ )は2.
281、第二高調波λ/2におけるMg、 Nd固溶L
iNbO3薄膜導波層の異常光屈折率(ne□)は2.
276、であった。On this substrate, various thicknesses of Mg and Nd (5 mo1%, 2 mo1%, respectively) were grown by liquid phase epitaxial growth.
) A solid solution LiNbO3 single crystal a film was grown. The surface was mirror-polished and the end faces on both sides were mirror-polished to make it possible for light to enter and exit from the end faces to form a SHG element. When the fundamental laser light wavelength λ is 0.78 μm, ? 1g, Nd solid solution 1.1
The ordinary refractive index (nov+) of the Nboz thin film waveguide layer is 2.
281, Mg, Nd solid solution L at second harmonic λ/2
The extraordinary refractive index (ne□) of the iNbO3 thin film waveguide layer is 2.
It was 276.
このSHO素子は、
n@F! n*5Z
前記SHO素子のMg、Nd固溶LiNb0z薄膜の厚
さを2.10μmとした。This SHO element is n@F! n*5Z The thickness of the Mg, Nd solid solution LiNb0z thin film of the SHO element was 2.10 μm.
このSHG素子について、波長Q、787zm、40m
Wの半導体レーザを単結晶薄膜の結晶軸(Z軸)に対し
て90°の角度で入射した場合のSHG変換効率を測定
したところ19.0%であり、非常に高い効率が得られ
た。Regarding this SHG element, wavelength Q, 787zm, 40m
When the SHG conversion efficiency was measured when a W semiconductor laser was incident at an angle of 90° to the crystal axis (Z axis) of the single crystal thin film, it was 19.0%, and a very high efficiency was obtained.
実施例2−2
実施例2−1と基本的には同様であるが、Mg+Nd固
溶LiNb0.薄膜の厚さをlO,4μmとしたS H
G素子について、波長0.78μm、40mWの半導体
レーザを単結晶7N膜の結晶軸(Z軸)に対して90°
の角度で入射した場合のS HC変換効率を測定したと
ころ、1.3%であり、SHG素子とし°ζ充分高い効
率が得られた。Example 2-2 Basically the same as Example 2-1, except that Mg+Nd solid solution LiNb0. S H with a thin film thickness of lO, 4 μm
For the G element, a 40 mW semiconductor laser with a wavelength of 0.78 μm is set at 90° to the crystal axis (Z axis) of the single crystal 7N film.
When the SHC conversion efficiency was measured when incident at an angle of 1.3%, a sufficiently high efficiency was obtained as an SHG element.
実施例2−3
実施例2−1と基本的には何様であるが、MgNcl固
)容LiNb0sfl膜の厚さを0.5μmとしたSH
G素子について、波長0.78μm、40mWの半導体
レーザを光源単結晶薄膜の結晶軸(Z軸)に対して90
°の角度で入射した場合のSHG変換効率を測定したと
ころ、1.7%であり、S HG素子として充分高い効
率が得られた。Example 2-3 The SH was basically the same as Example 2-1, but the thickness of the MgNcl LiNb0sfl film was 0.5 μm.
For the G element, a 40 mW semiconductor laser with a wavelength of 0.78 μm is placed at 90° with respect to the crystal axis (Z axis) of the light source single crystal thin film.
When the SHG conversion efficiency was measured when the light was incident at an angle of .degree., it was 1.7%, which was a sufficiently high efficiency as an SHG element.
実施例3−1
RFスバ・フタ法により厚さ0.511111のXカン
トLiTaO3単結晶基板上に厚さλμmのl’1gO
薄膜を形威し、熱拡散法によりLiTaO5単結晶表層
にMgを拡散させ、基本波レーザ光波長λを0.9μm
としたとき、Mg拡散LiTaO3単結晶基板の常光屈
折率(n。31 )は2.141 、第2高調波λ/2
における門g拡散LiTaO3単結晶基板の常光屈折
率(na32 )は2゜245となった。Example 3-1 L'1gO with a thickness of λμm was deposited on an X-cant LiTaO3 single crystal substrate with a thickness of 0.511111 by the RF sub-lid method.
Form a thin film, diffuse Mg into the surface layer of the LiTaO5 single crystal using thermal diffusion method, and adjust the fundamental laser light wavelength λ to 0.9 μm.
Then, the ordinary refractive index (n.31) of the Mg-diffused LiTaO3 single crystal substrate is 2.141, and the second harmonic λ/2
The ordinary refractive index (na32) of the diffused LiTaO3 single crystal substrate was 2°245.
この基板上に液相エピタキシャル成長法により、種々の
厚さのMg、Nd’(5,5motχ)固溶LiNb0
z単結晶薄膜を成長させた9表面を鏡面研磨して両側の
端面を鏡面研磨し該端面よりの光入出射を可能としSH
C素子とした。On this substrate, various thicknesses of Mg, Nd'(5,5motχ) solid solution LiNb0 were grown by liquid phase epitaxial growth.
z The nine surfaces on which the single-crystal thin film was grown are mirror-polished, and the end faces on both sides are mirror-polished to allow light to enter and exit from the end faces.SH
It was used as a C element.
基本波レーザ光波長λを0.9μmとしたとき、Mg、
Nd固溶LiNbO5単結晶薄膜導波層の常光屈折率(
nor+ )は、2.285 、第二高調波λ/2にお
けるMg、Nd固溶LiNb0.単結晶薄膜導波層の異
常光屈折率(n*vz )は、2.263であった。When the fundamental laser light wavelength λ is 0.9 μm, Mg,
Ordinary refractive index of Nd solid solution LiNbO5 single crystal thin film waveguide layer (
nor+) is 2.285, Mg, Nd solid solution LiNb0. at the second harmonic λ/2. The extraordinary refractive index (n*vz) of the single crystal thin film waveguide layer was 2.263.
このSHO素子は、
n*F! noil
Mg、Nd固溶LjNb03単結晶薄膜の厚さを2.1
3μmとしたS HG素子について、波長0.9μm、
40mWの半導体レーザを単結晶薄膜の結晶軸(Z軸)
に対して0°の角度で入射した場合のSHG変換効率を
測定したところ、26.2%であり、非常に高いSHG
変換効率が得られた。This SHO element is n*F! noil Mg, Nd solid solution LjNb03 single crystal thin film thickness 2.1
For the SHG element with a wavelength of 3 μm, the wavelength is 0.9 μm,
A 40mW semiconductor laser is aligned with the crystal axis (Z axis) of a single crystal thin film.
When the SHG conversion efficiency was measured at an angle of 0°, it was 26.2%, which is a very high SHG conversion efficiency.
Conversion efficiency was obtained.
実施例3−2
基本的には、実施例3−1と同様であるが、前記S H
G素子において、Mg、Nd固溶LiNb0ゴ薄膜の厚
さを14.0μmとした。Example 3-2 Basically the same as Example 3-1, except that the S H
In the G element, the thickness of the Mg, Nd solid solution LiNb0 thin film was 14.0 μm.
この5IIG素子に波長0.9 um、40mWの半導
体レーザを単結晶薄膜の結晶軸(Z軸)に対して、0@
の角度で入射した場合のSHG変換効率を測定したとこ
ろ1.6%であり、SHG素子として充分高い効率が得
られた。A 40 mW semiconductor laser with a wavelength of 0.9 um is attached to this 5IIG element at 0@
The SHG conversion efficiency when incident at an angle of 1.6% was measured, and a sufficiently high efficiency was obtained as an SHG element.
実施例3−3 基本的には、実施例3−1と同様であるが、Mg。Example 3-3 Basically the same as Example 3-1, but with Mg.
Nd固ン容LiNb0.薄膜の厚さを0.7μmとした
SHG素子について、波長0.9μm、40mWの半導
体レーザを単結晶薄膜の結晶軸(Z軸)に対して、0°
の角度で、入射した場合のSHO変換効率を測定したと
ころ、2.0%であり、SHG素子として充分高い効率
が得られた。Nd solid content LiNb0. For an SHG element with a thin film thickness of 0.7 μm, a 40 mW semiconductor laser with a wavelength of 0.9 μm is set at 0° with respect to the crystal axis (Z axis) of the single crystal thin film.
When the SHO conversion efficiency was measured when the light was incident at an angle of 2.0%, a sufficiently high efficiency was obtained as an SHG element.
実施例4−1
液相エピタキシャル成長法により厚さ0.5 +a−の
ZカットLiTaO3単結晶基板上に種々の厚さのMg
O(2mo1%)固溶LiNb0i単結晶薄膜を成長さ
せた。Example 4-1 Various thicknesses of Mg were deposited on a Z-cut LiTaO3 single crystal substrate with a thickness of 0.5 +a- by liquid phase epitaxial growth.
A solid solution LiNb0i single crystal thin film with O (2 mo1%) was grown.
表面を鏡面研磨して両側の端面を鏡面研磨し該端面より
の光入出射を可能としSHG素子とした。The surface was mirror-polished and the end faces on both sides were mirror-polished to allow light to enter and exit from the end faces, thereby forming an SHG element.
基本波レーザ光波長λを0.83μmとしたとき、Li
TaO3単結晶基板の常光屈折率(na31 )は2.
141、λにおけるLiNbO3単結晶薄膜導波層の常
光屈折率(nOF+ )は2.273、第二高調波λ/
2におけるLiTa0z単結晶基板の異常光屈折率(n
a32 )は2.263、λ/2におけるLiNb0.
単結晶薄膜導波層の異常光屈折率(n*Ft )は2.
267、であった。When the fundamental laser light wavelength λ is 0.83 μm, Li
The ordinary refractive index (na31) of the TaO3 single crystal substrate is 2.
141, the ordinary refractive index (nOF+) of the LiNbO3 single crystal thin film waveguide layer at λ is 2.273, and the second harmonic λ/
The extraordinary refractive index (n
a32) is 2.263, LiNb0. at λ/2.
The extraordinary refractive index (n*Ft) of the single crystal thin film waveguide layer is 2.
It was 267.
このS II G素子は、
n*F! n@sM
前記SHG素子におイテ、MgO固溶LiNb03a膜
の厚さを2.0λμmとした。This S II G element is n*F! n@sM In the above SHG element, the thickness of the MgO solid solution LiNb03a film was set to 2.0λμm.
二のS I(G素子について、波長0.83μm、40
mWの半導体レーザを単結晶薄膜の結晶軸(Z軸)に対
して90″の角度で入射した場合のSHG変換効率を測
定したところ21.2%であり、非常に高い効率が得ら
れた。Second S I (for G element, wavelength 0.83 μm, 40
The SHG conversion efficiency when a mW semiconductor laser was incident at an angle of 90'' with respect to the crystal axis (Z axis) of the single crystal thin film was measured and was 21.2%, indicating a very high efficiency.
実施例4−2
基本的には、実施例4−1と同様であるが、MgO固溶
LiNb0sFI膜の厚さを17.8μmとしたS H
G素子を作成した。Example 4-2 Basically the same as Example 4-1, except that the thickness of the MgO solid solution LiNb0sFI film was 17.8 μm.
A G element was created.
このSHG素子に波長0.83μm、40mWの半導体
レーザを単結晶薄膜の結晶軸(Z軸)に対して90°の
角度で入射した場合のS HG変換効率を測定したとこ
ろ、1.7%であり、SHG素子として充分高い効率が
得られた。When we measured the SHG conversion efficiency when a 40 mW semiconductor laser with a wavelength of 0.83 μm was incident on this SHG element at an angle of 90° to the crystal axis (Z axis) of the single crystal thin film, it was 1.7%. Therefore, a sufficiently high efficiency was obtained as an SHG element.
実施例4−3
基本的には、実施例4−1と同様であるが、Mg0UI
A溶LvbosfW膜の厚さを0.5 μmとしたSH
G素子を製造した。Example 4-3 Basically the same as Example 4-1, but with Mg0UI
SH where the thickness of the A-soluble LvbosfW film was 0.5 μm
A G element was manufactured.
このSHG素子について、波長0.83μm、 40m
Wの半導体レーザを単結晶薄膜の結晶軸(Z軸)に対し
て90”の角度で入射した場合のSHG変換効率を測定
したところ、1.8%であり、SHG素子として充分高
い効率が得られた。Regarding this SHG element, the wavelength is 0.83μm, 40m
When the SHG conversion efficiency was measured when a W semiconductor laser was incident at an angle of 90'' to the crystal axis (Z axis) of a single crystal thin film, it was 1.8%, which was a sufficiently high efficiency as an SHG element. It was done.
実施例5−1
液相エピタキシャル成長法により厚さ0.5 mmのX
カッ) LiTaO3単結晶基板上に種々の厚さのNd
(5mo1%)固溶LiNb0.単結晶薄膜を成長さ
せた0表面を鏡面研磨して両側の端面を鏡面研磨し該端
面よりの光入出射を可能としSHG素子とした。基本波
レーザ光波長λを0.9μmとしたとき、λにおけるL
iTaO3単結晶基板の常光屈折率(na31 )は2
.141 λにおけるNdl1!if溶LiNb0z薄
膜導波層の常光屈折率(no□)は2.285、λ/2
におけるLiTaO3単結晶基板の異常光屈折率(nm
s* )は2゜245、λ/2におけるNd固溶LiN
b0.薄膜導波層の異常光屈折率(fl*Fl )は2
.263、であった。Example 5-1 X with a thickness of 0.5 mm by liquid phase epitaxial growth method
) Nd of various thicknesses on a LiTaO3 single crystal substrate
(5mo1%) solid solution LiNb0. The surface on which the single-crystal thin film was grown was mirror-polished, and the end faces on both sides were mirror-polished to enable light to enter and exit from the end faces, producing an SHG element. When the fundamental laser light wavelength λ is 0.9 μm, L at λ
The ordinary refractive index (na31) of the iTaO3 single crystal substrate is 2
.. Ndl1 at 141 λ! If the ordinary refractive index (no□) of the molten LiNb0z thin film waveguide layer is 2.285, λ/2
The extraordinary refractive index (nm
s*) is 2°245, Nd solid solution LiN at λ/2
b0. The extraordinary refractive index (fl*Fl) of the thin film waveguide layer is 2
.. It was 263.
このSHO素子は、
n@F! −ns!!
前記S HC素子のNd固溶LiNbO5薄膜の厚さを
2゜13μmとした。This SHO element is n@F! -ns! ! The thickness of the Nd solid solution LiNbO5 thin film of the SHC element was set to 2°13 μm.
このS HC素子について、波長0.9μm、 40m
Wの半導体レーザを単結晶薄膜の結晶軸(Z軸)に対し
てOoの角度で入射した場合のSHO変換効率を測定し
たところ26.2%であり、非常に高い効率が得られた
。Regarding this SHC element, the wavelength is 0.9 μm and 40 m.
When the SHO conversion efficiency was measured when a W semiconductor laser was incident at an angle of Oo with respect to the crystal axis (Z axis) of the single crystal thin film, it was 26.2%, and a very high efficiency was obtained.
実施例5−2
実施例5−1と基本的には同様であるが、Nd固溶Li
NbO5薄膜の厚さを14.0 p mとしたSHO素
子について、波長0.9μm、40mWの半導体レーザ
を単結晶薄膜の結晶軸(Z軸)に対して0°の角度で入
射した場合のSHG変換効率を測定したところ、1.6
%であり、SHG素子として充分高い効率が得られた。Example 5-2 Basically the same as Example 5-1, but with Nd solid solution Li
For a SHO device with a NbO5 thin film of 14.0 pm, SHG when a 40 mW semiconductor laser with a wavelength of 0.9 μm is incident at an angle of 0° to the crystal axis (Z axis) of the single crystal thin film. When we measured the conversion efficiency, it was 1.6.
%, and a sufficiently high efficiency was obtained as an SHG element.
実施例5−3
実施例5−1と基本的には、同様であるが、Nd固?9
LiNbO,薄膜の厚さを0.7μmとしたSHO素子
について、波長0.9μm、40mWの半導体レーザを
単結晶薄膜の結晶軸(Z軸)に対して0°の角度で入射
した場合のSHG変換効率を測定したところ、2.0%
であり、SHG素子として充分高い効率が得られた。Example 5-3 Basically the same as Example 5-1, but using Nd solid? 9
SHG conversion when a 40 mW semiconductor laser with a wavelength of 0.9 μm is incident at an angle of 0° to the crystal axis (Z axis) of the single crystal thin film for a SHO device made of LiNbO with a thin film thickness of 0.7 μm. When the efficiency was measured, it was 2.0%.
Therefore, a sufficiently high efficiency was obtained as an SHG element.
実施例6−1
液相エピタキシャル成長法により厚さ0.5 onのY
力y トLiTaO3単結晶基板上に種々の厚さの(l
Il。Example 6-1 Y with a thickness of 0.5 on by liquid phase epitaxial growth method
(l) of various thicknesses on a LiTaO3 single crystal substrate
Il.
1χNa、 5molXMg、 1molXNd)固溶
LiNb0.単結晶薄膜を成長させた。′表面を鏡面研
磨して両側の端面を鏡面研磨し該端面よりの光入出射を
可能としSHG素子とした。1χNa, 5molXMg, 1molXNd) Solid solution LiNb0. Single crystal thin films were grown. 'The surface was mirror-polished and the end faces on both sides were mirror-polished to allow light to enter and exit from the end faces, thereby forming an SHG element.
基本波レーザ光波長λを0.78μmとしたとき、Li
TaO3単結晶基板の常光屈折率(na31 )は2.
153、(Na、Mg、Nd)固溶LiNbO31膜導
波層の常光屈折率(nor+ )は2.281、第二高
調波波長λ/2におけるLiTaO3単結晶基板の異常
光屈折率(n*sM )は2.272、(Na、門g、
Nd)固溶LiNb0t薄膜導波層の異常光屈折率(n
aWt )は2.276、であった。 このSHG素子
は、
naWt n@t!
前記S HC素子において、(Na、 Mg、 Nd)
固溶LiNbOx薄膜の厚さを2.10μmとした。When the fundamental laser light wavelength λ is 0.78 μm, Li
The ordinary refractive index (na31) of the TaO3 single crystal substrate is 2.
153, the ordinary refractive index (nor+) of the (Na, Mg, Nd) solid solution LiNbO3 film waveguide layer is 2.281, and the extraordinary refractive index (n*sM) of the LiTaO3 single crystal substrate at the second harmonic wavelength λ/2 is 2.281. ) is 2.272, (Na, gate g,
Nd) Extraordinary optical refractive index (n
aWt) was 2.276. This SHG element is naWt n@t! In the SHC element, (Na, Mg, Nd)
The thickness of the solid solution LiNbOx thin film was 2.10 μm.
このS HC素子に波長0.78μm、40mWの半導
体レーザを単結晶薄膜の結晶軸(Z軸)に対して、90
°の角度で、入射した場合のSHG変換効率を測定した
ところ19.0%であり、非常に高い効率が得られた。A 40 mW semiconductor laser with a wavelength of 0.78 μm is applied to this SHC element at a 90° angle with respect to the crystal axis (Z axis) of the single crystal thin film.
When the SHG conversion efficiency was measured at an angle of 19.0°, it was 19.0%, and a very high efficiency was obtained.
実施例6−2
基本的には実施例6−1と同様であるが、(Na、Mg
、Nd)固溶ttNbosl膜の厚さを10.4μmと
したSHG素子について、波長0.78μm、40mW
の半導体レーザを単結晶薄膜の結晶軸(Z軸)に対して
、90”の角度で、入射した場合のSHG変換効率を測
定したところ、1.3%であり、S HC素子として充
分高い効率が得られた。Example 6-2 Basically the same as Example 6-1, but (Na, Mg
, Nd) For a SHG element with a solid solution ttNbosl film thickness of 10.4 μm, wavelength of 0.78 μm, 40 mW
When the SHG conversion efficiency was measured when a semiconductor laser was incident at an angle of 90'' with respect to the crystal axis (Z axis) of the single crystal thin film, it was 1.3%, which is a sufficiently high efficiency as an SHC element. was gotten.
実施例6−3
基本的には実施例6−1と同様であるが、(Na、Mg
)固溶LiNbO31膜の厚さを0.5μmとしたS
HC素子について、波長0.78μm、40mWの半導
体レーザを単結晶薄膜の結晶軸(Z軸)に対して、90
”の角度で、入射した場合のSHG変換効率を測定した
ところ、1.7%であり、SHG素子として充分高い効
率が得られた。Example 6-3 Basically the same as Example 6-1, but (Na, Mg
) The thickness of the solid solution LiNbO31 film was 0.5 μm.
For the HC element, a 40 mW semiconductor laser with a wavelength of 0.78 μm is applied at 90° to the crystal axis (Z axis) of the single crystal thin film.
When the SHG conversion efficiency was measured when the light was incident at an angle of 1.7%, it was 1.7%, which was a sufficiently high efficiency as an SHG element.
(発明の効果)
以上述べたように、本発明によれば、極めて高いSHC
,変換効率を有するLiTaO3基板上にLiNbO5
薄膜導波層が形成されてなるS HG素子を提供するこ
とができる。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, extremely high SHC
, LiNbO5 on LiTaO3 substrate with conversion efficiency
It is possible to provide an SHG element in which a thin film waveguide layer is formed.
Claims (1)
が形成されてなる第2高調波発生素子であって、LiT
aO_3基板の基本波レーザー光波長(λμm)におけ
る常光屈折率(n_a_3_1)が2.10〜2.20
、第2高調波波長(λμm/2)における異常光屈折率
(n_a_3_2)が2.22〜2.28であり、基本
波レーザー光波長(λμm)におけるLiNbO_3薄
膜導波層の常光屈折率(n_a_F_1)、LiTaO
_3基板の第2高調波波長(λμm/2)における異常
光屈折率(n_a_3_2)およびLiNbO_3薄膜
導波層の第2高調波波長(λμm/2)における異常光
屈折率(n_a_F_2)が下記の関係式で示されるこ
とを特徴とする第2高調波発生素子。 2.0≦(n_0_F_1−n_a_3_2)/(n_
a_3_2)≦30.02、前記LiNbO_3簿膜導
波層は0.1〜20μmの厚さである請求項1記載の第
2高調波発生素子。 3、前記基本波レーザー光波長(λ)は0.68〜0.
94μmである請求項1記載の第2高調波発生素子。 4、前記薄膜導波層の光学軸(Z軸)に対する基本波レ
ーザー光の入射角(θ)が0±15゜あるいは90±1
5゜である請求項1記載の第2高調波発生素子。 5、前記第2高調波発生素子は幅が1〜10μmのチャ
ンネル型である請求項1記載の第2高調波発生素子。[Claims] 1. A second harmonic generation element in which a LiNbO_3 thin film waveguide layer is formed on a LiTaO_3 substrate, which
The ordinary refractive index (n_a_3_1) at the fundamental laser light wavelength (λμm) of the aO_3 substrate is 2.10 to 2.20.
, the extraordinary refractive index (n_a_3_2) at the second harmonic wavelength (λμm/2) is 2.22 to 2.28, and the ordinary refractive index (n_a_F_1) of the LiNbO_3 thin film waveguide layer at the fundamental laser light wavelength (λμm) is 2.22 to 2.28. ), LiTaO
The extraordinary refractive index (n_a_3_2) at the second harmonic wavelength (λμm/2) of the _3 substrate and the extraordinary refractive index (n_a_F_2) at the second harmonic wavelength (λμm/2) of the LiNbO_3 thin film waveguide layer have the following relationship. A second harmonic generation element characterized by being represented by the following formula. 2.0≦(n_0_F_1−n_a_3_2)/(n_
The second harmonic generating element according to claim 1, wherein a_3_2)≦30.02, and the LiNbO_3 film waveguide layer has a thickness of 0.1 to 20 μm. 3. The fundamental laser light wavelength (λ) is 0.68 to 0.
The second harmonic generating element according to claim 1, which has a thickness of 94 μm. 4. The incident angle (θ) of the fundamental wave laser beam with respect to the optical axis (Z axis) of the thin film waveguide layer is 0±15° or 90±1
2. The second harmonic generating element according to claim 1, wherein the angle is 5°. 5. The second harmonic generating element according to claim 1, wherein the second harmonic generating element is a channel type having a width of 1 to 10 μm.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29859989A JPH0361930A (en) | 1989-03-30 | 1989-11-16 | Second harmonic wave generating element |
| US07/452,505 US4953931A (en) | 1989-03-30 | 1989-12-19 | Second harmonic wave generating device |
| EP19890123753 EP0389687A3 (en) | 1989-03-30 | 1989-12-22 | Second harmonic wave generating device |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7685389 | 1989-03-30 | ||
| JP1-76853 | 1989-03-30 | ||
| JP1-86885 | 1989-04-07 | ||
| JP29859989A JPH0361930A (en) | 1989-03-30 | 1989-11-16 | Second harmonic wave generating element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0361930A true JPH0361930A (en) | 1991-03-18 |
Family
ID=26417978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29859989A Pending JPH0361930A (en) | 1989-03-30 | 1989-11-16 | Second harmonic wave generating element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0361930A (en) |
-
1989
- 1989-11-16 JP JP29859989A patent/JPH0361930A/en active Pending
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