JPH0361930A - 第２高調波発生素子 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

（問題を解決するための手段） 本発明は、ＬｉＴａＯ３基板上にＬ　ｔＮｂ○。

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。

（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。

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。

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。

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。。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

前記Ｖの含有量は、なかでも２．０ｍｏ１％〜１０ｍｏ
　１％が好適である。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

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。

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。

薄膜の厚さを２．０２μｍとした。

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。

実施例１−２ 基本的には、実施例１−１と同様であるが、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。

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。

実施例１−３ 基本的には、実施例１−１と同様であるが、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。

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。

素子として充分高い効率が得られた。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

実施例３−３ 基本的には、実施例３−１と同様であるが、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。

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。

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０．８３μｍ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＬｉＴａＯ＿３基板上にＬｉＮｂＯ＿３薄膜導波層
   が形成されてなる第２高調波発生素子であって、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。