JPH0511225A - 異種元素を添加した光学結晶とその作製方法、および光学デバイス - Google Patents

異種元素を添加した光学結晶とその作製方法、および光学デバイス

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JPH0511225A
JPH0511225A JP16304291A JP16304291A JPH0511225A JP H0511225 A JPH0511225 A JP H0511225A JP 16304291 A JP16304291 A JP 16304291A JP 16304291 A JP16304291 A JP 16304291A JP H0511225 A JPH0511225 A JP H0511225A
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crystal
growth
optical
light
optical crystal
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JP16304291A
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English (en)
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Yasushi Obayashi
寧 大林
Hideo Suzuki
英夫 鈴木
Takashi Suzuki
孝 鈴木
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Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、入射光が単結晶内の成長縞によっ
て散乱することを防ぐことができる光学結晶とその作製
方法、及び光学デバイスを提供することを目的とする。 【構成】 異種元素が添加された結晶(3)の、互いに
平行な対向面(10a、10b)の表面は研磨されてお
り、成長縞はその対向面(10a、10b)に平行にな
っている。この結晶(3)は、白金るつぼ(1)内の融
液(2)からy軸方向に引き上げて、さらに異種元素を
添加することによって作製される。これにより成長縞
(4)はy軸に対し垂直方向に形成される。この結晶
(3)を光学デバイスに用いる場合、入射光の方向は成
長縞(4)に垂直な方向、即ちy軸方向と一致する。し
たがって成長縞(4)を含む面内では結晶は均質である
ために、ビームパターンは乱れることがない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光学的な応用に用いる
単結晶に種々の付加機能をもたせるため、異種元素を添
加してチョクラルスキー法により引上げ育成を行った光
学結晶に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、光学的応用に有効利用できる
単結晶の多くはチョクラルスキー法により引上げ育成さ
れてきたが、その引上軸はほとんどの場合統一されてお
り、z軸(あるいはc軸)で行われることが多かった。
これは、この軸が結晶構造上最も引き上げ易いという理
由、及び育成後の加工性(所定の方位に切り出した時に
無駄になる部分が少なく効率が良い)によるものであ
る。
【0003】近年、光学結晶に新たな機能を持たせるた
め、上述のチョクラルスキー法において、単結晶のホス
ト(マトリックス)材料に異種元素を添加し、単結晶を
作製するようになってきた。この場合、レーザー・ホス
トとなる結晶に活性イオンをドープしたり、例えばLi
NbO3 単結晶の欠点であった光損傷に対する弱さを補
うためにMgを添加したり、その他様々な光学的応用に
適用できるようにNd、Zn、Fe、Ti、Cr、H
o、Vなどを添加して光学結晶を作製している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】チョクラルスキー法に
よる結晶の育成においては、引き上げ中に、既に引き上
げられて固化した部分と、ルツボ中で融けている原料
(メルト)との固液界面に沿った成長縞(ストリエーシ
ョン)が、引き上がった結晶内に入ってしまう。この成
長縞は光の散乱の原因になるので、光学的応用に用いる
結晶には好ましくない。従来のノンドープ光学結晶では
成長縞はほとんど観察されず問題とならなかったが、新
たな機能を持たせるために異種元素を添加した光学結晶
には肉眼で観察できるほどの成長縞が入る。例えば図5
(a)に示されているように、白金るつぼ1内の融液2
からMgを添加したLiNbO3 単結晶3をz軸方向に
引き上げる。この時単結晶3内には固液界面4に沿った
成長縞4が発生する。添加するMg濃度が1mol%未
満の濃度であっても約1mm間隔の成長縞4が単結晶3
内部にまで生じていることが観察された。
【0005】図5(b)に示された単結晶3の破線部分
を第二高調波発生(SHG)に用いた場合、最も好まし
いノンクリティカルな位相整合を達成できるのは、z軸
に対し90°の方向、即ちy軸方向より光を入射させた
場合である。したがって、前述のように引上げの容易性
と育成後の加工性の容易性とを考慮して、z軸方向に引
き上げたときには、引上げ方向と垂直に光を入射させる
ことになるので、光の入射面には成長縞4が現れ、これ
を通過した光のビーム・パターンは図5(c)に示され
るように劣化する。
【0006】本発明は、単結晶に入射した光のビームが
成長縞によって乱れることを防ぐことができる光学結晶
を作製することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の光学結晶は、ホ
スト材料に異種元素を添加することにより互いに平行な
成長縞が内部に生成された単結晶で構成され、それぞれ
鏡面仕上げされた一組の対向面が、成長縞に平行に形成
されていることを特徴とする。
【0008】前述の光学結晶は、ホスト材料に異種元素
を添加し、チョクラルスキー法により単結晶を引き上げ
る第1のステップと、引き上げた単結晶を、引上げ方向
と直交する対向面で鏡面に研磨する第2のステップとに
よって作製されることを特徴とし、異種元素はMg、N
d、Zn、Ti、Cr、Fe、Ho、V、もしくはこれ
らの酸化物であることが望ましい。
【0009】また、本発明の光学デバイスは、ホスト材
料に異種元素を添加することによって、互いに平行な成
長縞が内部に生成された単結晶からなる光学結晶と、こ
の光学結晶の光入射端面から内部に光を入射する光源と
を有し、光源から発せられる光は光学結晶の成長縞と直
交する方向に伝播するよう構成されていることを特徴と
する。
【0010】
【作用】本発明に係る異種元素を添加した光学結晶は、
鏡面仕上げされた一組の対向面が成長縞に平行に形成さ
れているため、その光学結晶の応用時に、対向面を介し
て成長縞に垂直に光を入射させることができる。
【0011】なお、本発明に係る異種元素を添加した光
学結晶の作製方法によれば、単結晶の引上げ方向と直交
する対向面を鏡面状に研磨するため、その鏡面状の対向
面を引上げの際に形成される成長縞と平行に形成するこ
とができ、光入射端面とすることができる。
【0012】上述の光学結晶を光学デバイスに用いた場
合、光学結晶に入射した光は成長縞と直交する方向に伝
播する。このとき入射光が通過する成長縞を含む面内で
の結晶は均質であるため、光のビームは成長縞によって
散乱しない。したがって、異種元素を添加して新しい機
能を持たせつつ、光学結晶の成長縞に妨げられない光ビ
ームを出射する光学デバイスを得ることができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【0014】図1(a)は、本発明に係る光学結晶を示
している。異種元素が添加された結晶3の、互いに平行
な対向面10a、10bの表面は鏡面状になっており、
成長縞(図示せず)は、その対向面10a、10bに平
行になっている。このため、この光学結晶の応用時に
は、鏡面状の対向面10a、10bのどちらか一方を介
して、成長縞と直交する方向に光を入射させることがで
きる。
【0015】同図(b)は上述の光学結晶の作製方法を
示している。図示されるように、白金るつぼ1内の融液
2からy軸方向に引き上げて、Mgを添加したLiNb
3 単結晶3を作製した。同図(b)の破線部分でしめ
される単結晶3を用い、成長縞4と直交する方向に光を
入射させた。この入射光は成長縞4を垂直に通過し、成
長縞4を含む面内では結晶は均質であるために乱れてい
ない。したがってそのビーム・パターンには同図(c)
に示されるように、縞が発生していない。
【0016】なお、光学結晶としては本実施例で用いた
LiNbO3 の他にYAG、Al2 3 、Mg2 SiO
4 などが、異種元素としてはMgの他にNd、Zn、F
e、Ti、Cr、Ho、V、あるいはこれらの酸化物を
用いることができる。また、引上げ方向もy軸に限ら
ず、結晶の応用時に光を入射する方向を引上げ軸とすれ
ば、上述の光学結晶と同様の効果が得られる。
【0017】上述の作製方法で得られた光学結晶につい
て、成長縞の方向と結晶内の伝播光の方向との関係をシ
ュリーレン法によって確認した。この方法では図2
(a)に示すように、単結晶3の全面にHe−Neレー
ザーを照射し、透過してきた光をレンズで絞ってカメラ
に写すわけであるが、この時集光される部分に小さなA
l製のストッパーを置いて光を遮る。もし、単結晶3中
に光を散乱させるような欠陥があると、光の進行方向が
変えられストッパーの位置を通らなくなるので、光がも
れてきて単結晶3内の不均一性がわかるという仕組みで
ある。
【0018】結果を図2(b)に示す。成長縞と直角に
交わるように伝播光が進行したときの透過光を同図に示
すが、光は結晶内部で散乱されることなく、レンズで一
点に集光されるため、ストッパーによって止められてカ
メラまで届いていなかった。一方、成長縞に沿って伝播
光が進行したときの透過光を図2(c)に示す。すでに
透過像において成長縞が観察されており、透過光は散乱
されて一点に集光しないので光がもれてカメラまで到達
した。以上の比較から、成長縞の影響を避けるために
は、伝播光が成長縞と直交するように用いることが望ま
しいことがわかった。
【0019】続いて上述の光学結晶を用い、Nd−YA
Gレーザーの第2高調波発生(SHG)実験を行った。
図3(a)にその実験系を示す。基本波に用いたのはQ
スイッチ付Nd−YAGレーザーである。位相整合は9
0°位相整合、すなわちy軸に沿って光を伝播させて行
った。結晶長は20mmである。同図(b)に、入力パ
ワー密度に対する変換効率を示した。成長縞が伝播光と
直角になっている結晶を用いた場合は、成長縞が伝播光
に沿っている結晶を用いた場合より高い変換効率が得ら
れていた。
【0020】上記の結果について図4を用いて検討す
る。成長縞4が伝播光に沿っている単結晶3を用いた場
合、入射光の一部は単結晶3内で散乱され伝播方向が曲
げられてしまうため、もはや位相整合条件を満たさな
い。すなわち、波長変換に寄与する光の量は実際に入力
した光の量より少なくなってしまう。これに対し、成長
縞4が伝播光と直角になっている単結晶3を用いた場合
は、光の散乱が無く、入射した光の全てが波長変換に寄
与するために少ない入力エネルギーで高い変換効率が得
られているものと推測する。
【0021】以上の結果から、伝播光が単結晶3内部の
成長縞4と直交するように構成した光デバイスの有効性
が証明された。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る異種
元素を添加した光学結晶は、その応用時に、鏡面仕上げ
された対向面の一方を介して成長縞に垂直に光を入射さ
せることができるため、その入射光は何等成長縞の影響
を受けることがない。
【0023】なお、本発明に係る異種元素を添加した光
学結晶の作製方法によれば、成長縞と平行になるように
形成した鏡面状の対向面を光入射端面とすることができ
るので、その光入射端面に入射した光は結晶の成長縞に
対し垂直に伝播しする。このとき、入射光が通過する成
長縞を含む面内での結晶は均質であるため、光のビーム
は乱れない。
【0024】以上のことから、光学結晶に異種元素を添
加して新しい機能を持たせつつ、成長縞に妨げられない
光ビームを出射することができ、さらに変換効率のよい
光学デバイスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の作製方法により単結晶を引上げ育成す
る際の説明図である。
【図2】本発明の光学結晶を用いた実験系を示す図であ
る。
【図3】SHG実験系とその結果を示す図である。
【図4】成長縞と伝播光の関係図である。
【図5】従来の作製方法を示す図である。
【符号の簡単な説明】1…白金るつぼ 2…融液 3…単結晶 4…成長縞

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ホスト材料に異種元素を添加することに
    より互いに平行な成長縞が内部に生成された単結晶で構
    成され、それぞれ鏡面仕上げされた一組の対向面が、前
    記成長縞に平行に形成されている異種元素を添加した光
    学結晶。
  2. 【請求項2】 ホスト材料に異種元素を添加し、チョク
    ラルスキー法により単結晶を引き上げる第1のステップ
    と、 引き上げた単結晶を、引上げ方向と直交する対向面で鏡
    面に研磨する第2のステップとを備える異種元素を添加
    した光学結晶の作製方法。
  3. 【請求項3】 前記異種元素は、Mg、Nd、Zn、T
    i、Cr、Fe、Ho、V、もしくはこれらの酸化物で
    ある請求項2記載の異種元素を添加した光学結晶の作製
    方法。
  4. 【請求項4】 ホスト材料に異種元素を添加することに
    より、互いに平行な成長縞が内部に生成された単結晶か
    らなる光学結晶と、この光学結晶の光入射端面から内部
    に光を入射する光源とを有し、 前記光源から発せられる光は前記光学結晶の成長縞と直
    交する方向に伝播するよう構成されていることを特徴と
    する光学デバイス。
JP16304291A 1991-07-03 1991-07-03 異種元素を添加した光学結晶とその作製方法、および光学デバイス Pending JPH0511225A (ja)

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