JPH0572590A - 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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- JPH0572590A JPH0572590A JP26256891A JP26256891A JPH0572590A JP H0572590 A JPH0572590 A JP H0572590A JP 26256891 A JP26256891 A JP 26256891A JP 26256891 A JP26256891 A JP 26256891A JP H0572590 A JPH0572590 A JP H0572590A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 作製が容易で変換効率の高いＳＨＧ素子を得
ること。 【構成】 ＬｉＴａＯ3 基板上に、ＬｉＮｂＯ3 単結晶
薄膜導波層を形成してなる第２高調波発生素子の、その
薄膜導波層の表面粗さＲmax を10〜10000 Åの範囲内に
し、その基板ならびに薄膜導波層の構成を、波長λの基
本波レーザ光における常光屈折率を（ｎｏS1）とし、λ
／２の第２高調波を発生したときの該基板の異常光屈折
率を（ｎｅS2）とし、一方、波長λの基本波レーザ光に
おける前記薄膜導波層の常光屈折率を（ｎｏF1）とし、
λ／２の第２高調波を発生したときの該薄膜導波層の異
常光屈折率を（ｎｅF2）としたとき、λ＝0.80〜1.15μ
ｍ、 ｎｏS1＝2.08〜2.17、 ｎｅS2＝2.09〜2.30、ｎ
ｏF1＝2.20〜2.27、 ｎｅF2＝2.19〜2.35 となるよう
にした第２高調波発生素子。
ること。 【構成】 ＬｉＴａＯ3 基板上に、ＬｉＮｂＯ3 単結晶
薄膜導波層を形成してなる第２高調波発生素子の、その
薄膜導波層の表面粗さＲmax を10〜10000 Åの範囲内に
し、その基板ならびに薄膜導波層の構成を、波長λの基
本波レーザ光における常光屈折率を（ｎｏS1）とし、λ
／２の第２高調波を発生したときの該基板の異常光屈折
率を（ｎｅS2）とし、一方、波長λの基本波レーザ光に
おける前記薄膜導波層の常光屈折率を（ｎｏF1）とし、
λ／２の第２高調波を発生したときの該薄膜導波層の異
常光屈折率を（ｎｅF2）としたとき、λ＝0.80〜1.15μ
ｍ、 ｎｏS1＝2.08〜2.17、 ｎｅS2＝2.09〜2.30、ｎ
ｏF1＝2.20〜2.27、 ｎｅF2＝2.19〜2.35 となるよう
にした第２高調波発生素子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、作製の容易な高い変換
効率をもつ薄膜導波路型第２高調波発生素子（以下、
「ＳＨＧ素子」と略記する）に関し、特に、ＬｉＴａＯ
3 基板上に、表面粗度Ｒmax が10〜10000 Ａの範囲内で
あるＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜導波層を形成する点に特徴
の一端があるＳＨＧ素子を提案する。
効率をもつ薄膜導波路型第２高調波発生素子（以下、
「ＳＨＧ素子」と略記する）に関し、特に、ＬｉＴａＯ
3 基板上に、表面粗度Ｒmax が10〜10000 Ａの範囲内で
あるＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜導波層を形成する点に特徴
の一端があるＳＨＧ素子を提案する。
【０００２】ＳＨＧ素子は、入射した波長λのレーザを
光学結晶材料の非線形光学効果を利用してλ／２の波長
に変換して出力する素子のことである。このＳＨＧ素子
によれば、出力光の波長を１／２に変換できることか
ら、光ディスクメモリやＣＤプレーヤ等に応用した場
合、記録密度を４倍に上げることができる。また、レー
ザプリンタやフォトリソグラフィー等に応用した場合、
高い解像度を得ることができるものである。
光学結晶材料の非線形光学効果を利用してλ／２の波長
に変換して出力する素子のことである。このＳＨＧ素子
によれば、出力光の波長を１／２に変換できることか
ら、光ディスクメモリやＣＤプレーヤ等に応用した場
合、記録密度を４倍に上げることができる。また、レー
ザプリンタやフォトリソグラフィー等に応用した場合、
高い解像度を得ることができるものである。
【０００３】
【従来の技術】従来、かかるＳＨＧ素子としては、高出
力のガスレーザを励起源とし、非線形光学結晶材料のバ
ルク単結晶を用いたものが知られていた。ところで近
年、光ディスク装置やレーザプリンタ等においては、装
置全体を小型化する要請が強くなってきたが、上述のよ
うなガスレーザは、光変調のため外部に変調器が必要で
あることから、小型化に適していない。このような事情
から、最近では、直接変調が可能で、ガスレーザに比べ
て安価で取扱の容易な半導体レーザを使用するＳＨＧ素
子が注目を浴びている。
力のガスレーザを励起源とし、非線形光学結晶材料のバ
ルク単結晶を用いたものが知られていた。ところで近
年、光ディスク装置やレーザプリンタ等においては、装
置全体を小型化する要請が強くなってきたが、上述のよ
うなガスレーザは、光変調のため外部に変調器が必要で
あることから、小型化に適していない。このような事情
から、最近では、直接変調が可能で、ガスレーザに比べ
て安価で取扱の容易な半導体レーザを使用するＳＨＧ素
子が注目を浴びている。
【０００４】一方で、半導体レーザを励起源とするもの
の場合であっても、この半導体レーザの出力は数ｍＷか
ら数十ｍＷと小さい。このことから、ＳＨＧ素子につい
ては高い変換効率が期待できる薄膜導波路型のものへの
要求が高い。すなわち、薄膜導波路を用いたＳＨＧ素子
は、１．薄膜導波路内に限られるから光パワー密度を高
められること、２．光波が薄膜導波路内に閉じ込めら
れ、広がらないために、長い距離にわたって相互作用を
行わせ得ること、３．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。
の場合であっても、この半導体レーザの出力は数ｍＷか
ら数十ｍＷと小さい。このことから、ＳＨＧ素子につい
ては高い変換効率が期待できる薄膜導波路型のものへの
要求が高い。すなわち、薄膜導波路を用いたＳＨＧ素子
は、１．薄膜導波路内に限られるから光パワー密度を高
められること、２．光波が薄膜導波路内に閉じ込めら
れ、広がらないために、長い距離にわたって相互作用を
行わせ得ること、３．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。
【０００５】この点、従来から知られている薄膜導波路
用材料, すなわち、非線形光学効果を持ち、ＳＨＧ素子
に使用することのできる非線形光学結晶材料としては、
ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 、ＫＮｂＯ3 、ＫＴｉＯＰ
Ｏ4 （ＫＴＰ）、Ｂａ2 ＮａＮｂ5 Ｏ15 （ＢＮＮ）、
Ｋ3 Ｌｉ2 Ｎｂ5 Ｏ15（ＫＬＮ）、Ｂａ2 ＬｉＮｂ5 Ｏ
15（ＢＬＮ）、ＺｎＯ、ＫＴａx Ｎｂ1 -xＯ3 （ＫＴ
Ｎ）、ＬｉＩＯ3 、Ｓｒx Ｂａ1 -xＮｂ2 Ｏ6 （ＳＢ
Ｎ）、ＢａＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3 、ＫＨ2 ＰＯ4 （Ｋ
ＤＰ）、ＫＤ2 ＰＯ4 （ＫＤ* Ｐ）、ＮＨ4 Ｈ2 ＰＯ4
（ＡＤＰ）、ＩｎＰＳ4 、β−ＢａＢ2 Ｏ4 （ＢＢ
Ｏ）、 ＬｉＢ3 Ｏ5（ＬＢＯ）などがあり、なかでも
ＬｉＮｂＯ3 は非線形光学定数が高く、材料として最も
適しているものの１つとして知られている。
用材料, すなわち、非線形光学効果を持ち、ＳＨＧ素子
に使用することのできる非線形光学結晶材料としては、
ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 、ＫＮｂＯ3 、ＫＴｉＯＰ
Ｏ4 （ＫＴＰ）、Ｂａ2 ＮａＮｂ5 Ｏ15 （ＢＮＮ）、
Ｋ3 Ｌｉ2 Ｎｂ5 Ｏ15（ＫＬＮ）、Ｂａ2 ＬｉＮｂ5 Ｏ
15（ＢＬＮ）、ＺｎＯ、ＫＴａx Ｎｂ1 -xＯ3 （ＫＴ
Ｎ）、ＬｉＩＯ3 、Ｓｒx Ｂａ1 -xＮｂ2 Ｏ6 （ＳＢ
Ｎ）、ＢａＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3 、ＫＨ2 ＰＯ4 （Ｋ
ＤＰ）、ＫＤ2 ＰＯ4 （ＫＤ* Ｐ）、ＮＨ4 Ｈ2 ＰＯ4
（ＡＤＰ）、ＩｎＰＳ4 、β−ＢａＢ2 Ｏ4 （ＢＢ
Ｏ）、 ＬｉＢ3 Ｏ5（ＬＢＯ）などがあり、なかでも
ＬｉＮｂＯ3 は非線形光学定数が高く、材料として最も
適しているものの１つとして知られている。
【０００６】
【従来技術の問題点】ところで、薄膜導波路用材料とし
て好適な前記ＬｉＮｂＯ3 単結晶を使用して薄膜導波路
層を形成する方法としては、従来、ＬｉＮｂＯ3 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。しかし、これら既知の方法で得られる薄膜導波
路層は、この導波路部分の結晶性劣化に起因して非線形
光学定数が低下し、しかもこの導波路層とバルク単結晶
層との屈折率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。
て好適な前記ＬｉＮｂＯ3 単結晶を使用して薄膜導波路
層を形成する方法としては、従来、ＬｉＮｂＯ3 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。しかし、これら既知の方法で得られる薄膜導波
路層は、この導波路部分の結晶性劣化に起因して非線形
光学定数が低下し、しかもこの導波路層とバルク単結晶
層との屈折率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。
【０００７】このため、本発明者らは、ＬｉＮｂＯ3 単
結晶を使用し、波長 0.6〜0.94μｍのレーザ光源を用い
て、基本波レーザ光と第２高調波光との位相整合が得ら
れる組合せについて種々検討し、特定の屈折率を有する
ＬｉＴａＯ 3結晶と、その表面に特定の屈折率を有する
ＬｉＮｂＯ3 単結晶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、先に特願平１
−２８９５９９号および特願平１−２８９６００号とし
て出願した。
結晶を使用し、波長 0.6〜0.94μｍのレーザ光源を用い
て、基本波レーザ光と第２高調波光との位相整合が得ら
れる組合せについて種々検討し、特定の屈折率を有する
ＬｉＴａＯ 3結晶と、その表面に特定の屈折率を有する
ＬｉＮｂＯ3 単結晶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、先に特願平１
−２８９５９９号および特願平１−２８９６００号とし
て出願した。
【０００８】ところで、近年、グリーンレーザに関する
研究が活発化しており、半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧ
レーザあるいは半導体レーザ励起ＮＹＡＢレーザとＫＴ
Ｐ単結晶あるいはＫＮｂＯ3 単結晶とを組み合わせた内
部共振型によるグリーンレーザの開発が報告されてい
る。（例えば、久保田；エレクトロニクス、Vol.36, N
o. ４、79−82（1991）、天野、横山ら；レーザ研究、V
ol.18，No. ８, 634 −638 （1990）、天野、横山ら；
電子情報通信学会技術研究報告、Vol.90, No. 78（ＯＱ
Ｅ90−30−47），41−46（1990）など）
研究が活発化しており、半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧ
レーザあるいは半導体レーザ励起ＮＹＡＢレーザとＫＴ
Ｐ単結晶あるいはＫＮｂＯ3 単結晶とを組み合わせた内
部共振型によるグリーンレーザの開発が報告されてい
る。（例えば、久保田；エレクトロニクス、Vol.36, N
o. ４、79−82（1991）、天野、横山ら；レーザ研究、V
ol.18，No. ８, 634 −638 （1990）、天野、横山ら；
電子情報通信学会技術研究報告、Vol.90, No. 78（ＯＱ
Ｅ90−30−47），41−46（1990）など）
【０００９】このグリーンレーザは、近赤外線レーザ等
に使用されている光センサの感度と同じ波長域にあるた
め、例えば、レーザディスクシステム等への適用に当た
っても大きな変更を必要とせず、単に光源をグリーンレ
ーザとするだけでよく、それだけで高密度記録が可能と
なる。また、レーザを利用した次世代高品位デイスプレ
イ装置実現のためのＲＧＢ３原色の一つとしても有望視
されている。
に使用されている光センサの感度と同じ波長域にあるた
め、例えば、レーザディスクシステム等への適用に当た
っても大きな変更を必要とせず、単に光源をグリーンレ
ーザとするだけでよく、それだけで高密度記録が可能と
なる。また、レーザを利用した次世代高品位デイスプレ
イ装置実現のためのＲＧＢ３原色の一つとしても有望視
されている。
【００１０】しかしながら、半導体レーザ励起固体レー
ザによる共振型ＳＨＧデバイスは、固体レーザおよび非
線形光学結晶材料のバルク単結晶を用いるために、小型
化および低価格化が極めて困難である。また、構造的に
も高速変調ができないという欠点がある。さらに、最
近、Ｅｒドープ光ファイバーの光増幅用光源として波長
0.98μｍのＩｎＧａＡｓ半導体レーザが開発されてい
る。この半導体レーザは、グリーンに近いブルーレーザ
光を得ることができるＳＨＧ素子用基本波光源として注
目されているものである。しかし、この半導体レーザを
基本波光源として共振構造を構成することは極めて困難
であり、またバルク単結晶を用いるために高いパワー密
度を維持したまま長い距離にわたって相互作用させるこ
とが極めて困難であるため高いＳＨＧ変換効率を得るこ
とができないという問題もあった。
ザによる共振型ＳＨＧデバイスは、固体レーザおよび非
線形光学結晶材料のバルク単結晶を用いるために、小型
化および低価格化が極めて困難である。また、構造的に
も高速変調ができないという欠点がある。さらに、最
近、Ｅｒドープ光ファイバーの光増幅用光源として波長
0.98μｍのＩｎＧａＡｓ半導体レーザが開発されてい
る。この半導体レーザは、グリーンに近いブルーレーザ
光を得ることができるＳＨＧ素子用基本波光源として注
目されているものである。しかし、この半導体レーザを
基本波光源として共振構造を構成することは極めて困難
であり、またバルク単結晶を用いるために高いパワー密
度を維持したまま長い距離にわたって相互作用させるこ
とが極めて困難であるため高いＳＨＧ変換効率を得るこ
とができないという問題もあった。
【００１１】これに対し、上述した本発明者らが先行提
案した発明（特願平１−289599号 etc.)は、高いＳＨＧ
変換効率が期待でき、上述した従来技術の欠点が解消で
きる単結晶薄膜導波路構造のＳＨＧ素子であるが、主に
ブルーレーザを発振させるために好適な変調器であり、
従って、基板ならびに単結晶薄膜の作製の条件は、例え
ばグリーンレーザを発振させることができないものであ
った。
案した発明（特願平１−289599号 etc.)は、高いＳＨＧ
変換効率が期待でき、上述した従来技術の欠点が解消で
きる単結晶薄膜導波路構造のＳＨＧ素子であるが、主に
ブルーレーザを発振させるために好適な変調器であり、
従って、基板ならびに単結晶薄膜の作製の条件は、例え
ばグリーンレーザを発振させることができないものであ
った。
【００１２】そこで、本発明は、先行提案に係る上記Ｓ
ＨＧ素子について、今度はグリーンレーザを得るための
好適条件を探すことによって、同時に従来技術の欠点を
克服することを目的とする。
ＨＧ素子について、今度はグリーンレーザを得るための
好適条件を探すことによって、同時に従来技術の欠点を
克服することを目的とする。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上記の目的の実現に向
け鋭意研究した結果、発明者らは、基本波レーザ光の波
長がλ（μｍ）のときにおけるＬｉＴａＯ3基板の常光
屈折率（ｎｏS1）およびＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜導波層
の常光屈折率（ｎｏF1）、波長λ／２μｍの第２高調波
を発生するときにおけるＬｉＴａＯ3 基板の異常光屈折
率（ｎｅS2）およびＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜導波層の異
常光屈折率（ｎｅF2）について、これらをある特定の数
値範囲内とし、しかも上記ＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜の表
面粗さをある特定の数値範囲内にすることにより、第２
高調波を極めて効率的に発生させられることを知見し、
本発明を完成した。
け鋭意研究した結果、発明者らは、基本波レーザ光の波
長がλ（μｍ）のときにおけるＬｉＴａＯ3基板の常光
屈折率（ｎｏS1）およびＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜導波層
の常光屈折率（ｎｏF1）、波長λ／２μｍの第２高調波
を発生するときにおけるＬｉＴａＯ3 基板の異常光屈折
率（ｎｅS2）およびＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜導波層の異
常光屈折率（ｎｅF2）について、これらをある特定の数
値範囲内とし、しかも上記ＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜の表
面粗さをある特定の数値範囲内にすることにより、第２
高調波を極めて効率的に発生させられることを知見し、
本発明を完成した。
【００１４】すなわち、本発明は、ＬｉＴａＯ3 基板上
に、ＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜導波層が形成されてなる第
２高調波発生素子において、薄膜導波層の表面粗さ Ｒ
maxが１０〜１００００Åの範囲内であり、波長λの基
本波レーザ光を入射するときの、前記基板の常光屈折率
を（ｎｏS1）とし、この入射条件の下でλ／２の第２高
調波を発生したときの該基板の異常光屈折率を（ｎｅS
2）とし、一方、波長λ（μｍ）の基本波レーザ光を入
射するときの前記薄膜導波層の常光屈折率を（ｎｏF1）
とし、その入射条件の下でλ／２（μｍ）の第２高調波
を発生したときの該薄膜導波層の異常光屈折率を（ｎｅ
F2）としたとき、λ, ｎｏS1, ｎｅS2, ｎｏF1, ｎｅF2
がそれぞれ下記の数値の範囲内；λ＝0.80〜1.15μｍ、
ｎｏS1＝2.08〜2.17、ｎｅS2＝2.09〜2.30、ｎｏF1＝2.
20〜2.27、ｎｅF2＝2.19〜2.35 であることを特徴とす
る第２高調波発生素子である。なお、上記の要旨構成に
かかるＳＨＧ素子は、導波層の幅が１〜１０μｍの大き
さのチャンネル型にすることが有益である。
に、ＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜導波層が形成されてなる第
２高調波発生素子において、薄膜導波層の表面粗さ Ｒ
maxが１０〜１００００Åの範囲内であり、波長λの基
本波レーザ光を入射するときの、前記基板の常光屈折率
を（ｎｏS1）とし、この入射条件の下でλ／２の第２高
調波を発生したときの該基板の異常光屈折率を（ｎｅS
2）とし、一方、波長λ（μｍ）の基本波レーザ光を入
射するときの前記薄膜導波層の常光屈折率を（ｎｏF1）
とし、その入射条件の下でλ／２（μｍ）の第２高調波
を発生したときの該薄膜導波層の異常光屈折率を（ｎｅ
F2）としたとき、λ, ｎｏS1, ｎｅS2, ｎｏF1, ｎｅF2
がそれぞれ下記の数値の範囲内；λ＝0.80〜1.15μｍ、
ｎｏS1＝2.08〜2.17、ｎｅS2＝2.09〜2.30、ｎｏF1＝2.
20〜2.27、ｎｅF2＝2.19〜2.35 であることを特徴とす
る第２高調波発生素子である。なお、上記の要旨構成に
かかるＳＨＧ素子は、導波層の幅が１〜１０μｍの大き
さのチャンネル型にすることが有益である。
【００１５】
【作用】本発明のＳＨＧ素子の特徴は、薄膜導波層の表
面粗さＲmax を10〜10000 Åの範囲内にすることと、基
板および薄膜導波層の基本波レーザ光に対する常光屈折
率、および第２高調波波長に対する異常光屈折率をパラ
メーターとする基板および薄膜導波層の特性式の数値が
特定の範囲内になるようにＳＨＧ素子構成を決定するこ
とにあり、これによって特定の基本波レーザ光に対する
高い変換効率の第２高調波光を発生させることができ
る。以下に本発明の構成の詳細を説明する。
面粗さＲmax を10〜10000 Åの範囲内にすることと、基
板および薄膜導波層の基本波レーザ光に対する常光屈折
率、および第２高調波波長に対する異常光屈折率をパラ
メーターとする基板および薄膜導波層の特性式の数値が
特定の範囲内になるようにＳＨＧ素子構成を決定するこ
とにあり、これによって特定の基本波レーザ光に対する
高い変換効率の第２高調波光を発生させることができ
る。以下に本発明の構成の詳細を説明する。
【００１６】本発明にかかるＳＨＧ素子は、基板上に薄
膜導波層が形成された構造を有するものである。このよ
うな構造のもの、すなわち基板上に薄膜導波層が形成さ
れたＳＨＧ素子は、入射した基本レーザ光を、薄膜導波
面に限って伝搬させるため、光波を該薄膜導波層内に閉
じ込めることができるので光パワー密度を高めることが
でき、しかも広がらないために、長い距離にわたって非
線形性を有する薄膜導波層と非線形相互作用を行わせる
ことができる。その上、バルク単結晶を使用した従来Ｓ
ＨＧ素子では位相整合できないような物質でも、薄膜導
波層のモード分散を利用することにより、容易に位相整
合できる利点もある。
膜導波層が形成された構造を有するものである。このよ
うな構造のもの、すなわち基板上に薄膜導波層が形成さ
れたＳＨＧ素子は、入射した基本レーザ光を、薄膜導波
面に限って伝搬させるため、光波を該薄膜導波層内に閉
じ込めることができるので光パワー密度を高めることが
でき、しかも広がらないために、長い距離にわたって非
線形性を有する薄膜導波層と非線形相互作用を行わせる
ことができる。その上、バルク単結晶を使用した従来Ｓ
ＨＧ素子では位相整合できないような物質でも、薄膜導
波層のモード分散を利用することにより、容易に位相整
合できる利点もある。
【００１７】また、本発明において、薄膜導波層にはＬ
ｉＮｂＯ3 単結晶を用い、基板にはＬｉＴａＯ3 結晶を
用いるが、この理由は、前記ＬｉＮｂＯ3 単結晶は非線
形光学定数が大きいこと、光の損失が小さいこと、およ
び均一な膜を作製することができるからであり、また、
ＬｉＴａＯ3 結晶は、前記ＬｉＮｂＯ3 単結晶と結晶構
造が類似しており、前記ＬｉＮｂＯ3 単結晶の薄膜を形
成し易く、また、高品質で安価な基板を入手し易いから
である。
ｉＮｂＯ3 単結晶を用い、基板にはＬｉＴａＯ3 結晶を
用いるが、この理由は、前記ＬｉＮｂＯ3 単結晶は非線
形光学定数が大きいこと、光の損失が小さいこと、およ
び均一な膜を作製することができるからであり、また、
ＬｉＴａＯ3 結晶は、前記ＬｉＮｂＯ3 単結晶と結晶構
造が類似しており、前記ＬｉＮｂＯ3 単結晶の薄膜を形
成し易く、また、高品質で安価な基板を入手し易いから
である。
【００１８】次に、本発明のＳＨＧ素子の上記薄膜導波
層は、その表面粗さ；すなわちＪＩＳ Ｂ0601の規格に
よる最大高さＲmax が10〜10000 Åの範囲内になるよう
にすることが必要である。なお、表面粗さの測定は、Ｊ
ＩＳ Ｂ0651に準じ、触針式表面粗さ測定器にて測定し
た。なお、本発明において、上記表面粗さＲmax の値を
１０Åより小さくすることは極めて困難であるだけでな
く、光波を閉じ込めにくい。一方、この表面粗さＲmax
の値が10000 Åより大きくなると、導波層表面での散乱
損失等が増大し、基本波レーザ光の導波パワーが低下す
るため、ＳＨＧ変換効率が低くなってしまい、ＳＨＧ素
子として使用することが困難になるため、上述の如くに
限定した。
層は、その表面粗さ；すなわちＪＩＳ Ｂ0601の規格に
よる最大高さＲmax が10〜10000 Åの範囲内になるよう
にすることが必要である。なお、表面粗さの測定は、Ｊ
ＩＳ Ｂ0651に準じ、触針式表面粗さ測定器にて測定し
た。なお、本発明において、上記表面粗さＲmax の値を
１０Åより小さくすることは極めて困難であるだけでな
く、光波を閉じ込めにくい。一方、この表面粗さＲmax
の値が10000 Åより大きくなると、導波層表面での散乱
損失等が増大し、基本波レーザ光の導波パワーが低下す
るため、ＳＨＧ変換効率が低くなってしまい、ＳＨＧ素
子として使用することが困難になるため、上述の如くに
限定した。
【００１９】上述の表面粗さ範囲内であっても、より一
層高い変換効率を得るには、Ｒmax＝10〜1000Åを満足
することが有利であり、なかでもＲmax ＝10〜100 Åを
満足することがより好適である。
層高い変換効率を得るには、Ｒmax＝10〜1000Åを満足
することが有利であり、なかでもＲmax ＝10〜100 Åを
満足することがより好適である。
【００２０】なお、この薄膜導波層の表面粗さＲmax
は、触針式表面粗さ測定器により簡単に測定でき、ま
た、制御しやすいために第２高調波発生素子の制御パラ
メータとして好適である。
は、触針式表面粗さ測定器により簡単に測定でき、ま
た、制御しやすいために第２高調波発生素子の制御パラ
メータとして好適である。
【００２１】なお、本発明において用いる前記ＬｉＴａ
Ｏ3 基板は、単結晶基板であることが有利である。そし
て、このＬｉＴａＯ3 基板の薄膜形成面の表面粗さは、
ＪＩＳ Ｂ０６０１ Ｒmax ＝10〜1000Åの範囲内であ
ることが望ましい。この理由は、ＬｉＴａＯ3 基板の表
面粗さは、ＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜の結晶性に大きく影
響するが、Ｒmax の値を10Åより小さくすることは極め
て困難であり、一方、Ｒmax の値が1000Åより大きくな
ると、ＬｉＮｂＯ 3単結晶薄膜の結晶性が低下するため
である。
Ｏ3 基板は、単結晶基板であることが有利である。そし
て、このＬｉＴａＯ3 基板の薄膜形成面の表面粗さは、
ＪＩＳ Ｂ０６０１ Ｒmax ＝10〜1000Åの範囲内であ
ることが望ましい。この理由は、ＬｉＴａＯ3 基板の表
面粗さは、ＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜の結晶性に大きく影
響するが、Ｒmax の値を10Åより小さくすることは極め
て困難であり、一方、Ｒmax の値が1000Åより大きくな
ると、ＬｉＮｂＯ 3単結晶薄膜の結晶性が低下するため
である。
【００２２】本発明のＳＨＧ素子に入射される基本波レ
ーザ光の波長（λ）は、0.80〜1.15μｍであることが好
ましい。この理由は、前記基本波レーザ光（λ）として
は、なるべく波長の短いものであることが有利ではある
が、半導体レーザによって0.80μｍより短い波長のレー
ザ光を発生させることは、実質的に困難だからである。
一方、波長λが1.15μｍより長い波長の基本波レーザ光
を使用した場合には、得られる第２高調波の波長が基本
波レーザ光の１／２であることから、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と重
なり、いわゆるＳＨＧ素子を使用する優位性が見出せな
いからである。
ーザ光の波長（λ）は、0.80〜1.15μｍであることが好
ましい。この理由は、前記基本波レーザ光（λ）として
は、なるべく波長の短いものであることが有利ではある
が、半導体レーザによって0.80μｍより短い波長のレー
ザ光を発生させることは、実質的に困難だからである。
一方、波長λが1.15μｍより長い波長の基本波レーザ光
を使用した場合には、得られる第２高調波の波長が基本
波レーザ光の１／２であることから、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と重
なり、いわゆるＳＨＧ素子を使用する優位性が見出せな
いからである。
【００２３】本発明のＳＨＧ素子を構成しているの薄膜
導波層は、その膜厚（Ｔ）が、0.1〜20μｍであること
が好ましい。この理由は、かかる膜厚（Ｔ）が、0.1 μ
ｍ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ＳＨＧ変換効
率が得られ難いからである。一方、この膜厚（Ｔ）が２
０μｍより厚い場合、光パワー密度が低く、ＳＨＧ変換
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。なお、この
薄膜導波層の膜厚（Ｔ）は、なかでも0.5 〜10μｍが有
利であり、特に、0.8 〜８μｍの範囲が実用上好適であ
る。
導波層は、その膜厚（Ｔ）が、0.1〜20μｍであること
が好ましい。この理由は、かかる膜厚（Ｔ）が、0.1 μ
ｍ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ＳＨＧ変換効
率が得られ難いからである。一方、この膜厚（Ｔ）が２
０μｍより厚い場合、光パワー密度が低く、ＳＨＧ変換
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。なお、この
薄膜導波層の膜厚（Ｔ）は、なかでも0.5 〜10μｍが有
利であり、特に、0.8 〜８μｍの範囲が実用上好適であ
る。
【００２４】本発明のＳＨＧ素子は、ＬｉＴａＯ3 基板
の基本波レーザ光の波長λ（μｍ）のときにおける常光
屈折率（ｎｏS1）が2.08〜2.17、第２高調波の波長λ／
２（μｍ）のときにおける異常光屈折率（ｎｅS2）が2.
09〜2.30、そして、基本波レーザ光の波長λ（μｍ）の
ときにおけるＬｉＮｂO3単結晶薄膜導波層常光屈折率
（ｎｏF1）が2.20〜2.27、第２高調波の波長λ／２（μ
ｍ）のときにおける異常光屈折率（ｎｅF2）が2.19〜2.
35の範囲内であることが必要である。その理由は、上記
範囲内でないと第２高調波光への変換効率が低く実用的
でないからである。
の基本波レーザ光の波長λ（μｍ）のときにおける常光
屈折率（ｎｏS1）が2.08〜2.17、第２高調波の波長λ／
２（μｍ）のときにおける異常光屈折率（ｎｅS2）が2.
09〜2.30、そして、基本波レーザ光の波長λ（μｍ）の
ときにおけるＬｉＮｂO3単結晶薄膜導波層常光屈折率
（ｎｏF1）が2.20〜2.27、第２高調波の波長λ／２（μ
ｍ）のときにおける異常光屈折率（ｎｅF2）が2.19〜2.
35の範囲内であることが必要である。その理由は、上記
範囲内でないと第２高調波光への変換効率が低く実用的
でないからである。
【００２５】さらに、ＬｉＴａＯ3 基板の基本波レーザ
光の波長λ（μｍ）における常光屈折率（ｎｏS1）が2.
09〜2.14、第２高調波の波長λ／２（μｍ）における異
常光屈折率（ｎｅS2）が2.12〜2.23、そして、ＬｉＮｂ
Ｏ 3単結晶薄膜導波層の基本波レーザ光の波長λ（μ
ｍ）における常光屈折率（ｎｏF1）が2.22〜2.24、第２
高調波の波長λ／２（μｍ）における異常光屈折率（ｎ
ｅF2）が2.21〜2.26の範囲内であることがより好適であ
る。
光の波長λ（μｍ）における常光屈折率（ｎｏS1）が2.
09〜2.14、第２高調波の波長λ／２（μｍ）における異
常光屈折率（ｎｅS2）が2.12〜2.23、そして、ＬｉＮｂ
Ｏ 3単結晶薄膜導波層の基本波レーザ光の波長λ（μ
ｍ）における常光屈折率（ｎｏF1）が2.22〜2.24、第２
高調波の波長λ／２（μｍ）における異常光屈折率（ｎ
ｅF2）が2.21〜2.26の範囲内であることがより好適であ
る。
【００２６】前述のごとき屈折率を有するＬｉＮｂＯ3
単結晶薄膜導波層、およびＬｉＴａＯ 3基板は、Ｎａ、
Ｃｒ、Ｍｇ、Ｎｄ、Ｚｎ、Ｎｉ、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。
単結晶薄膜導波層、およびＬｉＴａＯ 3基板は、Ｎａ、
Ｃｒ、Ｍｇ、Ｎｄ、Ｚｎ、Ｎｉ、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。
【００２７】さて、ＬｉＴａＯ3 基板上に、前記Ｎａ、
Ｃｒ、Ｍｇ、Ｎｄ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖなどの異種元
素を含有させたＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜導波層を形成す
る方法としては、予め、材料の原料と異種元素あるいは
異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ＬｉＴａＯ 3基板上にＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜
導波層を形成する方法、スパッタリング法、有機金属化
学堆積（ＭＯＣＶＤ）法、分子ビームエピタキシー（Ｍ
ＢＥ）法などを適用することができる。また、前記Ｌｉ
ＴａＯ3 基板あるいはＬｉＮｂＯ 3単結晶薄膜導波層
に、Ｎａ、Ｍｇ、Ｎｄ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖなどの異
種元素を含有させる方法としては、拡散法、イオン注入
法など種々の方法を用いることができる。
Ｃｒ、Ｍｇ、Ｎｄ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖなどの異種元
素を含有させたＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜導波層を形成す
る方法としては、予め、材料の原料と異種元素あるいは
異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ＬｉＴａＯ 3基板上にＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜
導波層を形成する方法、スパッタリング法、有機金属化
学堆積（ＭＯＣＶＤ）法、分子ビームエピタキシー（Ｍ
ＢＥ）法などを適用することができる。また、前記Ｌｉ
ＴａＯ3 基板あるいはＬｉＮｂＯ 3単結晶薄膜導波層
に、Ｎａ、Ｍｇ、Ｎｄ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖなどの異
種元素を含有させる方法としては、拡散法、イオン注入
法など種々の方法を用いることができる。
【００２８】さて、本発明のＳＨＧ素子については、導
波層の幅が１〜10μｍにす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ＳＨＧ素子が有利であるわ
けは、スラブ型に比べて、光パワー密度を高くできるか
らである。そして、幅が１〜10μｍであることが有利で
ある理由は、幅が１μｍ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、ＳＨＧ
変換効率も低くなってしまうからである。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。
波層の幅が１〜10μｍにす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ＳＨＧ素子が有利であるわ
けは、スラブ型に比べて、光パワー密度を高くできるか
らである。そして、幅が１〜10μｍであることが有利で
ある理由は、幅が１μｍ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、ＳＨＧ
変換効率も低くなってしまうからである。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。
【００２９】また、本発明にかかるＳＨＧ素子を製造す
る方法としては、基板上にスパッタリング法や液相エピ
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、そして、この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導波路パターンを形成
し、これをエッチングマスクとしてイオンビームエッチ
ングすることにより、チャンネル型のＳＨＧ素子を作製
する方法などが有利に適合する。
る方法としては、基板上にスパッタリング法や液相エピ
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、そして、この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導波路パターンを形成
し、これをエッチングマスクとしてイオンビームエッチ
ングすることにより、チャンネル型のＳＨＧ素子を作製
する方法などが有利に適合する。
【００３０】
実施例１−１ 基本波レーザ光の波長（λ）を1.15μｍとしたとき、こ
の波長の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
（ｎｏS1）が2.133 で、この入射条件の下で第２高調波
を発生したときの異常光屈折率（ｎｅS2）が2.194 であ
る厚さ１mmのＺカットＬｉＴａＯ3 単結晶基板１上に、
波長（λ）の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折
率（ｎｏF1）が2.225で、この入射条件の下で第２高調
波を発生するときの異常光屈折率（ｎｅF2）が2.208 で
あるＮａ，Ｍｇをそれぞれ１モル％, ５モル％固溶させ
たＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜２を、液相エピタキシャル成
長法により1.43μｍの厚さに成長させた。この薄膜の表
面粗さは、ＪＩＳ Ｂ0601 Ｒmax ＝200 Åであった。
なお、Ｎａ，Ｍｇをそれぞれ１．５モル％固溶させたＬ
ｉＮｂＯ3 単結晶薄膜は国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ９０
／０１２０７（国際公開番号ＷＯ ９１／０４３６０
号）に記載の方法で得られた薄膜であり、ＬｉＮｂＯ3
単結晶薄膜のａ軸の格子定数は、5.1537Å、ＬｉＴａＯ
3 単結晶基板のａ軸の格子定数は、5.1538Åであり、両
者は格子整合されている。
の波長の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
（ｎｏS1）が2.133 で、この入射条件の下で第２高調波
を発生したときの異常光屈折率（ｎｅS2）が2.194 であ
る厚さ１mmのＺカットＬｉＴａＯ3 単結晶基板１上に、
波長（λ）の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折
率（ｎｏF1）が2.225で、この入射条件の下で第２高調
波を発生するときの異常光屈折率（ｎｅF2）が2.208 で
あるＮａ，Ｍｇをそれぞれ１モル％, ５モル％固溶させ
たＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜２を、液相エピタキシャル成
長法により1.43μｍの厚さに成長させた。この薄膜の表
面粗さは、ＪＩＳ Ｂ0601 Ｒmax ＝200 Åであった。
なお、Ｎａ，Ｍｇをそれぞれ１．５モル％固溶させたＬ
ｉＮｂＯ3 単結晶薄膜は国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ９０
／０１２０７（国際公開番号ＷＯ ９１／０４３６０
号）に記載の方法で得られた薄膜であり、ＬｉＮｂＯ3
単結晶薄膜のａ軸の格子定数は、5.1537Å、ＬｉＴａＯ
3 単結晶基板のａ軸の格子定数は、5.1538Åであり、両
者は格子整合されている。
【００３１】さらに、この単結晶薄膜上に、フォトレジ
スト膜により幅５μｍのエッチングマスクを形成し、次
いでイオンビームエッチングによりチャンネル型の導波
層３とし、さらに、両側の端面を光学研磨してその端面
より光入出射が可能なＳＨＧ素子とした。このＳＨＧ素
子について、波長1.15μｍ、30ｍＷのＨｅ−Ｎｅレーザ
を、Ｎａ，Ｍｇ固溶ＬｉＮｂＯ 3単結晶薄膜に入射した
場合のＳＨＧ変換効率を測定したところ12.3％であり、
変換効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
スト膜により幅５μｍのエッチングマスクを形成し、次
いでイオンビームエッチングによりチャンネル型の導波
層３とし、さらに、両側の端面を光学研磨してその端面
より光入出射が可能なＳＨＧ素子とした。このＳＨＧ素
子について、波長1.15μｍ、30ｍＷのＨｅ−Ｎｅレーザ
を、Ｎａ，Ｍｇ固溶ＬｉＮｂＯ 3単結晶薄膜に入射した
場合のＳＨＧ変換効率を測定したところ12.3％であり、
変換効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
【００３２】実施例１−２ 前記実施例１−１と同様であるが、ＬｉＮｂＯ3 単結晶
薄膜の厚さを3.29μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝500 Åで
あった。このＳＨＧ素子について、実施例１−１と同様
にＳＨＧ変換効率を測定したところ５．４％であり、変
換効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
薄膜の厚さを3.29μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝500 Åで
あった。このＳＨＧ素子について、実施例１−１と同様
にＳＨＧ変換効率を測定したところ５．４％であり、変
換効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
【００３３】実施例１−３ 前記実施例１−１と同様であるが、ＬｉＮｂＯ 3単結晶
薄膜の厚さを3.70μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝1000Åで
あった。このＳＨＧ素子について、実施例１−１と同様
にＳＨＧ変換効率を測定したところ 1.6％であり、変換
効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
薄膜の厚さを3.70μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝1000Åで
あった。このＳＨＧ素子について、実施例１−１と同様
にＳＨＧ変換効率を測定したところ 1.6％であり、変換
効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
【００３４】実施例２−１ 基本波レーザ光の波長（λ）を0.98μｍとしたとき、こ
の波長の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
（ｎｏS1）が2.141 で、この入射条件の下で第２高調波
を発生したときの異常光屈折率（ｎｅS2）が2.225 であ
る厚さ１mmのＸカットＬｉＴａＯ 3単結晶基板上に、波
長（λ）の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
（ｎｏF1）が2.238で、この入射条件の下で第２高調波
を発生したときの異常光屈折率（ｎｅF2）が2.255 であ
るＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜を、液相エピタキシャル成長
法により2.79μｍの厚さに成長させた。この薄膜の表面
粗さは、ＪＩＳ Ｂ0601 Ｒmax ＝1000Åであった。さ
らに、この単結晶薄膜上に、フォトレジスト膜により幅
５μｍのエッチングマスクを形成し、次いで、イオンビ
ームエッチングによりチャンネル型の導波層とし、さら
に、両側の端面を光学研磨してその端面より光入出射が
可能なＳＨＧ素子とした。このＳＨＧ素子について、波
長0.98μｍ、50ｍＷの半導体レーザを、ＬｉＮｂＯ 3単
結晶薄膜に入射した場合のＳＨＧ変換効率を測定したと
ころ 4.8％であり、変換効率の高いＳＨＧ素子であるこ
とが認められた。
の波長の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
（ｎｏS1）が2.141 で、この入射条件の下で第２高調波
を発生したときの異常光屈折率（ｎｅS2）が2.225 であ
る厚さ１mmのＸカットＬｉＴａＯ 3単結晶基板上に、波
長（λ）の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
（ｎｏF1）が2.238で、この入射条件の下で第２高調波
を発生したときの異常光屈折率（ｎｅF2）が2.255 であ
るＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜を、液相エピタキシャル成長
法により2.79μｍの厚さに成長させた。この薄膜の表面
粗さは、ＪＩＳ Ｂ0601 Ｒmax ＝1000Åであった。さ
らに、この単結晶薄膜上に、フォトレジスト膜により幅
５μｍのエッチングマスクを形成し、次いで、イオンビ
ームエッチングによりチャンネル型の導波層とし、さら
に、両側の端面を光学研磨してその端面より光入出射が
可能なＳＨＧ素子とした。このＳＨＧ素子について、波
長0.98μｍ、50ｍＷの半導体レーザを、ＬｉＮｂＯ 3単
結晶薄膜に入射した場合のＳＨＧ変換効率を測定したと
ころ 4.8％であり、変換効率の高いＳＨＧ素子であるこ
とが認められた。
【００３５】実施例２−２ 前記実施例２−１と同様であるが、ＬｉＮｂＯ3 単結晶
薄膜の厚さを3.80μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝２００Å
であった。このＳＨＧ素子について、実施例２−１と同
様にＳＨＧ変換効率を測定したところ10.5％であり、変
換効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
薄膜の厚さを3.80μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝２００Å
であった。このＳＨＧ素子について、実施例２−１と同
様にＳＨＧ変換効率を測定したところ10.5％であり、変
換効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
【００３６】実施例２−３ 前記実施例２−１と同様であるが、ＬｉＮｂＯ3 単結晶
薄膜の厚さを5.71μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝８００Å
であった。このＳＨＧ素子について、実施例２−１と同
様にＳＨＧ変換効率を測定したところ 7.0％であり、変
換効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
薄膜の厚さを5.71μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝８００Å
であった。このＳＨＧ素子について、実施例２−１と同
様にＳＨＧ変換効率を測定したところ 7.0％であり、変
換効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
【００３７】実施例３−１ 基本波レーザ光の波長（λ）を1.06μｍとしたとき、こ
の波長の基本波レーザを入射するときの常光屈折率（ｎ
ｏS1）が2.137 で、この入射条件の下で第２高調波を発
生したときの異常光屈折率（ｎｅS2）が2.209 である厚
さ１mmのＺカットＬｉＴａＯ 3単結晶基板上に、波長
（λ）の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
（ｎｏF1）が2.230で、この入射条件の下で第２高調波
を発生したときの異常光屈折率（ｎｅF2）が2.225 であ
る、Ｎａ，Ｍｇをそれぞれ１モル％, ５モル％固溶させ
たＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜を、液相エピタキシャル成長
法により2.72μｍの厚さに成長させた。この薄膜の表面
粗さは、ＪＩＳ Ｂ0601 Ｒmax ＝100 Åであった。さ
らに、この単結晶薄膜上に、フォトレジスト膜により幅
５μｍのエッチングマスクを形成し、次いでイオンビー
ムエッチングによりチャンネル型の導波層とし、さら
に、両側の端面を光学研磨してその端面より光入出射が
可能なＳＨＧ素子とした。このＳＨＧ素子について、波
長1.06μｍ、100ｍＷのＹＡＧレーザを、Ｎａ，Ｍｇ固
溶ＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜に入射した場合のＳＨＧ変換
効率を測定したところ25.3％であり、変換効率の高いＳ
ＨＧ素子であることが認められた。
の波長の基本波レーザを入射するときの常光屈折率（ｎ
ｏS1）が2.137 で、この入射条件の下で第２高調波を発
生したときの異常光屈折率（ｎｅS2）が2.209 である厚
さ１mmのＺカットＬｉＴａＯ 3単結晶基板上に、波長
（λ）の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
（ｎｏF1）が2.230で、この入射条件の下で第２高調波
を発生したときの異常光屈折率（ｎｅF2）が2.225 であ
る、Ｎａ，Ｍｇをそれぞれ１モル％, ５モル％固溶させ
たＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜を、液相エピタキシャル成長
法により2.72μｍの厚さに成長させた。この薄膜の表面
粗さは、ＪＩＳ Ｂ0601 Ｒmax ＝100 Åであった。さ
らに、この単結晶薄膜上に、フォトレジスト膜により幅
５μｍのエッチングマスクを形成し、次いでイオンビー
ムエッチングによりチャンネル型の導波層とし、さら
に、両側の端面を光学研磨してその端面より光入出射が
可能なＳＨＧ素子とした。このＳＨＧ素子について、波
長1.06μｍ、100ｍＷのＹＡＧレーザを、Ｎａ，Ｍｇ固
溶ＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜に入射した場合のＳＨＧ変換
効率を測定したところ25.3％であり、変換効率の高いＳ
ＨＧ素子であることが認められた。
【００３８】実施例３−２ 前記実施例３−１と同様であるが、ＬｉＮｂＯ 3単結晶
薄膜の厚さを5.81μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝1100Åで
あった。このＳＨＧ素子について、実施例３−１と同様
にＳＨＧ変換効率を測定したところ11.8％であり、変換
効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
薄膜の厚さを5.81μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝1100Åで
あった。このＳＨＧ素子について、実施例３−１と同様
にＳＨＧ変換効率を測定したところ11.8％であり、変換
効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
【００３９】実施例３−３ 前記実施例３−１と同様であるが、ＬｉＮｂＯ 3単結晶
薄膜の厚さを6.46μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝1000Åで
あった。このＳＨＧ素子について、実施例３−１と同様
にＳＨＧ変換効率を測定したところ 3.5％であり、変換
効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
薄膜の厚さを6.46μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝1000Åで
あった。このＳＨＧ素子について、実施例３−１と同様
にＳＨＧ変換効率を測定したところ 3.5％であり、変換
効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
【００４０】実施例４−１ 厚さ１mmのＺカットＬｉＴａＯ 3単結晶基板上に、ＲＦ
スパッタリング法により厚さ1000ÅのＶ膜を形成し、Ｌ
ｉＴａＯ 3単結晶表層に熱拡散法によりＶを拡散させ
た。基本波レーザ光の波長（λ）を0.98μｍとしたと
き、この波長の基本波レーザ光を入射するときの常光屈
折率（ｎｏS1）が2.121 で、この入射条件の下で第２高
調波を発生したときの異常光屈折率（ｎｅS2）は2.185
となった。この基板上に、波長（λ）の基本波レーザ光
を入射するときの常光屈折率（ｎｏF1）が2.235 で、こ
の入射条件の下で第２高調波を発生したときの異常光屈
折率（ｎｅF2）が2.243 である、Ｚｎ，Ｍｇをそれぞれ
２モル％, ５モル％固溶させたＬｉＮｂＯ 3単結晶薄膜
を、液相エピタキシャル成長法により2.88μｍの厚さに
成長させた。この薄膜の表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ0601
Ｒmax ＝150 Åであった。さらに、この単結晶薄膜上に
フォトレジスト膜により幅５μｍのエッチングマスクを
形成し、次いで、イオンビームエッチングによりチャン
ネル型の導波層とし、さらに、両側の端面を光学研磨し
てその端面より光入出射が可能なＳＨＧ素子とした。こ
のＳＨＧ素子について、波長0.98μｍ、５０ｍＷの半導
体レーザを、Ｚｎ，Ｍｇ固溶ＬｉＮｂＯ 3単結晶薄膜に
入射した場合のＳＨＧ変換効率を測定したところ13.9％
であり、変換効率の高いＳＨＧ素子であることが認めら
れた。
スパッタリング法により厚さ1000ÅのＶ膜を形成し、Ｌ
ｉＴａＯ 3単結晶表層に熱拡散法によりＶを拡散させ
た。基本波レーザ光の波長（λ）を0.98μｍとしたと
き、この波長の基本波レーザ光を入射するときの常光屈
折率（ｎｏS1）が2.121 で、この入射条件の下で第２高
調波を発生したときの異常光屈折率（ｎｅS2）は2.185
となった。この基板上に、波長（λ）の基本波レーザ光
を入射するときの常光屈折率（ｎｏF1）が2.235 で、こ
の入射条件の下で第２高調波を発生したときの異常光屈
折率（ｎｅF2）が2.243 である、Ｚｎ，Ｍｇをそれぞれ
２モル％, ５モル％固溶させたＬｉＮｂＯ 3単結晶薄膜
を、液相エピタキシャル成長法により2.88μｍの厚さに
成長させた。この薄膜の表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ0601
Ｒmax ＝150 Åであった。さらに、この単結晶薄膜上に
フォトレジスト膜により幅５μｍのエッチングマスクを
形成し、次いで、イオンビームエッチングによりチャン
ネル型の導波層とし、さらに、両側の端面を光学研磨し
てその端面より光入出射が可能なＳＨＧ素子とした。こ
のＳＨＧ素子について、波長0.98μｍ、５０ｍＷの半導
体レーザを、Ｚｎ，Ｍｇ固溶ＬｉＮｂＯ 3単結晶薄膜に
入射した場合のＳＨＧ変換効率を測定したところ13.9％
であり、変換効率の高いＳＨＧ素子であることが認めら
れた。
【００４１】実施例４−２ 前記実施例４−１と同様であるが、ＬｉＮｂＯ 3単結晶
薄膜の厚さを4.44μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝1100Åで
あった。このＳＨＧ素子について、実施例４−１と同様
にＳＨＧ変換効率を測定したところ 3.0％であり、変換
効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
薄膜の厚さを4.44μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝1100Åで
あった。このＳＨＧ素子について、実施例４−１と同様
にＳＨＧ変換効率を測定したところ 3.0％であり、変換
効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
【００４２】実施例４−３ 前記実施例４−１と同様であるが、ＬｉＮｂＯ 3単結晶
薄膜の厚さを6.05μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝５００Å
であった。このＳＨＧ素子について、実施例４−１と同
様にＳＨＧ変換効率を測定したところ 6.6％であり、変
換効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
薄膜の厚さを6.05μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝５００Å
であった。このＳＨＧ素子について、実施例４−１と同
様にＳＨＧ変換効率を測定したところ 6.6％であり、変
換効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
【００４３】実施例５−１ 基本波レーザ光の波長（λ）を1.15μｍとしたとき、こ
の波長の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
（ｎｏS1）が2.133 で、この入射条件の下で第２高調波
を発生したときの異常光屈折率（ｎｅS2）が2.194 であ
る厚さ１mmのＺカットＬｉＴａＯ 3単結晶基板上に、波
長（λ）の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
（ｎｏF1）が2.227 で、この入射条件の下で第２高調波
を発生したときの異常光屈折率（ｎｅF2）が2.218 であ
るＬｉＮｂＯ 3単結晶薄膜を、液相エピタキシャル成長
法により2.08μｍの厚さに成長させた。この薄膜の表面
粗さは、ＪＩＳ Ｂ0601 Ｒmax ＝100 Åであった。さ
らに、この単結晶薄膜上に、フォトレジスト膜により幅
５μｍのエッチングマスクを形成し、次いで、イオンビ
ームエッチングによりチャンネル型の導波層とし、さら
に、両側の端面を光学研磨してその端面より光入出射が
可能なＳＨＧ素子とした。このＳＨＧ素子について、波
長1.15μｍ、30ｍＷのＨｅ−Ｎｅレーザを、ＬｉＮｂＯ
3 単結晶薄膜に入射した場合のＳＨＧ変換効率を測定し
たところ 8.5％であり、変換効率の高いＳＨＧ素子であ
ることが認められた。
の波長の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
（ｎｏS1）が2.133 で、この入射条件の下で第２高調波
を発生したときの異常光屈折率（ｎｅS2）が2.194 であ
る厚さ１mmのＺカットＬｉＴａＯ 3単結晶基板上に、波
長（λ）の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
（ｎｏF1）が2.227 で、この入射条件の下で第２高調波
を発生したときの異常光屈折率（ｎｅF2）が2.218 であ
るＬｉＮｂＯ 3単結晶薄膜を、液相エピタキシャル成長
法により2.08μｍの厚さに成長させた。この薄膜の表面
粗さは、ＪＩＳ Ｂ0601 Ｒmax ＝100 Åであった。さ
らに、この単結晶薄膜上に、フォトレジスト膜により幅
５μｍのエッチングマスクを形成し、次いで、イオンビ
ームエッチングによりチャンネル型の導波層とし、さら
に、両側の端面を光学研磨してその端面より光入出射が
可能なＳＨＧ素子とした。このＳＨＧ素子について、波
長1.15μｍ、30ｍＷのＨｅ−Ｎｅレーザを、ＬｉＮｂＯ
3 単結晶薄膜に入射した場合のＳＨＧ変換効率を測定し
たところ 8.5％であり、変換効率の高いＳＨＧ素子であ
ることが認められた。
【００４４】実施例５−２ 前記実施例５−１と同様であるが、ＬｉＮｂＯ3 単結晶
薄膜の厚さを3.42μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝９０Åで
あった。このＳＨＧ素子について、実施例５−１と同様
にＳＨＧ変換効率を測定したところ 1.7％であり、変換
効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
薄膜の厚さを3.42μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝９０Åで
あった。このＳＨＧ素子について、実施例５−１と同様
にＳＨＧ変換効率を測定したところ 1.7％であり、変換
効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
【００４５】実施例５−３ 前記実施例５−１と同様であるが、ＬｉＮｂＯ 3単結晶
薄膜の厚さを5.23μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝100 Åで
あった。このＳＨＧ素子について、実施例５−１と同様
にＳＨＧ変換効率を測定したところ 1.1％であり、変換
効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
薄膜の厚さを5.23μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝100 Åで
あった。このＳＨＧ素子について、実施例５−１と同様
にＳＨＧ変換効率を測定したところ 1.1％であり、変換
効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
【００４６】実施例６−１ 厚さ１mmのＹカットＬｉＴａＯ 3単結晶基板上に、ＲＦ
スパッタリング法により厚さ1000ÅのＭｇＯ膜を形成
し、ＬｉＴａＯ3 単結晶表層に、熱拡散法によりＭｇＯ
を拡散させた。基本波レーザ光の波長（λ）を1.06μｍ
としたとき、この波長の基本波レーザ光を入射するとき
の常光屈折率（ｎｏS1）が2.117 で、この入射条件の下
で第２高調波を発生したときの異常光屈折率（ｎｅS2）
が2.169 であった。この基板上に基本波レーザ光を入射
するときの常光屈折率（ｎｏF1）が2.230で、この入射
条件の下で第２高調波を発生したときの異常光屈折率
（ｎｅF2）が2.225 である、Ｚｎ，Ｍｇをそれぞれ2.5
モル％固溶させたＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜を、液相エピ
タキシャル成長法により2.72μｍの厚さに成長させた。
この薄膜の表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ0601 Ｒmax ＝150
Åであった。さらに、この単結晶薄膜上に、フォトレジ
スト膜により幅５μｍのエッチングマスクを形成し、次
いで、イオンビームエッチングによりチャンネル型の導
波層とし、さらに、両側の端面を光学研磨してその端面
より光入出射が可能なＳＨＧ素子とした。このＳＨＧ素
子について、波長1.06μｍ、100 ｍＷのＹＡＧレーザ
を、Ｚｎ，Ｍｇ固溶ＬｉＮｂＯ 3単結晶薄膜に入射した
場合のＳＨＧ変換効率を測定したところ25.3％であり、
変換効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
スパッタリング法により厚さ1000ÅのＭｇＯ膜を形成
し、ＬｉＴａＯ3 単結晶表層に、熱拡散法によりＭｇＯ
を拡散させた。基本波レーザ光の波長（λ）を1.06μｍ
としたとき、この波長の基本波レーザ光を入射するとき
の常光屈折率（ｎｏS1）が2.117 で、この入射条件の下
で第２高調波を発生したときの異常光屈折率（ｎｅS2）
が2.169 であった。この基板上に基本波レーザ光を入射
するときの常光屈折率（ｎｏF1）が2.230で、この入射
条件の下で第２高調波を発生したときの異常光屈折率
（ｎｅF2）が2.225 である、Ｚｎ，Ｍｇをそれぞれ2.5
モル％固溶させたＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜を、液相エピ
タキシャル成長法により2.72μｍの厚さに成長させた。
この薄膜の表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ0601 Ｒmax ＝150
Åであった。さらに、この単結晶薄膜上に、フォトレジ
スト膜により幅５μｍのエッチングマスクを形成し、次
いで、イオンビームエッチングによりチャンネル型の導
波層とし、さらに、両側の端面を光学研磨してその端面
より光入出射が可能なＳＨＧ素子とした。このＳＨＧ素
子について、波長1.06μｍ、100 ｍＷのＹＡＧレーザ
を、Ｚｎ，Ｍｇ固溶ＬｉＮｂＯ 3単結晶薄膜に入射した
場合のＳＨＧ変換効率を測定したところ25.3％であり、
変換効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
【００４７】実施例６−２ 前記実施例６−１と同様であるが、ＬｉＮｂＯ3 単結晶
薄膜の厚さを4.23μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝100 Åで
あった。このＳＨＧ素子について、実施例６−１と同様
にＳＨＧ変換効率を測定したところ 5.4％であり、変換
効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
薄膜の厚さを4.23μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝100 Åで
あった。このＳＨＧ素子について、実施例６−１と同様
にＳＨＧ変換効率を測定したところ 5.4％であり、変換
効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
【００４８】実施例６−３ 前記実施例６−１と同様であるが、ＬｉＮｂＯ 3単結晶
薄膜の厚さを5.80μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝200 Åで
あった。このＳＨＧ素子について、実施例６−１と同様
にＳＨＧ変換効率を測定したところ11.9％であり、変換
効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
薄膜の厚さを5.80μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝200 Åで
あった。このＳＨＧ素子について、実施例６−１と同様
にＳＨＧ変換効率を測定したところ11.9％であり、変換
効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
【００４９】実施例７−１ 厚さ１mmのＺカットＬｉＴａＯ 3単結晶基板上に、ＲＦ
スパッタリング法により厚さ1000ÅのＭｇＯ膜を形成
し、ＬｉＴａＯ3 単結晶表層に、熱拡散法によりＭｇＯ
を拡散させた。基本波レーザ光の波長（λ）を0.84μｍ
としたとき、この波長の基本波レーザ光を入射するとき
の常光屈折率（ｎｏS1）が2.130 で、この入射条件の下
で第２高調波を発生したときの異常光屈折率（ｎｅS2）
は2.229 であった。この基板上に、波長（λ）の基本波
レーザ光を入射するときの常光屈折率（ｎｏF1）が2.24
8 で、この入射条件の下で第２高調波を発生したときの
異常光屈折率（ｎｅF2）が2.294 である、Ｎａ，Ｍｇを
それぞれ１モル％, ５モル％固溶させたＬｉＮｂＯ3 単
結晶薄膜を、液相エピタキシャル成長法により1.94μｍ
の厚さに成長させた。この薄膜の表面粗さは、ＪＩＳ
Ｂ0601 Ｒmax＝200 Åであった。さらに、この単結晶
薄膜上に、フォトレジスト膜により幅５μｍのエッチン
グマスクを形成し、次いで、イオンビームエッチングに
よりチャンネル型の導波層とし、さらに、両側の端面を
光学研磨してその端面より光入出射が可能なＳＨＧ素子
とした。このＳＨＧ素子について、波長0.84μｍ、８０
ｍＷの半導体レーザを、Ｎａ，Ｍｇ固溶ＬｉＮｂＯ 3単
結晶薄膜に入射した場合のＳＨＧ変換効率を測定したと
ころ13.8％であり、変換効率の高いＳＨＧ素子であるこ
とが認められた。
スパッタリング法により厚さ1000ÅのＭｇＯ膜を形成
し、ＬｉＴａＯ3 単結晶表層に、熱拡散法によりＭｇＯ
を拡散させた。基本波レーザ光の波長（λ）を0.84μｍ
としたとき、この波長の基本波レーザ光を入射するとき
の常光屈折率（ｎｏS1）が2.130 で、この入射条件の下
で第２高調波を発生したときの異常光屈折率（ｎｅS2）
は2.229 であった。この基板上に、波長（λ）の基本波
レーザ光を入射するときの常光屈折率（ｎｏF1）が2.24
8 で、この入射条件の下で第２高調波を発生したときの
異常光屈折率（ｎｅF2）が2.294 である、Ｎａ，Ｍｇを
それぞれ１モル％, ５モル％固溶させたＬｉＮｂＯ3 単
結晶薄膜を、液相エピタキシャル成長法により1.94μｍ
の厚さに成長させた。この薄膜の表面粗さは、ＪＩＳ
Ｂ0601 Ｒmax＝200 Åであった。さらに、この単結晶
薄膜上に、フォトレジスト膜により幅５μｍのエッチン
グマスクを形成し、次いで、イオンビームエッチングに
よりチャンネル型の導波層とし、さらに、両側の端面を
光学研磨してその端面より光入出射が可能なＳＨＧ素子
とした。このＳＨＧ素子について、波長0.84μｍ、８０
ｍＷの半導体レーザを、Ｎａ，Ｍｇ固溶ＬｉＮｂＯ 3単
結晶薄膜に入射した場合のＳＨＧ変換効率を測定したと
ころ13.8％であり、変換効率の高いＳＨＧ素子であるこ
とが認められた。
【００５０】実施例７−２ 前記実施例７−１と同様であるが、ＬｉＮｂＯ3 単結晶
薄膜の厚さを2.92μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝560 Åで
あった。このＳＨＧ素子について、実施例７−１と同様
にＳＨＧ変換効率を測定したところ 9.2％であり、変換
効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
薄膜の厚さを2.92μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝560 Åで
あった。このＳＨＧ素子について、実施例７−１と同様
にＳＨＧ変換効率を測定したところ 9.2％であり、変換
効率の高いＳＨＧ素子であることが認められた。
【００５１】実施例７−３ 前記実施例７−１と同様であるが、ＬｉＮｂＯ3 単結晶
薄膜の厚さを3.40μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝200 Åで
あった。このＳＨＧ素子について、実施例７−１と同様
にＳＨＧ変換効率を測定したところ 2.6％であり、変換
効率が高いＳＨＧ素子であることが認められた。
薄膜の厚さを3.40μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝200 Åで
あった。このＳＨＧ素子について、実施例７−１と同様
にＳＨＧ変換効率を測定したところ 2.6％であり、変換
効率が高いＳＨＧ素子であることが認められた。
【００５２】実施例８−１ 基本波レーザ光の波長（λ）を1.06μｍとしたとき、こ
の波長の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
（ｎｏS1）が2.137 で、この入射条件の下で第２高調波
を発生したときの異常光屈折率（ｎｅS2）が2.209 であ
る厚さ１mmのＺカットＬｉＴａＯ3 単結晶基板上に、波
長（λ）の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
（ｎｏF1）が2.230 で、この入射条件の下で第２高調波
を発生したときの異常光屈折率（ｎｅF2）が2.225 であ
る、Ｎａ，Ｍｇをそれぞれ１モル％, ５モル％固溶させ
たＬｉＮｂＯ 3単結晶薄膜を、液相エピタキシャル成長
法により2.72μｍの厚さに成長させた。この薄膜の表面
粗さは、ＪＩＳ Ｂ0601 Ｒmax ＝ 5000Åであった。
さらに、この単結晶薄膜上に、フォトレジスト膜により
幅５μｍのエッチングマスクを形成し、次いでイオンビ
ームエッチングによりチャンネル型の導波層とし、さら
に、両側の端面を光学研磨してその端面より光入出射が
可能なＳＨＧ素子とした。このＳＨＧ素子について、波
長1.06μｍ、100 ｍＷのＹＡＧレーザを、Ｎａ，Ｍｇ固
溶ＬｉＮｂＯ 3単結晶薄膜に入射した場合のＳＨＧ変換
効率を測定したところ 6.3％であり、変換効率が高いＳ
ＨＧ素子であることが認められた。
の波長の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
（ｎｏS1）が2.137 で、この入射条件の下で第２高調波
を発生したときの異常光屈折率（ｎｅS2）が2.209 であ
る厚さ１mmのＺカットＬｉＴａＯ3 単結晶基板上に、波
長（λ）の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
（ｎｏF1）が2.230 で、この入射条件の下で第２高調波
を発生したときの異常光屈折率（ｎｅF2）が2.225 であ
る、Ｎａ，Ｍｇをそれぞれ１モル％, ５モル％固溶させ
たＬｉＮｂＯ 3単結晶薄膜を、液相エピタキシャル成長
法により2.72μｍの厚さに成長させた。この薄膜の表面
粗さは、ＪＩＳ Ｂ0601 Ｒmax ＝ 5000Åであった。
さらに、この単結晶薄膜上に、フォトレジスト膜により
幅５μｍのエッチングマスクを形成し、次いでイオンビ
ームエッチングによりチャンネル型の導波層とし、さら
に、両側の端面を光学研磨してその端面より光入出射が
可能なＳＨＧ素子とした。このＳＨＧ素子について、波
長1.06μｍ、100 ｍＷのＹＡＧレーザを、Ｎａ，Ｍｇ固
溶ＬｉＮｂＯ 3単結晶薄膜に入射した場合のＳＨＧ変換
効率を測定したところ 6.3％であり、変換効率が高いＳ
ＨＧ素子であることが認められた。
【００５３】実施例８−２ 前記実施例８−１と同様であるが、ＬｉＮｂＯ 3単結晶
薄膜の厚さを5.81μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝7000Åで
あった。このＳＨＧ素子について、実施例８−１と同様
にＳＨＧ変換効率を測定したところ 3.0％であり、変換
効率が高いＳＨＧ素子であることが認められた。
薄膜の厚さを5.81μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝7000Åで
あった。このＳＨＧ素子について、実施例８−１と同様
にＳＨＧ変換効率を測定したところ 3.0％であり、変換
効率が高いＳＨＧ素子であることが認められた。
【００５４】実施例８−３ 前記実施例８−１と同様であるが、ＬｉＮｂＯ 3単結晶
薄膜の厚さを6.46μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝7000Åで
あったこのＳＨＧ素子について、実施例８−１と同様に
ＳＨＧ変換効率を測定したところ 0.9％であり、変換効
率が高いＳＨＧ素子であることが認められた。
薄膜の厚さを6.46μｍとしたＳＨＧ素子を作製した。こ
の薄膜の表面粗さは、ＪＩＳＢ0601 Ｒmax＝7000Åで
あったこのＳＨＧ素子について、実施例８−１と同様に
ＳＨＧ変換効率を測定したところ 0.9％であり、変換効
率が高いＳＨＧ素子であることが認められた。
【００５５】比較例１ 基本波レーザ光の波長（λ）を1.06μｍとしたとき、こ
の波長の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
（ｎｏS1）が2.137 で、この入射条件の下で第２高調波
を発生したときの異常光屈折率（ｎｅS2）が2.209 であ
る厚さ１mmのＺカットＬｉＴａＯ 3単結晶基板上に、波
長（λ）の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
（ｎｏF1）が2.230 で、この入射条件の下で第２高調波
を発生したときの異常光屈折率（ｎｅF2）が2.225 であ
る、Ｎａ，Ｍｇをそれぞれ１モル％, ５モル％固溶させ
たＬｉＮｂＯ 3単結晶薄膜を、液相エピタキシャル成長
法により2.72μｍの厚さに成長させた。この薄膜の表面
粗さは、ＪＩＳ Ｂ0601 Ｒmax ＝ 12000 Åであっ
た。さらに、この単結晶薄膜上に、フォトレジスト膜に
より幅５μｍのエッチングマスクを形成し、次いでイオ
ンビームエッチングによりチャンネル型の導波層とし、
さらに、両側の端面を光学研磨してその端面より光入出
射が可能なＳＨＧ素子とした。このＳＨＧ素子につい
て、波長1.06μｍ、100 ｍＷのＹＡＧレーザを、Ｎａ，
Ｍｇ固溶ＬｉＮｂＯ 3単結晶薄膜に入射した場合のＳＨ
Ｇ変換効率を測定したところ0.025 ％であり、実用的な
ＳＨＧ素子とすることができなかった。
の波長の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
（ｎｏS1）が2.137 で、この入射条件の下で第２高調波
を発生したときの異常光屈折率（ｎｅS2）が2.209 であ
る厚さ１mmのＺカットＬｉＴａＯ 3単結晶基板上に、波
長（λ）の基本波レーザ光を入射するときの常光屈折率
（ｎｏF1）が2.230 で、この入射条件の下で第２高調波
を発生したときの異常光屈折率（ｎｅF2）が2.225 であ
る、Ｎａ，Ｍｇをそれぞれ１モル％, ５モル％固溶させ
たＬｉＮｂＯ 3単結晶薄膜を、液相エピタキシャル成長
法により2.72μｍの厚さに成長させた。この薄膜の表面
粗さは、ＪＩＳ Ｂ0601 Ｒmax ＝ 12000 Åであっ
た。さらに、この単結晶薄膜上に、フォトレジスト膜に
より幅５μｍのエッチングマスクを形成し、次いでイオ
ンビームエッチングによりチャンネル型の導波層とし、
さらに、両側の端面を光学研磨してその端面より光入出
射が可能なＳＨＧ素子とした。このＳＨＧ素子につい
て、波長1.06μｍ、100 ｍＷのＹＡＧレーザを、Ｎａ，
Ｍｇ固溶ＬｉＮｂＯ 3単結晶薄膜に入射した場合のＳＨ
Ｇ変換効率を測定したところ0.025 ％であり、実用的な
ＳＨＧ素子とすることができなかった。
【００５６】比較例２ 厚さ１mmのＺカットＬｉＴａＯ 3単結晶基板上に、ＲＦ
スパッタリング法により厚さ1000ÅのＶ膜を形成し、Ｌ
ｉＴａＯ 3単結晶表層に、熱拡散法によりＶを拡散させ
た。基本波レーザ光の波長（λ）を0.98μｍとしたと
き、この波長の基本波レーザ光を入射するときの常光屈
折率（ｎｏS1）が2.181 で、この入射条件の下で第２高
調波を発生したときの異常光屈折率（ｎｅS2）は2.185
であった。この基板上に、波長（λ）の基本波レーザ光
を入射するときの常光屈折率（ｎｏF1）が2.235 で、こ
の入射条件の下で第２高調波を発生したときの異常光屈
折率（ｎｅF2）が2.243 である、Ｚｎ，Ｍｇをそれぞれ
２モル％, ５モル％固溶させたＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜
を、液相エピタキシャル成長法により2.88μｍの厚さに
成長させた。この薄膜の表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ0601
Ｒmax ＝10000 Åであった。 さらに、この単結晶薄膜
上に、フォトレジスト膜により幅５μｍのエッチングマ
スクを形成し、次いで、イオンビームエッチングにより
チャンネル型の導波層とし、さらに、両側の端面を光学
研磨してその端面より光入出射が可能なＳＨＧ素子とし
た。このＳＨＧ素子について、波長0.98μｍ、５０ｍＷ
の半導体レーザを、Ｚｎ，Ｍｇ固溶ＬｉＮｂＯ 3単結晶
薄膜に入射した場合のＳＨＧ変換効率を測定したところ
0.014％であり、実用的なＳＨＧ素子とすることができ
なかった。
スパッタリング法により厚さ1000ÅのＶ膜を形成し、Ｌ
ｉＴａＯ 3単結晶表層に、熱拡散法によりＶを拡散させ
た。基本波レーザ光の波長（λ）を0.98μｍとしたと
き、この波長の基本波レーザ光を入射するときの常光屈
折率（ｎｏS1）が2.181 で、この入射条件の下で第２高
調波を発生したときの異常光屈折率（ｎｅS2）は2.185
であった。この基板上に、波長（λ）の基本波レーザ光
を入射するときの常光屈折率（ｎｏF1）が2.235 で、こ
の入射条件の下で第２高調波を発生したときの異常光屈
折率（ｎｅF2）が2.243 である、Ｚｎ，Ｍｇをそれぞれ
２モル％, ５モル％固溶させたＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜
を、液相エピタキシャル成長法により2.88μｍの厚さに
成長させた。この薄膜の表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ0601
Ｒmax ＝10000 Åであった。 さらに、この単結晶薄膜
上に、フォトレジスト膜により幅５μｍのエッチングマ
スクを形成し、次いで、イオンビームエッチングにより
チャンネル型の導波層とし、さらに、両側の端面を光学
研磨してその端面より光入出射が可能なＳＨＧ素子とし
た。このＳＨＧ素子について、波長0.98μｍ、５０ｍＷ
の半導体レーザを、Ｚｎ，Ｍｇ固溶ＬｉＮｂＯ 3単結晶
薄膜に入射した場合のＳＨＧ変換効率を測定したところ
0.014％であり、実用的なＳＨＧ素子とすることができ
なかった。
【００５７】比較例３ 厚さ0.5 mmのＺカットLiTaO3単結晶基板上に、液相エピ
タキシャル成長法により種々の厚さの Mg (5モル％) 固
溶LiNbO3単結晶薄膜を成長させた。表面を鏡面研磨後、
電子顕微鏡観察した結果、厚さは３μｍであることが判
った。この膜に通常のフォトリソグラフィーにより、Ｔ
ｉ薄膜のパターンを形成した。この薄膜にイオンビーム
エッチングを施し、段差を形成した。段差を段差計で測
定したところ、0.80μｍであった。次いで、Ｔｉ薄膜を
除去し、さらに電子顕微鏡観察を行ない、図１に示す膜
厚Ｔと段差ｔの比率を求め、膜厚Ｔの厚さを求めた結
果、膜厚Ｔは2.96μｍであった。さらにイオンビームエ
ッチングを行ない、電子顕微鏡観察を行ない、図１に示
す膜厚Ｔと段差ｔの比率から膜厚Ｔの厚さを求め、膜厚
Ｔを1.80μｍの厚さに調整した。両側の端面を鏡面研磨
し、その端面より光の入出射を可能としたＳＨＧ素子を
得た。基本波レーザ光波長λを0.94μｍとしたとき、Li
TaO3単結晶基板の常光屈折率（ｎｏS1）は 2.180、LiNb
O3単結晶薄膜導波層の常光屈折率（ｎｏF1）は 2.271、
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（ｎｅS2）は 2.261、LiNbO3単結晶薄膜導波層の
異常光屈折率（ｎｅF2）は 2.268、であった。このＳＨ
Ｇ素子は、 また、 このＳＨＧ素子について、波長0.94μｍ、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
入射角で入射した場合のＳＨＧ変換効率を測定したとこ
ろ0.80％であり、また膜厚さの測定が面倒であった。
タキシャル成長法により種々の厚さの Mg (5モル％) 固
溶LiNbO3単結晶薄膜を成長させた。表面を鏡面研磨後、
電子顕微鏡観察した結果、厚さは３μｍであることが判
った。この膜に通常のフォトリソグラフィーにより、Ｔ
ｉ薄膜のパターンを形成した。この薄膜にイオンビーム
エッチングを施し、段差を形成した。段差を段差計で測
定したところ、0.80μｍであった。次いで、Ｔｉ薄膜を
除去し、さらに電子顕微鏡観察を行ない、図１に示す膜
厚Ｔと段差ｔの比率を求め、膜厚Ｔの厚さを求めた結
果、膜厚Ｔは2.96μｍであった。さらにイオンビームエ
ッチングを行ない、電子顕微鏡観察を行ない、図１に示
す膜厚Ｔと段差ｔの比率から膜厚Ｔの厚さを求め、膜厚
Ｔを1.80μｍの厚さに調整した。両側の端面を鏡面研磨
し、その端面より光の入出射を可能としたＳＨＧ素子を
得た。基本波レーザ光波長λを0.94μｍとしたとき、Li
TaO3単結晶基板の常光屈折率（ｎｏS1）は 2.180、LiNb
O3単結晶薄膜導波層の常光屈折率（ｎｏF1）は 2.271、
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（ｎｅS2）は 2.261、LiNbO3単結晶薄膜導波層の
異常光屈折率（ｎｅF2）は 2.268、であった。このＳＨ
Ｇ素子は、 また、 このＳＨＧ素子について、波長0.94μｍ、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
入射角で入射した場合のＳＨＧ変換効率を測定したとこ
ろ0.80％であり、また膜厚さの測定が面倒であった。
【００５８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｌ
ｉＴａＯ 3単結晶基板上にＬｉＮｂＯ3薄膜導波層が形成
したＳＨＧ素子とし、この基板と薄膜導波層の常光屈折
率,異常光屈折率を所定の範囲に調整することにより、
極めて高いＳＨＧ変換効率を有するＳＨＧ素子を容易に
製造でき、特にグリーンレーザを高効率で発振させるこ
とができる。
ｉＴａＯ 3単結晶基板上にＬｉＮｂＯ3薄膜導波層が形成
したＳＨＧ素子とし、この基板と薄膜導波層の常光屈折
率,異常光屈折率を所定の範囲に調整することにより、
極めて高いＳＨＧ変換効率を有するＳＨＧ素子を容易に
製造でき、特にグリーンレーザを高効率で発振させるこ
とができる。
【図１】本発明のＳＨＧ素子の略線図である。
１ 基板 ２ 薄膜 ３ 導波層
Claims (2)
- 【請求項１】 ＬｉＴａＯ3 基板上に、ＬｉＮｂＯ3 単
結晶薄膜導波層が形成されてなる第２高調波発生素子に
おいて、薄膜導波層の表面粗さ Ｒmax が10〜10000 Å
の範囲内であり、 波長λの基本波レーザ光を入射するときの、前記基板の
常光屈折率を（ｎｏS1）とし、この入射条件の下でλ／
２の第２高調波を発生したときの該基板の異常光屈折率
を（ｎｅS2）とし、一方、波長λ（μｍ）の基本波レー
ザ光を入射するときの前記薄膜導波層の常光屈折率を
（ｎｏF1）とし、その入射条件の下でλ／２（μｍ）の
第２高調波を発生したときの該薄膜導波層の異常光屈折
率を（ｎｅF2）としたとき、λ, ｎｏS1, ｎｅS2, ｎｏ
F1, ｎｅF2がそれぞれ下記の数値の範囲内であることを
特徴とする第２高調波発生素子。 記 λ＝０．８０〜１．１５μｍ ｎｏS1＝２．０８〜２．１７ ｎｅS2＝２．０９〜２．３０ ｎｏF1＝２．２０〜２．２７ ｎｅF2＝２．１９〜２．３５ - 【請求項２】 前記第２高調波発生素子は、導波層の幅
が１〜１０μｍのチャンネル型である請求項１に記載の
第２高調波発生素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26256891A JPH0572590A (ja) | 1991-09-17 | 1991-09-17 | 第２高調波発生素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26256891A JPH0572590A (ja) | 1991-09-17 | 1991-09-17 | 第２高調波発生素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0572590A true JPH0572590A (ja) | 1993-03-26 |
Family
ID=17377611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26256891A Pending JPH0572590A (ja) | 1991-09-17 | 1991-09-17 | 第２高調波発生素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0572590A (ja) |
-
1991
- 1991-09-17 JP JP26256891A patent/JPH0572590A/ja active Pending
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