JPH1053493A - 酸化物単結晶とその製造方法 - Google Patents
酸化物単結晶とその製造方法Info
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- JPH1053493A JPH1053493A JP8204376A JP20437696A JPH1053493A JP H1053493 A JPH1053493 A JP H1053493A JP 8204376 A JP8204376 A JP 8204376A JP 20437696 A JP20437696 A JP 20437696A JP H1053493 A JPH1053493 A JP H1053493A
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B35/00—Boron; Compounds thereof
- C01B35/08—Compounds containing boron and nitrogen, phosphorus, oxygen, sulfur, selenium or tellurium
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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Abstract
(57)【要約】
【解決手段】 ＢａＭ2 Ｏ4 （Ｍ：ＡｌおよびＧａの少
くとも１種）のＭの一部がＢで置換され、Ｂの周りに非
対称中心部が形成され、非線形光学効果が付与された酸
化物単結晶。 【課題】 結晶全体で対称中心を持たない非線形光学特
性の付与された酸化物単結晶を、再現性良く、安価で容
易に製造して提供する。
くとも１種）のＭの一部がＢで置換され、Ｂの周りに非
対称中心部が形成され、非線形光学効果が付与された酸
化物単結晶。 【課題】 結晶全体で対称中心を持たない非線形光学特
性の付与された酸化物単結晶を、再現性良く、安価で容
易に製造して提供する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、酸化物単結晶と
その製造方法に関するものである。さらにくわしくは、
レーザー素子、波長変換素子などの光学分野において有
用な、優れた非線形光学特性を有する新しい酸化物単結
晶とその製造方法に関するものである。
その製造方法に関するものである。さらにくわしくは、
レーザー素子、波長変換素子などの光学分野において有
用な、優れた非線形光学特性を有する新しい酸化物単結
晶とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】レーザーの出現により発展し
た非線形光学の技術は、その代表的な現象として光高調
波発生、光混合、誘導散乱などを扱うが、これらの現象
は研究の対象となるだけでなく、実際の応用の範囲も広
い。例えば、コヒーレント光の発生・制御・測定などの
オプトエレクトロニクス、非線形効果を通じて物性を探
る非線形分光学、さらにそれらの知識や技術を利用した
レーザーへの応用などがある。これらは、電子・通信・
情報光学分野を発展させるための基礎として重要なもの
となっている。
た非線形光学の技術は、その代表的な現象として光高調
波発生、光混合、誘導散乱などを扱うが、これらの現象
は研究の対象となるだけでなく、実際の応用の範囲も広
い。例えば、コヒーレント光の発生・制御・測定などの
オプトエレクトロニクス、非線形効果を通じて物性を探
る非線形分光学、さらにそれらの知識や技術を利用した
レーザーへの応用などがある。これらは、電子・通信・
情報光学分野を発展させるための基礎として重要なもの
となっている。
【０００３】このような非線形光学効果を有する物質と
しては、例えば、ＡＤＰ（燐酸二水素アンモニウム）、
Ｂａ2ＮａＮｂ5Ｏ15（ニオブ酸バリウム・ナトリウ
ム）、ＣｄＳｅ（セレンカドミウム）、ＫＤＰ（燐酸二
水素カリウム）などが知られており、これらの物質はそ
の用途に応じ、それぞれの特性を生かして用いられてき
ているが、さらに近年では、非線形光学効果の適用場面
の広がりとともに、より良質な結晶として、容易に、再
現性良く製造できる物質が求められている。
しては、例えば、ＡＤＰ（燐酸二水素アンモニウム）、
Ｂａ2ＮａＮｂ5Ｏ15（ニオブ酸バリウム・ナトリウ
ム）、ＣｄＳｅ（セレンカドミウム）、ＫＤＰ（燐酸二
水素カリウム）などが知られており、これらの物質はそ
の用途に応じ、それぞれの特性を生かして用いられてき
ているが、さらに近年では、非線形光学効果の適用場面
の広がりとともに、より良質な結晶として、容易に、再
現性良く製造できる物質が求められている。
【０００４】一方、酸化物単結晶の一つとして、従来よ
り、化学量論組成の融液（融点：１８３０〜１８５０
℃）からＢａＭ2 Ｏ4 （Ｍ：Ａｌ，Ｇａ）単結晶を製造
する方法が知られている。この結晶の製造は容易で、六
方晶系の結晶対称性をもつが、結晶に対称中心があるた
め、非線形光学効果を有してはいない。ま一方、バルク
の物質として、結晶全体で対称中心を持たない結晶の探
索も行われてきているが、この場合の単結晶の製造は困
難な部分が多い。
り、化学量論組成の融液（融点：１８３０〜１８５０
℃）からＢａＭ2 Ｏ4 （Ｍ：Ａｌ，Ｇａ）単結晶を製造
する方法が知られている。この結晶の製造は容易で、六
方晶系の結晶対称性をもつが、結晶に対称中心があるた
め、非線形光学効果を有してはいない。ま一方、バルク
の物質として、結晶全体で対称中心を持たない結晶の探
索も行われてきているが、この場合の単結晶の製造は困
難な部分が多い。
【０００５】しかし、このＢａＭ2 Ｏ4 （Ｍ：Ａｌ，Ｇ
ａ）のような酸化物単結晶が比較的容易に、再現性良く
製造できることを考えると、これらの酸化物単結晶に、
それ自身を母体にした非線形光学効果の付加手段を、新
しい観点から検討し、製造を試みることは技術的にも妥
当であり、必然である。そして、その手段を確立するこ
とで、非線形光学効果を持つ結晶の製造がより容易に、
再現性良くできるよになると期待され、非線形光学効果
の適用範囲もさらに拡大されるものと考えられる。
ａ）のような酸化物単結晶が比較的容易に、再現性良く
製造できることを考えると、これらの酸化物単結晶に、
それ自身を母体にした非線形光学効果の付加手段を、新
しい観点から検討し、製造を試みることは技術的にも妥
当であり、必然である。そして、その手段を確立するこ
とで、非線形光学効果を持つ結晶の製造がより容易に、
再現性良くできるよになると期待され、非線形光学効果
の適用範囲もさらに拡大されるものと考えられる。
【０００６】そこでこの発明は、以上のような事情か
ら、酸化物単結晶における非線形光学効果の付加を簡便
に、再現性良く行うための技術手段を提供することを目
的としている。
ら、酸化物単結晶における非線形光学効果の付加を簡便
に、再現性良く行うための技術手段を提供することを目
的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、ＢａＭ2 Ｏ4 （Ｍ：Ａｌおよび
Ｇａの少くとも１種）のＭの一部をＢで置換した単結晶
であって、Ｂの周りに非対称中心部が形成され、非線形
光学効果が付与されていることを特徴とする酸化物単結
晶を提供する。
を解決するものとして、ＢａＭ2 Ｏ4 （Ｍ：Ａｌおよび
Ｇａの少くとも１種）のＭの一部をＢで置換した単結晶
であって、Ｂの周りに非対称中心部が形成され、非線形
光学効果が付与されていることを特徴とする酸化物単結
晶を提供する。
【０００８】そしてまた、この発明では、ＢａＭ2 Ｏ4
（Ｍ：ＡｌおよびＧａの少くとも１種）の組成を有する
原料物質をＢと融解して前記ＭをＢで置換した単結晶を
育成して、Ｂの周りに非対称中心部を形成し、非線形光
学効果を付与することを特徴とする酸化物単結晶の製造
方法を提供する。
（Ｍ：ＡｌおよびＧａの少くとも１種）の組成を有する
原料物質をＢと融解して前記ＭをＢで置換した単結晶を
育成して、Ｂの周りに非対称中心部を形成し、非線形光
学効果を付与することを特徴とする酸化物単結晶の製造
方法を提供する。
【０００９】
【実施の形態】この発明では、上記の通り、通常は、対
称中心を持ち、非線形光学効果を有しないＢａＭ2 Ｏ4
（Ｍ：ＡｌおよびＧａの少くとも１種）単結晶につい
て、Ｍの一部をＢで置換することにより、Ｂの周辺に非
対称中心部を形成し、非線形光学効果を付与している。
すなわち、ＢａＡｌ2 Ｏ4 およびＢａＧａ2 Ｏ4 は、対
称中心のある結晶であるが、ＡｌあるいはＧａの一部を
イオン半径の異なるＢで置換すると、結晶の格子間距離
に変化が生じ、歪むことによって対称中心をもたなくな
る。
称中心を持ち、非線形光学効果を有しないＢａＭ2 Ｏ4
（Ｍ：ＡｌおよびＧａの少くとも１種）単結晶につい
て、Ｍの一部をＢで置換することにより、Ｂの周辺に非
対称中心部を形成し、非線形光学効果を付与している。
すなわち、ＢａＡｌ2 Ｏ4 およびＢａＧａ2 Ｏ4 は、対
称中心のある結晶であるが、ＡｌあるいはＧａの一部を
イオン半径の異なるＢで置換すると、結晶の格子間距離
に変化が生じ、歪むことによって対称中心をもたなくな
る。
【００１０】これによって誘電分極の対称性がくずれ
る。ここにレーザーが入射すると、波形が歪み高調波成
分をもち、第２高調波、第３高調波を得ることができ
る。対称中心のある結晶では、このような現象が現れな
い。前記式におけるＭの置換範囲については、たとえば
（Ｍ1-x Ｂx ）で表わすとすると、ｘ≦０．００１では
非線形光学効果が小さく、０．１５≦ｘでは結晶化が困
難となる。このため、この発明においては、単結晶の組
成については，Ｂａ（Ｍ1-x Ｂx ）2 Ｏ4 （Ｍ：Ａｌお
よびＧａの少くとも１種）として表わすと、 ０．００１＜ｘ＜０．１５ とするのが好ましい。
る。ここにレーザーが入射すると、波形が歪み高調波成
分をもち、第２高調波、第３高調波を得ることができ
る。対称中心のある結晶では、このような現象が現れな
い。前記式におけるＭの置換範囲については、たとえば
（Ｍ1-x Ｂx ）で表わすとすると、ｘ≦０．００１では
非線形光学効果が小さく、０．１５≦ｘでは結晶化が困
難となる。このため、この発明においては、単結晶の組
成については，Ｂａ（Ｍ1-x Ｂx ）2 Ｏ4 （Ｍ：Ａｌお
よびＧａの少くとも１種）として表わすと、 ０．００１＜ｘ＜０．１５ とするのが好ましい。
【００１１】そして、この発明では、単結晶製造の容易
な、対称中心をもつＢａＭ2 Ｏ4 （Ｍ：Ａｌ，Ｇａ）を
母体とするため、引き上げ法、あるいは浮遊帯溶融法の
どちらでも、その製造は容易である。以下、実施例を示
し、さらに詳しくこの発明の実施の形態について説明す
る。もちろんこの発明は以下の例によって限定されるも
のではない。
な、対称中心をもつＢａＭ2 Ｏ4 （Ｍ：Ａｌ，Ｇａ）を
母体とするため、引き上げ法、あるいは浮遊帯溶融法の
どちらでも、その製造は容易である。以下、実施例を示
し、さらに詳しくこの発明の実施の形態について説明す
る。もちろんこの発明は以下の例によって限定されるも
のではない。
【００１２】
（実施例１）一般的な高周波加熱引き上げ装置におい
て、直径、高さともに５０ｍｍのＩｒるつぼ中で２００
ｇの化学量論組成ＢａＭ2 Ｏ4 （Ｍ：Ａｌ）となる酸化
物原料を大気中で融解（融点：１８４０℃）する。ここ
へＢを添加し、Ｍをｘ＝０．０５のＢで置換したＢａ
（Ｍ1-x Ｂx ）2 Ｏ4 の組成の融液から単結晶を製造す
る。直径２ｍｍ、長さ５０ｍｍの種結晶を２０ｒｐｍで
回転させながらこの融液に上方から浸す。３０分後に種
結晶を上方へ３ｍｍ／ｈｒの速度で引き上げると、結晶
が種結晶の先に生成する。１０時間かけて引き上げる
と、直胴部で直径２０ｍｍ、長さ３０ｍｍの単結晶が製
造される。この単結晶に、室温（２５℃）で波長７８５
ｎｍのＴｉ：Ａｌ2 Ｏ3 レーザーを照射すると、図１に
示すような波長３９２ｎｍの高調波が観察され、非線形
光学効果が確認される。
て、直径、高さともに５０ｍｍのＩｒるつぼ中で２００
ｇの化学量論組成ＢａＭ2 Ｏ4 （Ｍ：Ａｌ）となる酸化
物原料を大気中で融解（融点：１８４０℃）する。ここ
へＢを添加し、Ｍをｘ＝０．０５のＢで置換したＢａ
（Ｍ1-x Ｂx ）2 Ｏ4 の組成の融液から単結晶を製造す
る。直径２ｍｍ、長さ５０ｍｍの種結晶を２０ｒｐｍで
回転させながらこの融液に上方から浸す。３０分後に種
結晶を上方へ３ｍｍ／ｈｒの速度で引き上げると、結晶
が種結晶の先に生成する。１０時間かけて引き上げる
と、直胴部で直径２０ｍｍ、長さ３０ｍｍの単結晶が製
造される。この単結晶に、室温（２５℃）で波長７８５
ｎｍのＴｉ：Ａｌ2 Ｏ3 レーザーを照射すると、図１に
示すような波長３９２ｎｍの高調波が観察され、非線形
光学効果が確認される。
【００１３】なお、Ｂによる置換を原料物質の融解前に
行っても、同様の結果が得られる。また、ＭがＧａの場
合でも、同様の結果となる。さらに、ハロゲン加熱浮遊
帯溶融装置により製造した単結晶でも同様の結果となる
ことが確認される。 （実施例２）実施例１と同じ高周波加熱引き上げ装置と
Ｉｒるつぼ中で２００ｇの化学量論組成ＢａＭＯ
4 （Ｍ：１：１のＡｌとＧａの組み合わせ）の原料物質
を大気中で融解（融点：１８３０℃）する。Ｂの添加に
より、Ｍをｘ＝０．０５のＢで置換したＢａ（Ｍ1-x Ｂ
x ）2 Ｏ4 の組成を融液を用いて、単結晶を製造する。
直径２ｍｍ、長さ５０ｍｍの種結晶を２０ｒｐｍで回転
させながら融液に上方から浸す。３０分後に種結晶を上
方へ３ｍｍ／ｈｒの速度で引き上げると、結晶が種結晶
の先に生成する。１０時間かけて引き上げると、直胴部
で直径２０ｍｍ、長さ３０ｍｍの単結晶が製造される。
この単結晶に、室温（２５℃）で波長７８５ｎｍのＴ
ｉ：Ａｌ2 Ｏ3 レーザーを照射すると、図１と同様な波
長３９２ｎｍの高調波が観察され、非線形光学効果が確
認される。実施例１のＭが単独元素の場合と同等あるい
はそれ以上の高調波強度を得ることも可能である。
行っても、同様の結果が得られる。また、ＭがＧａの場
合でも、同様の結果となる。さらに、ハロゲン加熱浮遊
帯溶融装置により製造した単結晶でも同様の結果となる
ことが確認される。 （実施例２）実施例１と同じ高周波加熱引き上げ装置と
Ｉｒるつぼ中で２００ｇの化学量論組成ＢａＭＯ
4 （Ｍ：１：１のＡｌとＧａの組み合わせ）の原料物質
を大気中で融解（融点：１８３０℃）する。Ｂの添加に
より、Ｍをｘ＝０．０５のＢで置換したＢａ（Ｍ1-x Ｂ
x ）2 Ｏ4 の組成を融液を用いて、単結晶を製造する。
直径２ｍｍ、長さ５０ｍｍの種結晶を２０ｒｐｍで回転
させながら融液に上方から浸す。３０分後に種結晶を上
方へ３ｍｍ／ｈｒの速度で引き上げると、結晶が種結晶
の先に生成する。１０時間かけて引き上げると、直胴部
で直径２０ｍｍ、長さ３０ｍｍの単結晶が製造される。
この単結晶に、室温（２５℃）で波長７８５ｎｍのＴ
ｉ：Ａｌ2 Ｏ3 レーザーを照射すると、図１と同様な波
長３９２ｎｍの高調波が観察され、非線形光学効果が確
認される。実施例１のＭが単独元素の場合と同等あるい
はそれ以上の高調波強度を得ることも可能である。
【００１４】ＭにおけるＡｌとＧａの比を変えた場合で
も、同様の結果となる。また、ハロゲン加熱浮遊帯溶融
装置により製造した単結晶でも、同様の結果となる事が
確認されている。 （比較例）比較のため、実施例１および２と同じ高周波
加熱引き上げ装置とＩｒるつぼ中で、２００ｇの化学量
論組成ＢａＭ2 Ｏ4 （Ｍ：Ａｌ）の原料物質を大気中で
融解（融点：１８５０℃）し、これをそのまま用いて、
単結晶を製造する。直径２ｍｍ、長さ５０ｍｍの種結晶
を２０ｒｐｍで回転させながら融液に上方から浸す。３
０分後から種結晶を上方へ３ｍｍ／ｈｒで引き上げ、結
晶を種結晶の先に生成させる。１０時間かけて引き上げ
ると、直胴部では直径２０ｍｍ、長さ３０ｍｍの単結晶
が製造される。この単結晶に、室温（２５℃）で波長７
８５ｎｍのＴｉ：Ａｌ2 Ｏ3 レーザーを照射すると、図
２に示すように高調波はまったく観察されない。従っ
て、実施例１および２のように、Ｂによる置換が、酸化
物単結晶に非線形光学効果を与えていることが確認され
る。
も、同様の結果となる。また、ハロゲン加熱浮遊帯溶融
装置により製造した単結晶でも、同様の結果となる事が
確認されている。 （比較例）比較のため、実施例１および２と同じ高周波
加熱引き上げ装置とＩｒるつぼ中で、２００ｇの化学量
論組成ＢａＭ2 Ｏ4 （Ｍ：Ａｌ）の原料物質を大気中で
融解（融点：１８５０℃）し、これをそのまま用いて、
単結晶を製造する。直径２ｍｍ、長さ５０ｍｍの種結晶
を２０ｒｐｍで回転させながら融液に上方から浸す。３
０分後から種結晶を上方へ３ｍｍ／ｈｒで引き上げ、結
晶を種結晶の先に生成させる。１０時間かけて引き上げ
ると、直胴部では直径２０ｍｍ、長さ３０ｍｍの単結晶
が製造される。この単結晶に、室温（２５℃）で波長７
８５ｎｍのＴｉ：Ａｌ2 Ｏ3 レーザーを照射すると、図
２に示すように高調波はまったく観察されない。従っ
て、実施例１および２のように、Ｂによる置換が、酸化
物単結晶に非線形光学効果を与えていることが確認され
る。
【００１５】
【発明の効果】以上詳しく説明したとおり、この発明に
より、結晶全体で対称中心を持たない良質な単結晶で、
再現性が良い、容易で安価な製造が可能な、非線形光学
特性を持つ酸化物単結晶が提供される。レーザー素子、
波長変換素子などの光学分野をはじめ、各種の分野に有
用なものとなる。
より、結晶全体で対称中心を持たない良質な単結晶で、
再現性が良い、容易で安価な製造が可能な、非線形光学
特性を持つ酸化物単結晶が提供される。レーザー素子、
波長変換素子などの光学分野をはじめ、各種の分野に有
用なものとなる。
【図１】この発明による酸化物単結晶Ｂａ（Ｍ0.95Ｂ
0.05）2 Ｏ4 （Ｍ：Ａｌ）に、波長７８５ｎｍのＴｉ：
Ａｌ2 Ｏ3 レーザーを照射し発生した高調波の強度を例
示した図である。
0.05）2 Ｏ4 （Ｍ：Ａｌ）に、波長７８５ｎｍのＴｉ：
Ａｌ2 Ｏ3 レーザーを照射し発生した高調波の強度を例
示した図である。
【図２】比較例としての、Ｂによる置換を行わないＢａ
Ｍ2 Ｏ4 （Ｍ：Ａｌ）単結晶に、波長７８５ｎｍのＴ
ｉ：Ａｌ2 Ｏ3 レーザーを照射した場合の高調波強度を
例示した図である。
Ｍ2 Ｏ4 （Ｍ：Ａｌ）単結晶に、波長７８５ｎｍのＴ
ｉ：Ａｌ2 Ｏ3 レーザーを照射した場合の高調波強度を
例示した図である。
Claims (3)
- 【請求項１】 ＢａＭ2 Ｏ4 （Ｍ：ＡｌおよびＧａの少
くとも１種）の組成のＭの一部を、Ｂで置換した単結晶
であって、Ｂの周りに非対称中心部が形成され、非線形
光学効果が付与されていることを特徴とする酸化物単結
晶。 - 【請求項２】 組成が一般式Ｂａ（Ｍ1-x Ｂx ）2 Ｏ4
（Ｍ：ＡｌおよびＧａの少くとも１種で０．００１＜ｘ
＜０．１５）で示される請求項１の酸化物単結晶。 - 【請求項３】 ＢａＭ2 Ｏ4 （Ｍ：ＡｌおよびＧａの少
くとも１種）の組成を有する原料物質をＢと融解して前
記Ｍの一部をＢで置換した単結晶を育成して、Ｂの周り
に非対称中心部を形成し、非線形光学効果を付与するこ
とを特徴とする酸化物単結晶の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8204376A JP2866924B2 (ja) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | 酸化物単結晶とその製造方法 |
| US08/904,610 US6153125A (en) | 1996-08-02 | 1997-08-01 | BaM2 O4 oxide single crystal having non-linear optical property and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8204376A JP2866924B2 (ja) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | 酸化物単結晶とその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1053493A true JPH1053493A (ja) | 1998-02-24 |
| JP2866924B2 JP2866924B2 (ja) | 1999-03-08 |
Family
ID=16489505
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8204376A Expired - Lifetime JP2866924B2 (ja) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | 酸化物単結晶とその製造方法 |
Country Status (2)
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| JP (1) | JP2866924B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103030146A (zh) * | 2011-09-30 | 2013-04-10 | 中国科学院理化技术研究所 | BaGa2SiSe6化合物、BaGa2SiSe6非线性光学晶体及制法和用途 |
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| US20050022721A1 (en) * | 2003-07-31 | 2005-02-03 | Kolis Joseph W. | Acentric, rhombohedral lanthanide borate crystals, method for making, and applications thereof |
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-
1997
- 1997-08-01 US US08/904,610 patent/US6153125A/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103030146A (zh) * | 2011-09-30 | 2013-04-10 | 中国科学院理化技术研究所 | BaGa2SiSe6化合物、BaGa2SiSe6非线性光学晶体及制法和用途 |
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Also Published As
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| JP2866924B2 (ja) | 1999-03-08 |
| US6153125A (en) | 2000-11-28 |
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