JPH04145419A

JPH04145419A - 第２高調波発生素子

Info

Publication number: JPH04145419A
Application number: JP26925790A
Authority: JP
Inventors: Tetsushi Ono; 哲史大野
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1990-10-05
Filing date: 1990-10-05
Publication date: 1992-05-19

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）本発明は第２高調波光のみを選択的に取り出すことがで
き、単色性に優れたレーザ光が得られる第２高調波発生
素子に関する。

（従来技術）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、ガスレーザは、
光変調のため外部に変調器が必要であり、小型化に適し
ていないことから、直接変調が可能で、ガスレーザに比
べて安価で取扱いが容易な半導体レーザを使用すること
ができるＳＨＧ素子が要求されている。　ところで、半
導体レーザを光源とする場合、一般に半導体レザの出力
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導波路構造のＳＨＯ素子が要求さ
れている。

このようなＳＨＧ素子としては、特開昭６４２３２３３
号に、ＬｉＮｂ０．基板にプロトン交換により導波路が
形成されてなる第２高調波発生素子が記載されている。

このような第２高調波発生素子は、導波路から基本波長
光が、また基板からチェレンコフ放射により第２高調波
光が出射されるものであった。

しかしながら、このようなチェレンコフ放射を利用した
ＳＨＯ素子は、導波路を薄くしなければならず、入射光
の導波が難しく、効率を向上させにくいなどの問題があ
った。

このため、チェレンコフ放射を利用しない第２高調波発
生素子が種々提案されている。

（従来技術の問題点）しかし、チェレンコフ放射を利用しない薄膜導波路型Ｓ
ＨＧ素子では、第２高調波光と第２高調波光に変換され
なかった基本波長光が同時に薄膜導波路から出射される
ため、変換効率を向上させるためには、第２高調波光と
第２高調波光に変換されなかった基本波長光分離するた
めの機構を設けなければならず、コストの上昇や小型化
が困難になるなどの、チェレンコフ放射を利用する薄膜
導波路型ＳＨＧ素子には見られなかった新たな問題が生
した。

そこで、本発明者らは、鋭意研究した結果、ＳＨＧ素子
の出力側に、フィルターを形成することにより、前述の
問題を解決できることを見出し、本発明を完成した。

（問題を解決するための手段）本発明は、基板上に薄膜導波層が形成された第２高調波
発生素子であって、前記第２高調波発生素子の出力側にフィルターが形成さ
れてなることを特徴とする第２高調波発生素子である。

（作用）本発明の第２高調波発生素子は、出力側にフィルターが
形成されていることが必要である。

この理由は、不要な基本波レーザ光を出射光から取り除
き、必要な第２高調波光のみを効率良く取り出すことが
できるからである。

本発明で述べるところのフィルターとは、基本波長光の
みを選択的に透過させないか、あるいは殆ど透過させな
いフィルターを指す。

前記フィルターの、基本波長光の透過率は、０〜１０χ
であることが望ましい。

また、前記フィルターの、第２高調波光の透過率は、９
０〜１００′＆であることが望ましい。

また、前記フィルターを、直接出射端面に形成して第２
高調波光に対する反射防止条件を満たすよう調整するこ
とにより、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜層と空気との屈
折率に大きな差があるために出射端面で生じていた反射
による損失を低減でき、ＳＨＧ出力を向上させることが
できる。

前記フィルターは、出射端面の後方の出射端面から離れ
た位置に形成されてもよく、また適当な接着剤を用いて
出射端面上に固定されていてもよい。

前記接着剤を用いて出射端面上に固定する場合は、接着
層の屈折率、厚さを前記第２高調波光に対する反射防止
条件に適合するよう調節して、ＳＨＧ出力を向上させる
ことが望ましい。

前記反射防止条件としては、式（１）を満たすことが望
ましく、式（２）を満たすことが、好適である。

ｎａａｄ＊ａ−λ／４　＋　ｍλ／２−（１）ｎ□：接
着剤の屈折率ｄ、６：接着剤の厚さ λ　：第２高調波光の波長ｍは、０および自然数ｎｍｄ＝ｒ丁ｓ　ｎｏ−−（２）ｎｏ：接着剤の屈折率ｎｓ　：薄膜導波路の屈折率ｎｏ　二人射媒体の屈折率前記フィルターとしては、色ガラスフィルターガラス基
板上に干渉膜をコーティングしたもの、偏光膜、偏光板
等を使用できる。

前記偏光膜もしくは偏光板をフィルターとして使用でき
る理由は、基本波長レーザ光は、ＴＥ千ドで導波路を伝
搬し、発生する第２高調波光は側モードで伝搬し、ＴＥ
モードとＴＭモードでは、その偏光面が互いに９０°の
角度をなすことから、この性質を利用することにより、
偏光膜あるいは偏光板により、入射光のみを選択的に取
り除くことができる。

前記フィルターの材料としては、ＳｉＯ，、Ｍｇ　Ｏ，
Ｚ　ｎ　Ｏ，Ａ　ｊ２　ｚ　Ｏｙ等の酸化物、ＬｉＮｂ
Ｏ３、Ｌ　ｉＴａ　ｏｉ　　、Ｙ３　　Ｇａｓ　　０１
！、　　ｃｄ。

Ｇａ、Ｏ，、等の複合酸化物、あるいはＰＭＭＡ、ＭＮ
Ａ等の有機物等を用いることができ、これらを重ねた多
層薄膜も用いることができる。

前記フィルターの作成方法としては、スパッタリング法
、液相エピタキシャル法、莫着法、ＭＢＥ（分子ビーム
エピタキシャル：Ｍｏ１ｅｃｕｌａｒ　　Ｂｅａｍ　　
Ｅｐｉｔａｘｉａｌ）法、ＭＯＣＶＤ　（Ｍｅ　ｔ　ａ
　１０ｒｇａｎｉｃ　　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　ＶａｐｏｒＤ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、イオンブレーティング法、Ｌ
Ｂ法、スピンコード法、デイツプ法などを用いることが
できる。

本発明のＳＨＧ素子は、基板上に１膜導波層が形成され
てなり、基本波レーザー光波長（７μｍ）、ｙｉ膜導波
層の膜厚（ＴＩＩｍ）、基本波レーザー光波長（７μｍ
）における基板の常光屈折率（ｎｏ、１）、基本波レー
ザー光波長（７μｍ）における薄膜導波層の常光屈折率
（ｎｏｖ＋）、第２高調波波長（λμｍ／２）における
基板の異常光屈折率（ｎ　ｓ３りおよび第２高調波波長（７μｍ／２）における′ｉＲ膜導膜層波層常光屈折率（ｎ、。

）が、（ｎ＊Ｆ２ｎ　＊Ｓ２あるいは、（ｎ＊Ｆ２　ｎｓ２ λコのいずれかの関係式を満足することが望ましい。

ただし、上記式（Ａ）中のＮは、（ｎＯＦ＋ｎ　ｅ！Ｘまた、上記式（Ｂ）中のＮ２は、その理由は、基板上に薄膜導波層が形成されたＳＨＧ素
子においては、前記関係式（Ａ）あるいは（Ｂ）のいず
れかを満たす構造でないと第２高調波光への変換効率が
低（実用的でないからである。

特に第２高調波光への高い変換効率を得るには、基本波
レーザー光波長（λμｍ）、薄膜導波層の膜厚（Ｔμｍ
）、基本波レーザー光波長（λμｍ）における基板の常
光屈折率（ｎＯ３ｌ）、基本波レーザー光波長（λμｍ
）における薄膜導波層の常光屈折率（ｎｏｒｌ−第２高
調波波長（λμｍ／２）における基板の異常光屈折率（
ｎｅｓ２　）および第２高調波波長（λμｍ／２）にお
ける薄膜導波層の異常光屈折率（ｎａＦｚ）が、（ｎ、
、□　−ｎ、ｓ２　）下記の関係式（Ａｏ）を満足することが好ましく、なか
でも下記の関係式（Ａ” を満足することが有利である。

λ３ λ３ただし、上記関係式（Ａ）および（Ａ”）中のＮ（ｎ　＊Ｆ２ｎ　＠Ｓ２下記の関係式（Ｂ）を満足することが好ましく、なかでも下記の関係式（Ｂ”）を満足することが有利で
ある。

λ３ λ３ただし、上記関係式（Ｂ゛）および（Ｂ″）中のＮ２は
、（ｎｏｖ＋　　−ｎｏｓ＋　　）また、本発明のＳＨＯ素子は、１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、
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。前記基本波レザー光の入射角は、なか
でも、０±５″あるいは９０±５°の範囲内であること
が有利である。

本発明のＳＨＯ素子に入射される基本波レーザー光の波
長（λ）は、０．４〜１．６μｍ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（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あるが、半導
体レーザによって０．４μｍ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１．６μｍ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ＳＨＧ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
ザー光源を比較的人手し易い０．６〜１．３μｍが有利
であり、なかでも、０６８〜０．９４ａｍが実用上好適
である。

本発明のＳＨＧ素子の薄膜導波層の膜厚（Ｔ）は、０．
１〜２０μｍであることが好ましい。

その理由は、前記１膜導波層の膜厚（Ｔ）が、０．１ａ
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り、一方２０μｍ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、使用する口上
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、１〜８μ
ｍが実用上好適である。

本発明における基板、薄膜導波層は各種光学材料を使用
することができ、薄膜導波層としては、例えばＬｉＮｂ
Ｏ３、α−石英、ＫＴｉＯＰＯ。

（ＫＴＰ）、β−Ｂ　ａ　Ｂ２０−　　（ＢＢＯ）、Ｋ
Ｅ５０８　・４Ｈ，Ｏ（ＫＢｓ　）、ＫＨ２ＰＯ４（Ｋ
ＤＰ）、ＫＤＩ　ＰＯ，（ＫＤ“Ｐ）、ＮＨ４Ｈ２ＢＯ
３（ＡＤＰ）、ｃｓ　Ｈ２ＡｓＯ４（ＣＤＡ）、Ｃｓ　
Ｄｚ　Ａｓｈ、（ＣＤ”　Ａ）　、ＲｂＨｚ　ＰＯ。

（ＲＤＰ）　、ＲｂＨｚ　Ａｓ　Ｏ４（ＲＤＡ）　、Ｂ
　ｅＳ○４　・４Ｈ１Ｏ１Ｌ　ｉ　ＣＩ　Ｏ，・３Ｈｚ
ＯＳＬｉ１０ｉ、α−ＬｉＣｄＢＯ３、ＬｉＢ＊　０ｓ
（ＬＢＯ）、尿素、ポリパラニトロアニリン（ＰＰＮＡ
）、ポリジアセチレン（ＤＣＨ）、４（Ｎ、Ｎ−ジメチ
ルアミノ）−３−アセトアミドニトロベンゼン（ＤＡＮ
）、４〜ニトロヘンズアルデヒド　ヒドラジン（ＮＢＡ
Ｈ）、３−メトキシ−４−ニトロベンズアルデヒド　ヒ
ドラジン、２−メチル−４−ニトロアニリン（ＭＮＡ）
などが、また基板としては、例えばＬ　ｉ　Ｔ　ａ　Ｏ
＊、Ｌ＋Ｎｂ（）：＋基板上に形成されたＬｉＴａ０ｓ
ｉ膜、ＳｉＯ２、アルミナ、ＫＴＰ、ＢＢＯ１ＬＢ○、
ＫＤＰ、および類イ以化合物、ソーダガラス、パイレク
ノスガラス、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）など
を使用することができる。

前記基板および薄膜導波層用の材料は、ＮａＣｒ、Ｍｇ
、Ｎｄ、Ｔｉ、Ｖなどの異種元素を含有させることによ
り、その屈折率を調整することができる。

前記Ｎａ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｔｉなどを含有させることによ
り、前記薄膜導波層、基板の屈折率を上げることができ
、また、前記Ｍｇ、Ｖなどを含有させることにより、前
記薄膜導波層、基板の屈折率を下げることができる。

前記Ｎａ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｎｄ、Ｔｉ、Ｖなどの異種元素
を含有させる方法としては、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基板上に薄膜導波層を形成する方法
あるいは、前記基板あるいは薄膜導波層に、Ｎａ、Ｍｇ
、Ｎｄ、Ｔｉ■なとの異種元素を拡散させる拡散法を用
いることが望ましい。

また本発明のＳ）［Ｇ素子に適した組合せとしては、薄
膜導波層／基板が、２−メチル−４−ニトロアニリン（
ＭＮＡ）／Ｓ　ｉ　Ｏ□　；２−メチル４−ニトロアニ
リン（ＭＮＡ）／アルミナ；ＫＴｉＯＰｏ、　　（ＫＴ
Ｐ）／アルミナ；β−ＢａＢｚＯ，（ＢＢＯ）／フルミ
ナ；４−（Ｎ、Ｎ−ツメチルアミノ）−３〜アセトアミ
ドニトロベンゼン（ＤＡＮ）／ＳｉＯ□　；４−（Ｎ、
Ｎ−ジメチルアミノ）−３−アセトアミドニトロベンゼ
ン（ＤＡ、Ｎ）／ポリメタクル酸メチル（ＰＭＭＡ）；
　ＬｉＢｚ　Ｏｓ　　（ＬＢＯ）／ＢＢＯ；　ＬＢＯ／
アルミナ；ＲｂＨ，ＰＯ，（ＲＤＰ）／ＫＨ２ＰＯ。

（ＫＤＰ）ｉポリパラニトロアニリン（ｐ−ＰＮＡ）／
ＰＭＭＡなどがある。

前記ＳＨＧ素子に適した組合せとしては、なかでも基板
としてＬ　ｉ　Ｔ　ａ　０３単結晶、あるいはＬｉＮｂ
○、単結晶基板上に形成されたＬ　１Ｔａ０３単結晶薄
膜、薄膜導波層としてＬｉＮｂ○。

を用いる組み合わせが好適である。

その理由は、前記Ｌ　ＩＮ　ｂ　Ｏ３は非線形光学定数
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、ＬｉＴａ０１は、前記Ｌ
ｉＮｂ０．と結晶構造が類（以しており、前記ＬｉＮｂ
Ｏ３のＦｉｌ膜を形成しやすく、また、高品質で安価な
結晶を入手し易いからである。

前記基板としてＬｉＮｂ○３単結晶基板上に形成された
ＬｉＴａ０＊単結晶薄膜を使用する場合、前記ＬｉＮｂ
Ｃ）＋単結晶基板は、光学グレードであることが望まし
い。

前記光学グレードのＬ　ＩＮ　ｂ　Ｏｓ単結晶基板とは
、結晶性が優れ、鉄などの不純物の含有１２ｐｐｍ以下
、屈折率分布１０−’／ｃｍ（局所≦１０５）以下、原
料純度９９．９９９％以上のものを指す。前記ＬｉＮｂ
０．単結晶基板が、光学グレードであることが望ましい
理由は、光学グレードのＬ　ｉＮ　ｂ　Ｏｘ単結晶基板
上にＬｉＴａ０．単結晶薄膜を形成することにより、光
学グレードのし１Ｔａｏ、単結晶薄膜を得ることができ
、この光学グレードのＬｉＴａ０．単結晶薄膜上にＬｉ
Ｎｂ　Ｏｘ単結晶を形成することにより、前記ＬｉＴａ
０ｔ単結晶薄膜の結晶性がＬｉＮｂ○３単結晶に転写さ
れ、光の伝搬性、電気光学効果、非線形光学効果が特に
優れた薄膜導波層が得られるからである。

また、前記ＬｉＴａＯ３単結晶薄膜の厚みは、０．２〜
３０μｍであることが望ましい。

この理由は、前記ＬｉＴａＯ３単結晶薄膜の厚みが０．
２μｍより薄い場合、導波光が漏れてしまい、また、３
０μｍより厚い場合、結晶性か低下してしまうからであ
る。

前記Ｌ　ｉ　Ｔ　ａ　０３単結晶薄膜の厚みは、特に０
゜５〜１０μｍが好ましく、１〜５μｍが有利である。

本発明のＳＨＧ素子における、薄膜導波層と基板は、そ
れぞれ格子整合されている−ことが望ましい。

前記格子整合とは、薄膜導波層の格子定数を、基板の格
子定数の９９．８１〜１００．０７％とすることである
。

このような格子整合が望ましい理由は、格子の歪みやマ
イクロクラック等のない薄膜を形成できるからである。

さらに、本発明のＳＨＧ素子は、基本波レーザ光の透過
率が１００％もしくは１００％近くであり、かつ、波長
０．６μｍ〜基本波長未満までの光を全く透過させない
か、もしくは殆ど透過させない波長選択性薄膜が入射端
面に形成されていることが望ましい。

この理由は、半導体レーザは一般に中心波長以外にも周
辺の波長の弱いレーザ光もしくは自然光を放出しており
、この周波の波長の光はＳＨＧ素子として用いる場合に
は一般に不要だからである前記基本波レーザ光の透過率
は９０〜１００％であることが望ましい。

また、本発明のＳＨＧ素子は基本波レーザー光の透過率
が１００％もしくは１００％近くになるように入射端面
に反射防止コーティング処理をほどこしたものが望まし
い。

前記反射防止コーティングの基本波レーザー光の透過率
は９０〜１００％であることが望ましい。

反射防止コーテイング材は、下記の条件を満たすことが
望ましい。

ｎ、　　ｄ、　　＝　　λ／４　　　＋　　ｍ　λ／２
　−　　　（３）ｎ、：反射防止コーテイング材ｄｌ　：反射防止コーテイング材の厚さλ　：基本波レ
ーザ光ｍは、０および自然数ｎｔ＝ｒ丁７丁７−−−−−　（４）ｎｌ　：反射防止コーテイング材ｎ、：反射防止コーテイング材の厚さｎｏ　：入射媒体の屈折率（一般には空気でｎｏ前記反
射防止コーティングの材料としては５ｉ０２、ＭｇＯ、
ＺｎＯ，、ＡＮ２　ｏｉ等の酸化物、Ｌ　１Ｎｂｏｚ　
、ＭｇＦｚなどのフッ化物、ＬｉＴａｒｍ　、Ｙ３　Ｇ
ａｓ○Ｉ２、　Ｇｄ＊　Ｇａｓ　Ｏ＋ｚ等の複合酸化物
、あるいはＰＭＭＡ、ＭＮＡ等の有機物等を用いること
ができ、これらを重ねた多層薄膜も用いることができる
、作成方法としてはスパッタリング法、液相エピタキシ
ャル法、蒸着法、ＭＢＥ（分子ビームエピタキシャル＋
Ｍｏ１ｅｃｕｌａｒ　　Ｂｅａｍ　　Ｅｐｉｔａｘｉａ
ｌ）法、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ　　Ｏｒｇａｎｉｃ　
　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　Ｖａｐｏｒ　　Ｄｅｐｏｓｉｔ
ｉ。

ｎ）法、イオンブレーティング法、ＬＢ法、スピンコー
ド法、デイツプ法などが有利である。

また、本発明のＳＨＧ素子は、Ｆ！膜導波層上にクラッ
ド層が形成されてなることが望ましい。

この理由は、前記クラッド層を薄膜導波層上に設けるこ
とにより、基板、薄膜導波層、クラ、ド層が屈折率に関
して対称形に近くなるため、基本波レーザ光および、第
２高調波光の電界分布を対称形とすることができ、薄膜
導波層の膜厚が、理論位相整合膜厚に完全に一致してい
ない場合でも、第２高調波光の出力低下を緩和できるこ
とから、位相整合膜厚の許容範囲が広く、高変換効率の
ＳＨＧ素子が得られるからである。

また、前記グランド層は、保護層として働き、導波層の
破損や塵、埃の付着による光散乱を防止でき、端面研磨
で問題となる導波層のカケ（ビ。

チング）を完全に防止でき、素子作成の歩留りを著しく
向上させることができる。

さらに、前記クラ、ド層は、関係式１）および２）を満
たすことが望ましい。

ｎ６．、−０．５０≦ｎ１ｌｃ≦ｎ、、、　−０，０５
−−−式１）％式％・式２）ｎ６ごに基本波レーザ光波長（λμｍ）における基板の常光屈折率ｎｏｅ：基本波レーザ光波長（λμｍ）におけるクラン
ド層の常光屈折率ｎｅｓ□　：第２高調波波長（λμｍ／２）における基
板の異常光屈折率ｎ１ｌｃ’第２高調波波長（２ｇ　ｍ　／　２　）にお
けるクラ、ド層の異常光屈折率この理由は、前記クラッド層が、前記１）および２）式
を満足することにより、第２高調波光と基本波レーザ光
の電界分布型なりを最大限にでき、位相整合膜厚の許容
範囲が広く、高変換効率のＳＨＧ素子が得られるからで
ある。

特に、膜厚の位相整合誤差の許容範囲を拡張するために
は、式３）および４）を満たすことが好ましい。

ｎａｔＩ　−０，２５≦ｎｏｃ≦ｎｏｓ＋−０，ｌＯ・
−式３）％式％）ｎａｔＩ：基本波レーザ光波長（λμｍ）における基板
の常光屈折率ｎｏｅ：基本波レーザ光波長（λμｍ）におけるクラッ
ド層の常光屈折率ｎ１ｌｔ□　：第２高調波波長（λμｍ／２）における
基板の異常光屈折率ｎ、ｃ：第２高調波波長（Ｘμｍ／２）におけるクラッ
ド層の異常光屈折率また、本発明のＳＨＧ素子のクラッド層の厚みは、０．
２〜３０μｍが望ましい。この理由は、０．２μｍより
薄い場合は、導波光を閉し込めることができず、また３
０μｍより厚い場合は、クランド層の結晶性が低下して
、光学的特性が低下し、またクランド層の形成に時間が
かかり生産性が低下するからである。

前記クラッド層は、０．５〜１０μｍが好ましく、１〜
８〃ｍが好適である。

本発明におけるクラッド層は各種光学材料を使用するこ
とができ、ＺｎＯｌＭｇＯ，ＡＬ　Ｏｉ、ＰＭＭＡ、Ｓ
ｉＯ□、パイレックスガラス、ソダガラスなどが使用で
き、なかでもＺｎＯが好適である。

本発明のＳＨＧ素子は、レーザ光が、ＳＨＯ素子の薄膜
導波層に入射されるように、半導体レーザ素子（半導体
レーザのベアチップ）を接合し、ワンチップ化しておく
ことが望ましい。

前記薄膜導波層は、チャンネル型であることが望ましく
、このような形態としては、チャン名ル型ＳＨＧ素子お
よび、プロ、７り上に固着された半導体レーザ素子から
なり、前記半導体レーザ素子の発光領域の端面（この端
面からレーザ光が発せられる）と前記チャンネル型ＳＨ
Ｇ素子のチャンフル部位の端面が互いに近接するよう、
前記ブロックと前記チャン翠ル型ＳＨＣ，素子の基板が
結合された構造を有し、前記チャンネル型ＳＨＧ素子におけるチャンネル部位の
輻Ｗ、厚みＴ、前記半導体レーザ素子の中心線と前記チ
ャンスル型ＳＨＣ素子におけるチャンフル部位の中心線
の幅方向における偏位ΔＸ、厚み方向の偏位ΔＺ、前記
ヘアチップの発光領域の端面と前記チャン名ル型ＳＨＯ
素子のチャンネル部位の端面の間の距離ΔＹが、以下の
範囲を満たすことが望ましい。

（Ｗ−２）　　μｍ／２≦ΔＸ≦（Ｗ−２）ｔｔｍ／２
０、　Ｏｌ　μｍ≦ΔＹ≦４　μｍＴ　ｇｍ／２≦ΔＺ≦Ｔ　ｕ　ｍ　／　２このような構
造が望ましい理由は、レーザ光導波のための煩雑な調整
を行う必要がないため、取り扱いやすくなるからである
。

半導体レーザ素子の中心線とチャンネル部位の中心線の
幅方向における偏位ΔＸ、厚み方向の偏位ΔＺ、前記へ
アチップの発光領域の端面と前記チャンスル型導波路の
チャンフル部位の端面の間の距離ΔＹが、上記範囲を満
たすことが、望ましい理由は、上記範囲内では、５０％
以上のレーザ光入射効率が得られ、実用的だからである
。

ところで前記半導体レーザのヘアチップの中心線とは、
半導体レーザの発光領域の端面（即ちこの端面からレー
ザ光が発せられる）に垂直で、前記半導体レーザの発光
領域の幅と厚みを同時に口付する直線を指す。

また、前記前記チャンネル型導波路の中心線とは、チャ
ンネル部位の端面に垂直で、前記チャンネル部位の幅と
厚みを同時に口付する直線である。

前記ΔＸ、ΔＺは、正、負の値を取るが、前記半導体レ
ーザのヘアチップの中心線とチャンネル型導波路におけ
るチャンネル部位の中心線が、完全に一致した状態をΔ
Ｘ＝０、ΔＺ＝０として、特定の方向にずれた場合を正
とした場合に、該特定の方向とは反対方向にずれた場合
を負と定義している。

前記ΔＹは、０であることが望ましいが、加工が困難で
あること、また熱膨張を考慮すると、０゜０１μｍを下
限とすることが好ましい。

前記チャンネル型ＳＨＯ素子におけるチャンネル部位の
幅Ｗ、厚みＴ、前記半導体レーザ素子の中心線と前記チ
ャンスル型ＳＨＧ素子におけるチャンネル部位の中心線
の幅方向における偏位ΔＸ、厚み方向の偏位ΔＺ、前記
ヘアチップの発光領域の端面と前記チャンフル型ＳＨＧ
素子のチャンネル部位の端面の間の距離ΔＹが、以下の
範囲を満たすことが望ましく、（Ｗ−２）μｍ／３≦ΔＸ≦（Ｗ−２）μｍ／３０．０
５μｍ≦ΔＹ≦２ｇｒｎＴ　ｕ　ｍ　／　３≦ΔＺ≦Ｔ　ｇ　ｍ　／　３また（Ｗ−２）μｍ／４≦ΔＸ≦（Ｗ−２）μｍ／４０．１
μｍ≦ΔＹ≦０．５μｍＴ　ｕ　ｍ　／　４≦ΔＺ≦Ｔ　ｇ　ｍ　／　４が好適
である。

前記チャンネル型ＳＨＧ素子におけるチャンネル部位の
幅Ｗ、厚みＴは、それぞれ、１μｍ≦Ｗ≦１５μｍ０．２μｍ≦Ｔ≦６Ｂｚｍであることが望ましい。

この理由は、半導体レーザの発光部分の寸法は輻１〜２
μｍ、厚さ０，１〜０４μｍが普通であるため、上記範
囲のチャンスル型導波路を用いることにより、さらに高
い入射効率が得られるからである。

また、前記チャンネル部位の幅Ｗ、厚みＴば、それぞれ
、２μｍ≦Ｗ≦１０μｍ０．４ａｍ≦Ｔ≦４μｍを満たすことが好ましく、４μｍ≦Ｗ≦７μｍＩμｍ≦Ｔ≦２．５μｍを満たすことが好適である。

前記ブロックは、ノリコン類であることが望ましい。

これは、ノリコンブロックは熱膨張率が半導体レーザベ
アチップと近いため、熱サイクルに強く、また、化学エ
ツチングなどの加工処理しやすいからである。

前記ブロックと前記チャンネル型ＳＨＧ素子は、接着剤
にて結合されてなることが望ましい、　また、前記ブロ
ックと前記チャンネル型ＳＨＧ素子の基板は固定板を介
して結合されていてもよい。

また、前記半導体レーザのベアチンプが接合された５）
ＩＧ素子は、パフケージの中に封入されていることが望
ましい。

この理由は、パンケージの中に封入するこ上により、機
械衝撃に対する耐性を向上させることができ、また半導
体レーザ素子の寿命を長くすることができるからである
。

前記パッケージには、第２高調波光をパンケージの外へ
出射するための窓が設けられていることが必要である。

前記第２高調波光をパッケージの外へ出射するための窓
に、本発明で述べるところのフィルターが設けられてい
ることが望ましい。　この理由は、気密封止したままで
、不要な基本波レーザ光を出射光から取り除き、必要な
第２高調波光のみを効率良く取り出すことができるから
である。

このため、通常の封止用窓ガラスの内部もしくは外部に
フィルターを追加する場合に比べて、半導体レーザ素子
を保護したままで、プロセスの簡略化、コストの低下、
および第２高調波光の透過率の向上を図ることができる
。

次に本発明に係る実施例を記載する。

実施例■ （＋）ＲＦスパッタリング法により、厚さ０．５−のＺ
カッ）ＬｉＴａ０３単結晶基板上に厚さ５００人のＭｇ
Ｏ薄膜を形成し、熱拡散法によりＩ−１ＴａＯｚ単結晶
表層にＭｇを拡散させた。基本波レーザ光波長λを０．
７８μｍとしたとき、Ｍｇ拡散ＬｉＴａ○３基板の常光
屈折率（ｎ　ｏｓＩ）は２゜１５３、第２高調波λ／２
におけるＭｇ拡散ＬＩＴ　ａ　Ｏ＊基板の異常光屈折率
（ｎ　ｅｔ２＞は２．２７２となった。

この基板上に液相エピタキソヤル成長法により基本波レ
ーザ光波長λを０．８３μｍとしたとき常光屈折率（ｎ
ａｒ、）が２．２５２、第２高調波における異常光屈折
率（ｎｏｒ□）が２．２５３であるＭｇ、Ｎａ　（それ
ぞれ６ｍｏ　１％、Ｉｍｏ１％〕固熔Ｌ　ＩＮ　ｂ　Ｏ
ｘ単結晶薄膜を成長させた後、表面を鏡面研磨し、この
ＬｉＮｂ０１薄膜を導波路としするスラブ型導波路を作
成した。

（２）　　（］）で得たスラブ型導波路の膜厚をイオン
ビームエツチングにより、ＭＫ２．２３±０．０５μｍ
に調整した。

（３）前記（１）及び（２）で得られたスラブ型導波路
上にフォノトリングラフィーとＲＦスパンタリングによ
りＴ１導波路パターンを形成し、これを工、チングマス
クとして、イオンビームエツチングした後、Ｔｉエツチ
ングマスクを除去しさらにイオンビ−ムエツチングする
ことにより、幅１０μｍ、膜厚２．２３±０．０５ｐｍ
、段差１μｍのリッジ型のチャンネル型導波路を作成し
た。

（４）　　（３）で得られたチャンネル型導波路の両端
面をパフ研磨により鏡面研磨して端面からの光入出射を
可能とし第２高調波発生素子（ＳＨＯ素子）とした。

（５）　　（４）で得られたチャンネル型導波路の両端
面のうち、一方にＲＦスパッタリング法により、厚さ７
００人、ＳｉＯ□薄膜からなるフィルターを作成した。

このＳＨＯ素子について前記Ｓｉ○２薄膜からなるフィ
ルターを形成した端面とは反対側の端面へ、波長０．８
３ａｍ、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”の角変で入射した場合のＳＨＣ
変換効率を測定したところ１８．５％であり、非常に高
い効率が得られた。

実施例２（１）基本波レーザ光波長（λ）をｏ、８３μｍとした
とき基本波レーザ光波長における常光屈折率（ｎａｉｌ
が２１５１、第２高調波における異常光屈折率（ｎ＠＄
２　）が２２６１である厚さ０５［ＩＩｌのＺカットＬ
ｉＴａＯ３単結晶基板の上に液相エピタキノヤル成長法
により基本波レーザ光波長における常光屈折率（ｎｏｖ
＋　）が２．２７０、第２高調波波長における異常屈折
率（ｎ＊ｙｚ）が２．２６３であるＮｄ、Ｎａをそれぞ
れＩｍｏ　１％固溶させたＬ　ＪＮ　ｂ　Ｏｙ単結晶薄
膜を成長させた後、表面を鏡面研磨し、この薄膜を導波
層とするスラブ型導波路を作成した。

（２）　（１）で得たスラブ型導波路の膜厚をイオンビ
ムエンチングにより、２．３０ｔ！ｍ士０．０３μｍに
調整した。

（３）前記（１）および（２）で得たスラブ型導波路を
実施例１の（３）と同様の方法にて幅１０μｍ、膜厚２
．３±０，０３μｍ、段差１μｍのリンジ型のチャンネ
ル型導波路を作成した。

（４）　（３）で得られたチャンネル型導波路の両端面
をパフ研磨により鏡面研磨して端面からの光入出射を可
能とした。

（５）　（４）で得られたチャンネル型導波路の両端面
のうち一方にＲＦスパンタ法により、厚さ５９０人のＭ
ｇ０Ｆｊｌ膜からなるフィルターを形成した。

二のＳＨＧ素子について、前記Ｍｇ０ｌ膜からなるフィ
ルターを形成した端面とは反対側の端面へ波長０．８３
μｍ、４０ｍＷの半導体レー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ＳＨＯ
変換効率を測定したところ２５．６％であり、非常に高
い効率が得られた。

（発明の効果）以上のように本発明の第２高調波発生素子は、第２高調
波光のみを選択的に取り出すことができ、高いＳＨＯ変
換効率を有することから、単色性に優れたレーザ光を得
ることができる。

Claims

【特許請求の範囲】１、基板上に薄膜導波層が形成された第２高調波発生素
子であって、前記第２高調波発生素子の出力側にフィルターが形成さ
れてなることを特徴とする第２高調波発生素子。２、前記フィルターは、第２高調波発生素子の出力端面
に直接形成されてなる請求項１に記載第２高調波発生素
子。３、前記第２高調波発生素子は、基板上に薄膜導波層が
形成されてなり、基本波レーザー光波長（λμｍ）、薄膜導波層の膜厚（
Ｔμｍ）、基本波レーザー光波長（λμｍ）における基
板の常光屈折率（ｎ＿Ｏ＿Ｓ＿１）、基本波レーザー光
波長（λμｍ）における薄膜導波層の常光屈折率（ｎ＿
Ｏ＿Ｆ＿１）、第２高調波波長（λμｍ／２）における
基板の異常光屈折率（ｎ＿ｅ＿ｓ＿２）および第２高調
波波長（λμｍ／２）における薄膜導波層の異常光屈折
率（ｎ＿ｅ＿Ｆ＿２）が、（ｎ＿Ｏ＿Ｆ＿１−ｎ＿Ｏ＿
Ｓ＿１）＞２の場合、（ｎ＿ｅ＿Ｆ＿２−ｎ＿ｅ＿ｓ＿２）０．０２≦（λ＋０．１）Ｎ＿１／λ＾３Ｔ≦６．０・
・・（Ａ）あるいは、（ｎ＿Ｏ＿Ｆ＿１−ｎ＿Ｏ＿Ｓ＿１）／（ｎ＿ｅ＿Ｆ＿
２−ｎ＿ｅ＿ｓ＿２）≦２の場合、０．０５≦（λ＋０
．１）Ｎ＿２／λ＾３Ｔ≦５．０・・・（Ｂ）のいずれ
かの関係式で表される請求項１に記載の第２高調波発生
素子。ただし、上記式（Ａ）中のＮ＿１は、Ｎ＿１＝（ｎ＿ｅ＿Ｆ＿２−ｎ＿ｅ＿ｓ＿２）／（ｎ＿
Ｏ＿Ｆ＿１−ｎ＿ｅ＿ｓ＿２）であり、また、上記式（
Ｂ）中のＮ＿２は、Ｎ＿２＝（ｎ＿ｅ＿Ｆ＿２−ｎ＿ｅ＿ｓ＿２）／（ｎ＿
Ｏ＿Ｆ＿１−ｎ＿Ｏ＿Ｓ＿１）である。