JPH05173213A - 導波路型第二高調波発生素子 - Google Patents
導波路型第二高調波発生素子Info
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- JPH05173213A JPH05173213A JP3342693A JP34269391A JPH05173213A JP H05173213 A JPH05173213 A JP H05173213A JP 3342693 A JP3342693 A JP 3342693A JP 34269391 A JP34269391 A JP 34269391A JP H05173213 A JPH05173213 A JP H05173213A
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- waveguide layer
- optical waveguide
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- 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
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/355—Non-linear optics characterised by the materials used
- G02F1/3558—Poled materials, e.g. with periodic poling; Fabrication of domain inverted structures, e.g. for quasi-phase-matching [QPM]
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- 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
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
- G02F1/3775—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure with a periodic structure, e.g. domain inversion, for quasi-phase-matching [QPM]
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- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3544—Particular phase matching techniques
- G02F1/3548—Quasi phase matching [QPM], e.g. using a periodic domain inverted structure
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Lasers (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】光源の波長が半分になるとレンズで集光した場
合集光径も半分になり、光ディスクに応用した場合記憶
密度が4倍になる。このため、半導体レーザ光の波長を
半分にする第二高調波発生素子が注目されているが、効
率の高い小形の素子の開発が重要な課題である。本発明
の目的は、高効率の導波路型第二高調波発生素子及びそ
の製造方法と、この素子を搭載した光ヘッドと光ディス
クを提供することにある。 【構成】擬位相整合方式の導波路型第二高調波発生素子
の高効率化のポイントは、低伝搬損失の光導波路と、短
周期・矩形断面の分極反転格子の実現にある。このよう
な素子として図1にその構成を示す素子がある。矩形断
面の分極反転格子の形成は、周期的に分極反転した基板
の分域をLPE法で転写して結晶成長する方法で行う。 【効果】屈折率が一様であることと分極反転格子の断面
形状が矩形であることにより高い効率で第二高調波が発
生できる。
合集光径も半分になり、光ディスクに応用した場合記憶
密度が4倍になる。このため、半導体レーザ光の波長を
半分にする第二高調波発生素子が注目されているが、効
率の高い小形の素子の開発が重要な課題である。本発明
の目的は、高効率の導波路型第二高調波発生素子及びそ
の製造方法と、この素子を搭載した光ヘッドと光ディス
クを提供することにある。 【構成】擬位相整合方式の導波路型第二高調波発生素子
の高効率化のポイントは、低伝搬損失の光導波路と、短
周期・矩形断面の分極反転格子の実現にある。このよう
な素子として図1にその構成を示す素子がある。矩形断
面の分極反転格子の形成は、周期的に分極反転した基板
の分域をLPE法で転写して結晶成長する方法で行う。 【効果】屈折率が一様であることと分極反転格子の断面
形状が矩形であることにより高い効率で第二高調波が発
生できる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、導波路型の第二高調波
発生素子とその作製方法、および上記第二高調波発生素
子を用いたバルク型光ヘッドと集積化光ヘッド、ならび
に上記光ヘッドを用いた光ディスク装置およびレーザビ
ームプリンタ等の、光情報処理機器に関するものであ
る。
発生素子とその作製方法、および上記第二高調波発生素
子を用いたバルク型光ヘッドと集積化光ヘッド、ならび
に上記光ヘッドを用いた光ディスク装置およびレーザビ
ームプリンタ等の、光情報処理機器に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、小形軽量の青色光源として、波長
約800nmの半導体レーザ光を導波路型の第二高調波
発生素子で半分の約400nmに変換したものが注目さ
れている。例えば、早い時期に提案されたものに、図2
に示すように、ニオブ酸リチウム(以下LiNbO3と
記す)の単結晶21の表面にチタン(Ti)を熱拡散する
ことにより形成した光導波路22の一端に、基本波23(パ
ワーP1)を入射させる方式がある。さらに、例えば特
開昭61−18934公報に記載されているように、L
iNbO3単結晶基板上に、プロトン交換法(LiNb
O3のLiイオンとプロトンを一部置換して光導波路を
形成する方法)により光導波路を形成し、上記光導波路
の一端面に基本波を入射し、チェレンコフ放射により発
生した第二高調波を取り出す方式も提案されている。こ
れを図3に示す。さらに最近では、例えばエレクトロニ
クス・レターズ25,11(1989年)の第731頁
〜第732頁(Electronics Letters,25,11)で論じ
られているように、分極反転を用いて位相整合を行う方
法が提案された。すなわち図4に示すように、LiNb
O3結晶基板21上にTi拡散によって回折格子41を作製
し、約1100℃に加熱して回折格子層だけの分極を反
転させ、その後プロトン交換法によって光導波路42を作
製し、基本波23を入射し第二高調波24を取り出すもので
ある。結晶基板21としてタンタル酸リチウム(以下Li
TaO3と記す)を用いる場合には、Ti拡散の替わり
にプロトン交換法によって回折格子41を作製し、約60
0℃に加熱して回折格子層だけの分極を反転させ、さら
にプロトン交換法によって光導波路42を作製する方法も
試みられている。
約800nmの半導体レーザ光を導波路型の第二高調波
発生素子で半分の約400nmに変換したものが注目さ
れている。例えば、早い時期に提案されたものに、図2
に示すように、ニオブ酸リチウム(以下LiNbO3と
記す)の単結晶21の表面にチタン(Ti)を熱拡散する
ことにより形成した光導波路22の一端に、基本波23(パ
ワーP1)を入射させる方式がある。さらに、例えば特
開昭61−18934公報に記載されているように、L
iNbO3単結晶基板上に、プロトン交換法(LiNb
O3のLiイオンとプロトンを一部置換して光導波路を
形成する方法)により光導波路を形成し、上記光導波路
の一端面に基本波を入射し、チェレンコフ放射により発
生した第二高調波を取り出す方式も提案されている。こ
れを図3に示す。さらに最近では、例えばエレクトロニ
クス・レターズ25,11(1989年)の第731頁
〜第732頁(Electronics Letters,25,11)で論じ
られているように、分極反転を用いて位相整合を行う方
法が提案された。すなわち図4に示すように、LiNb
O3結晶基板21上にTi拡散によって回折格子41を作製
し、約1100℃に加熱して回折格子層だけの分極を反
転させ、その後プロトン交換法によって光導波路42を作
製し、基本波23を入射し第二高調波24を取り出すもので
ある。結晶基板21としてタンタル酸リチウム(以下Li
TaO3と記す)を用いる場合には、Ti拡散の替わり
にプロトン交換法によって回折格子41を作製し、約60
0℃に加熱して回折格子層だけの分極を反転させ、さら
にプロトン交換法によって光導波路42を作製する方法も
試みられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には、つぎに記すような問題があった。図2に示
すような方法は、基本波23としてz方向に偏光した常光
線、第二高調波24としてy方向に偏光した異常光線を用
い位相整合を行うものであるが、常光の屈折率の温度係
数と、異常光の屈折率の温度係数が大きく異なるため、
0.1℃以下の温度制御が必要であった。
来技術には、つぎに記すような問題があった。図2に示
すような方法は、基本波23としてz方向に偏光した常光
線、第二高調波24としてy方向に偏光した異常光線を用
い位相整合を行うものであるが、常光の屈折率の温度係
数と、異常光の屈折率の温度係数が大きく異なるため、
0.1℃以下の温度制御が必要であった。
【0004】一方、図3に示すチェレンコフ放射を用い
る方法は、第二高調波のビーム形状が32のように三日月
型となり、極めて波面収差が大きく、これを回折限界ま
で絞り込むことは、ほとんど不可能である。
る方法は、第二高調波のビーム形状が32のように三日月
型となり、極めて波面収差が大きく、これを回折限界ま
で絞り込むことは、ほとんど不可能である。
【0005】上記2例に対して新しく提案された図4に
示す分極反転を用いて位相整合を行う方法は、第二高調
波24がコリメートされた光であるため、チェレンコフ放
射光に比較して集光が極めて容易であるという利点を持
つ。しかし、分極犯転格子形成のためにTi拡散した部
分とTi拡散されていない部分、あるいは、プロトン交
換した部分とプロトン交換されていない部分とで屈折率
が異なるため、その境界部のフレネル反射損等で基本波
が損失を受け、効率が低下することは避けられない。ま
た、分極反転格子をTiを拡散したりプロトン交換して
作製するため、分極反転格子の断面形状がTi拡散層や
プロトン交換層の形状に依存し、このため矩形断面の分
極反転格子を作製することが本質的に困難である。Ti
拡散法で作製した分極反転格子の断面形状は略三角形で
あり、プロトン交換法で作製した分極反転格子の断面形
状は略半円形である。このため理想的な矩形断面の分極
反転格子を持つSHG素子本来の効率で第二高調波が発
生できていない。
示す分極反転を用いて位相整合を行う方法は、第二高調
波24がコリメートされた光であるため、チェレンコフ放
射光に比較して集光が極めて容易であるという利点を持
つ。しかし、分極犯転格子形成のためにTi拡散した部
分とTi拡散されていない部分、あるいは、プロトン交
換した部分とプロトン交換されていない部分とで屈折率
が異なるため、その境界部のフレネル反射損等で基本波
が損失を受け、効率が低下することは避けられない。ま
た、分極反転格子をTiを拡散したりプロトン交換して
作製するため、分極反転格子の断面形状がTi拡散層や
プロトン交換層の形状に依存し、このため矩形断面の分
極反転格子を作製することが本質的に困難である。Ti
拡散法で作製した分極反転格子の断面形状は略三角形で
あり、プロトン交換法で作製した分極反転格子の断面形
状は略半円形である。このため理想的な矩形断面の分極
反転格子を持つSHG素子本来の効率で第二高調波が発
生できていない。
【0006】本発明の第一の目的は、高効率で、かつ波
面収差が小さく集光が容易な第二高調波が発生できる導
波路形の第二高調波発生素子を得ることにある。
面収差が小さく集光が容易な第二高調波が発生できる導
波路形の第二高調波発生素子を得ることにある。
【0007】本発明の第二の目的は、上記第二高調波発
生素子の製造方法を得ることにある。
生素子の製造方法を得ることにある。
【0008】本発明の第三の目的は、上記第二高調波発
生素子を用いた可視光発生用光源、およびそれを用いた
光ヘッド、ならびに前記光ヘッドを用いた光情報記録再
生装置を得ることにある。
生素子を用いた可視光発生用光源、およびそれを用いた
光ヘッド、ならびに前記光ヘッドを用いた光情報記録再
生装置を得ることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の第一の目的は、
光学基板と、該基板より屈折率の高い光導波層から成る
光素子において、前記基板の一部および光導波層両者の
非線形光学係数が周期的に反転せしめられている第二高
調波発生素子により、また、前記光学基板はMgO:L
iNbO3であり、光導波層がLiNbO3又は、基板よ
りマグネシウムのドープ量が少ないMgO:LiNbO
3である第二高調波発生素子により、また、前記光学基
板は、LiTaO3であり、光導波層がタンタルニオブ
酸リチウムである第二高調波発生素子によって達成され
る。
光学基板と、該基板より屈折率の高い光導波層から成る
光素子において、前記基板の一部および光導波層両者の
非線形光学係数が周期的に反転せしめられている第二高
調波発生素子により、また、前記光学基板はMgO:L
iNbO3であり、光導波層がLiNbO3又は、基板よ
りマグネシウムのドープ量が少ないMgO:LiNbO
3である第二高調波発生素子により、また、前記光学基
板は、LiTaO3であり、光導波層がタンタルニオブ
酸リチウムである第二高調波発生素子によって達成され
る。
【0010】本発明の第二の目的は、予め周期的に分極
反転したMgO:LiNbO3もしくはLiTaO3基板
を準備し、光導波層を構成する強誘電体金属酸化物の原
料粉末をフラックス存在下で加熱溶融することにより溶
融体を準備する工程と、前記分極反転した基板の表面を
前記溶融体に接触させ、前記溶融体の温度を結晶析出温
度に降下し、前記基板上に請求項1もしくは3記載の光
導波層を構成する金属酸化膜を液相エピタキシャル成長
させる工程を有する第二高調波発生素子の製造方法、ま
た、前記第二高調波発生素子の製造方法において、用い
るフラックスがバナジウム酸リチウム(LiVO3)、
もしくはホウ酸リチウム(Li2B2O4)、もしくはフ
ッ化リチウム(LiF)、もしくはフッ化カリウム(K
F)である第二高調波発生素子の製造方法によって達成
される。
反転したMgO:LiNbO3もしくはLiTaO3基板
を準備し、光導波層を構成する強誘電体金属酸化物の原
料粉末をフラックス存在下で加熱溶融することにより溶
融体を準備する工程と、前記分極反転した基板の表面を
前記溶融体に接触させ、前記溶融体の温度を結晶析出温
度に降下し、前記基板上に請求項1もしくは3記載の光
導波層を構成する金属酸化膜を液相エピタキシャル成長
させる工程を有する第二高調波発生素子の製造方法、ま
た、前記第二高調波発生素子の製造方法において、用い
るフラックスがバナジウム酸リチウム(LiVO3)、
もしくはホウ酸リチウム(Li2B2O4)、もしくはフ
ッ化リチウム(LiF)、もしくはフッ化カリウム(K
F)である第二高調波発生素子の製造方法によって達成
される。
【0011】本発明の第三の目的は、前記第二高調発生
素子と、波長780nmから1100nmの近赤外半導
体レーザ光源と、レーザ光源から出射するレーザ光を導
波路端面に集光するレンズ系からなる可視光発生用光源
によって、また、前記可視光発生用光源と、光源から出
射する光を光記録媒体の記録、再生面上に集光する集光
手段と、上記光記録媒体の記録、再生面からの反射光を
受光し検出する手段を備えた光ヘッドによって、かつま
た、光記録媒体を回転駆動する回転駆動制御手段と、上
記光記録媒体の半径方向に駆動して光情報の記録、再生
を行う光ヘッドと、該光ヘッドを搭載して走査、駆動す
るアクチュエータとを備えた光情報記録再生装置におい
て、上記アクチュエータに搭載する光ヘッドが、前記光
ヘッドである光情報記録再生装置によって達成される。
素子と、波長780nmから1100nmの近赤外半導
体レーザ光源と、レーザ光源から出射するレーザ光を導
波路端面に集光するレンズ系からなる可視光発生用光源
によって、また、前記可視光発生用光源と、光源から出
射する光を光記録媒体の記録、再生面上に集光する集光
手段と、上記光記録媒体の記録、再生面からの反射光を
受光し検出する手段を備えた光ヘッドによって、かつま
た、光記録媒体を回転駆動する回転駆動制御手段と、上
記光記録媒体の半径方向に駆動して光情報の記録、再生
を行う光ヘッドと、該光ヘッドを搭載して走査、駆動す
るアクチュエータとを備えた光情報記録再生装置におい
て、上記アクチュエータに搭載する光ヘッドが、前記光
ヘッドである光情報記録再生装置によって達成される。
【0012】
【作用】本発明は、つぎに示すような作用により、高い
効率の小形で、波面収差の小さい第二高調波を発生可能
な第二高調波発生素子を提供する。
効率の小形で、波面収差の小さい第二高調波を発生可能
な第二高調波発生素子を提供する。
【0013】図5(a)に示すような三層構造の光導波
路を考える。
路を考える。
【0014】51は基板、56は前記基板内で分極が反転さ
れている部分、52は光導波層で分極の方向が周期Λで反
転させられている。すなわち、54は分極が上向き、55は
分極が下向きの部分である。53はクラッド層で通常は空
気層である。基板51ならびに光導波層52が例えばLiN
bO3のような空間群R3Cの強誘電体の場合、M.Di
domenco Jr.らの文献、ジャーナル・オブ・アプライ
ド・フィジクス(Journal of Applied Physics)Vo
l.40,No.2,pp720〜734によると、その屈折
率nは自発分極の向きによらない。したがって、屈折率
という観点からすれば、図5(a)のような構造はすべ
て入射光波長λに対し図5(b)のようになる。一方、
上記文献によれば第二高調波の発生性能を表す係数d
は、自発分極に比例する。したがって図5(a)のよう
な構造についてみると、(a)と同じく周期Λを持つ構
造(図5(c))となる。特に光導波層に閉じ込められ
た導波光について考えると、基板層の非線形効果はほと
んど無視できるので、充分良い精度で図5(c)の構造
は図5(d)の構造で近似できる。入射光として図5
(d)の座標系における基板に垂直な方向(z方向)に
偏光したTM波を考え、その伝搬方向をx方向とする
と、その電場のz成分は、数1で表される。
れている部分、52は光導波層で分極の方向が周期Λで反
転させられている。すなわち、54は分極が上向き、55は
分極が下向きの部分である。53はクラッド層で通常は空
気層である。基板51ならびに光導波層52が例えばLiN
bO3のような空間群R3Cの強誘電体の場合、M.Di
domenco Jr.らの文献、ジャーナル・オブ・アプライ
ド・フィジクス(Journal of Applied Physics)Vo
l.40,No.2,pp720〜734によると、その屈折
率nは自発分極の向きによらない。したがって、屈折率
という観点からすれば、図5(a)のような構造はすべ
て入射光波長λに対し図5(b)のようになる。一方、
上記文献によれば第二高調波の発生性能を表す係数d
は、自発分極に比例する。したがって図5(a)のよう
な構造についてみると、(a)と同じく周期Λを持つ構
造(図5(c))となる。特に光導波層に閉じ込められ
た導波光について考えると、基板層の非線形効果はほと
んど無視できるので、充分良い精度で図5(c)の構造
は図5(d)の構造で近似できる。入射光として図5
(d)の座標系における基板に垂直な方向(z方向)に
偏光したTM波を考え、その伝搬方向をx方向とする
と、その電場のz成分は、数1で表される。
【0015】
【数1】
【0016】全く同様に、第二高調波も基板と垂直方向
に偏光したTM波であるとすると、その電場のz成分は
数2で表される。
に偏光したTM波であるとすると、その電場のz成分は
数2で表される。
【0017】
【数2】
【0018】第二高調波を発生させる非線形分極は数3
で表される。
で表される。
【0019】
【数3】
【0020】一方、非線形分極を考慮したMaxwel
lの方程式は、数4で表される。
lの方程式は、数4で表される。
【0021】
【数4】
【0022】数3を数4へ代入し、数5で表される波動
方程式、
方程式、
【0023】
【数5】
【0024】並びに数6で表される近似
【0025】
【数6】
【0026】を用いると数7を得る。
【0027】
【数7】
【0028】数7に数8を乗じ、Z=−∞からZ=∞ま
で積分すると、基本波から第二高調波へのパワー移行を
支配する数9を得る。
で積分すると、基本波から第二高調波へのパワー移行を
支配する数9を得る。
【0029】
【数8】
【0030】
【数9】
【0031】図5の場合、非線形光学係数d333は周期
的に向きを変えているので、数10のようにフーリエ級
数に展開できる。
的に向きを変えているので、数10のようにフーリエ級
数に展開できる。
【0032】
【数10】
【0033】上記周期Λは、位相整合条件を満足させる
ように数11のように決定する。
ように数11のように決定する。
【0034】
【数11】
【0035】これにより、基本波と第二高調波の位相整
合は容易になされ、数9は数12のように表される。
合は容易になされ、数9は数12のように表される。
【0036】
【数12】
【0037】数12をx=0からx=lまで積分し(た
だし、基本波のパワーは殆ど変化せず一定とみなす)、
x=0で第二高調波の振幅がゼロであるという境界条件
を用いると、基本波から第二高調波への変換効率ηは数
13で表される。
だし、基本波のパワーは殆ど変化せず一定とみなす)、
x=0で第二高調波の振幅がゼロであるという境界条件
を用いると、基本波から第二高調波への変換効率ηは数
13で表される。
【0038】
【数13】
【0039】以上により本発明によれば、 (1)分極反転格子の周期を数11を満足するように選
ぶだけで、分極が反転した図5(c)のような構造にお
いて容易に基本波と第二高調波の位相整合が実現でき、
高い効率の第二高調波発生素子が構成できる。
ぶだけで、分極が反転した図5(c)のような構造にお
いて容易に基本波と第二高調波の位相整合が実現でき、
高い効率の第二高調波発生素子が構成できる。
【0040】(2)発生する第二高調波がコリメートさ
れた導波光であるため、出射した第二高調波の波面収差
が小さく、回折限界まで光を絞り込める。
れた導波光であるため、出射した第二高調波の波面収差
が小さく、回折限界まで光を絞り込める。
【0041】(3)導波光の進行方向に関して屈折率が
一様であるため、光の散乱が小さい。上記各特性を有す
る、高性能の第二高調波発生素子を構成できる。
一様であるため、光の散乱が小さい。上記各特性を有す
る、高性能の第二高調波発生素子を構成できる。
【0042】
【実施例】次に本発明の実施例を図面と共に説明する。
図1は本発明による第二高調波発生素子の一実施例を示
す構成図で(a)は平面図、(b)は断面図、図5は本
発明素子の動作説明図、図6は本発明の第二実施例を示
す図、図7は本発明の第二実施例の動作説明図、図8
(a)〜(f)は上記第二高調波発生素子の製造工程を
それぞれ示す図、図9は本発明の第二実施例の第二高調
波発生素子の製造工程をそれぞれを示す図、図10はは
本発明の第二高調波発生素子を搭載した追記型光ヘッド
の概略図、図11は本発明の第二高調波発生素子を搭載
した光磁気型光ヘッドの概略図、図12は本発明の第二
高調波発生素子を搭載した光情報記録再生装置の概略図
である。
図1は本発明による第二高調波発生素子の一実施例を示
す構成図で(a)は平面図、(b)は断面図、図5は本
発明素子の動作説明図、図6は本発明の第二実施例を示
す図、図7は本発明の第二実施例の動作説明図、図8
(a)〜(f)は上記第二高調波発生素子の製造工程を
それぞれ示す図、図9は本発明の第二実施例の第二高調
波発生素子の製造工程をそれぞれを示す図、図10はは
本発明の第二高調波発生素子を搭載した追記型光ヘッド
の概略図、図11は本発明の第二高調波発生素子を搭載
した光磁気型光ヘッドの概略図、図12は本発明の第二
高調波発生素子を搭載した光情報記録再生装置の概略図
である。
【0043】第一実施例 図1において、14は表面が+c面である5mol%Mg
OドープのZcutLiNbO3単結晶基板、16は1m
ol%MgOドープLiNbO3単結晶薄膜で、通常自
発分極は上向きである。15、17は分極が反転された部分
で、この部分では分極は下向きである。M.Didom
enico Jr.らの文献、ジャーナル・オブ・アプ
ライド・フィジクス(Journal of Appl
ied Physics) Vol.40,No.2,
720頁から734頁によると、非線形光学係数の符号
は、LiNbO3またはLiTaO3等の空間群R3cの
強誘電体結晶の場合自発分極の向きと一致する。従っ
て、本実施例の基板並びに光導波層の非線形光学係数も
周期的に反転されていると言える。18はリッジ型の光導
波部であり、基本波、第二高調波ともこの部分に閉じ込
められて伝搬する。13は入射基本波で結晶表面に垂直方
向に偏光している。19は分極反転回折格子部17により発
生せしめられた第二高調波で、やはり結晶表面に垂直な
方向に偏光している。
OドープのZcutLiNbO3単結晶基板、16は1m
ol%MgOドープLiNbO3単結晶薄膜で、通常自
発分極は上向きである。15、17は分極が反転された部分
で、この部分では分極は下向きである。M.Didom
enico Jr.らの文献、ジャーナル・オブ・アプ
ライド・フィジクス(Journal of Appl
ied Physics) Vol.40,No.2,
720頁から734頁によると、非線形光学係数の符号
は、LiNbO3またはLiTaO3等の空間群R3cの
強誘電体結晶の場合自発分極の向きと一致する。従っ
て、本実施例の基板並びに光導波層の非線形光学係数も
周期的に反転されていると言える。18はリッジ型の光導
波部であり、基本波、第二高調波ともこの部分に閉じ込
められて伝搬する。13は入射基本波で結晶表面に垂直方
向に偏光している。19は分極反転回折格子部17により発
生せしめられた第二高調波で、やはり結晶表面に垂直な
方向に偏光している。
【0044】次に、液相エピタキシャル成長法を用いた
上記第二高調波発生素子の製造方法を図8を用いて説明
する。
上記第二高調波発生素子の製造方法を図8を用いて説明
する。
【0045】まず表面に周期的に分極反転を行った5m
ol%MgOドープLiNbO3基板を用意する。基板
表面への分極反転格子の形成は次のように行った。+c
面を使用レーザ光波長λの1/10程度まで研磨した基
板をアセトン、イソプロピールアルコール、純水中で超
音波洗浄し、これを乾燥させた後+c面にTi81を30
Åスパッタリングで成膜した。Ti81膜上にホトレジス
ト82をスピンナーで塗布し、分極反転17を行う部分が窓
あけされたホトマスクを用い、通常のホトリソグラフィ
技術によりホトレジスト82のパターニングを行った。パ
ターニングしたホトレジスト82をマスクとして、CF3
Clガスを用いたRIEによりTi81をパターニング
し、次にホトレジスト82を除去した。ホトマスクのパタ
ーン周期は、2.5から3.5μmまで0.1μmずつ
異なるもの11種類のものを作製した。次に上記基板を
電気炉に入れ、約80℃の温水のバブラー中を通して水
蒸気を含ませたArの雰囲気下において、約1100℃
で約10分熱処理した。冷却時には雰囲気を水蒸気を含
ませたO2に変えた。これにより基板表面に分域反転域1
5が形成された。
ol%MgOドープLiNbO3基板を用意する。基板
表面への分極反転格子の形成は次のように行った。+c
面を使用レーザ光波長λの1/10程度まで研磨した基
板をアセトン、イソプロピールアルコール、純水中で超
音波洗浄し、これを乾燥させた後+c面にTi81を30
Åスパッタリングで成膜した。Ti81膜上にホトレジス
ト82をスピンナーで塗布し、分極反転17を行う部分が窓
あけされたホトマスクを用い、通常のホトリソグラフィ
技術によりホトレジスト82のパターニングを行った。パ
ターニングしたホトレジスト82をマスクとして、CF3
Clガスを用いたRIEによりTi81をパターニング
し、次にホトレジスト82を除去した。ホトマスクのパタ
ーン周期は、2.5から3.5μmまで0.1μmずつ
異なるもの11種類のものを作製した。次に上記基板を
電気炉に入れ、約80℃の温水のバブラー中を通して水
蒸気を含ませたArの雰囲気下において、約1100℃
で約10分熱処理した。冷却時には雰囲気を水蒸気を含
ませたO2に変えた。これにより基板表面に分域反転域1
5が形成された。
【0046】次に、上記のように用意された基板の+c
面に、液相エピタキシャル結晶成長法で基板の分域を転
写したMgOドープLiNbO3単結晶薄膜を成長させ
る。これは以下のように行った。まずエピタキシャル成
長時の溶融体の調整を行った。光導波層材料である1m
ol%MgOドープLiNbO3が20mol%、フラ
ックス材料の硼酸リチウムLi2B2O4が80mol%
となるように、原料として炭酸リチウムLi2CO3、硼
酸H3BO3、五酸化ニオブNb2O5、酸化マグネシウム
MgOの各粉末を秤量し、これらの混合物を乳鉢でよく
混合したのち白金るつぼに入れて、電気炉内で空気雰囲
気下において1200℃の温度で5時間加熱し、均一の
溶融体を作製した。この溶融体を800℃まで60℃/
hの冷却速度で冷却し、+c面が周期的に分極反転され
た上記5mol%MgOドープのZcutLiNbO3
単結晶基板を上記溶融体中に所定時間接触させ、図8
(f)のように、基板上に1mol%MgOドープLi
NbO3薄膜2を2.5μm成長させた。ついで溶融体
と基板とを分離し、基板を電気炉中で室温まで30℃/
hの冷却速度で徐冷した。EPMAによってMgの含有
率を調べたところ、ほぼ1mol%であった。また、成
長させた単結晶薄膜における分域を、硝酸:ふっ酸=
1:2のエッチング液でエッチングしエッチング状態の
違いからから観察したところ、分極の方向は下地基板の
分極と同一であって、また薄膜における分域の界面は基
板と薄膜との界面に対してほぼ垂直であった。すなわち
断面形状がほぼ矩形の分極反転格子が形成できた。な
お、上記フラックス材料の添加量は70から90mol
%の範囲が望ましい。また、接触時間は薄膜の膜厚によ
って異なるが、膜厚が0.5から3μmであれば10か
ら30分である。また、フラックス材料としては上記硼
酸リチウムのほか、フッ化リチウムLiF、フッ化カリ
ウムKF、バナジウム酸リチウムLiVO3等を用いて
も良い。
面に、液相エピタキシャル結晶成長法で基板の分域を転
写したMgOドープLiNbO3単結晶薄膜を成長させ
る。これは以下のように行った。まずエピタキシャル成
長時の溶融体の調整を行った。光導波層材料である1m
ol%MgOドープLiNbO3が20mol%、フラ
ックス材料の硼酸リチウムLi2B2O4が80mol%
となるように、原料として炭酸リチウムLi2CO3、硼
酸H3BO3、五酸化ニオブNb2O5、酸化マグネシウム
MgOの各粉末を秤量し、これらの混合物を乳鉢でよく
混合したのち白金るつぼに入れて、電気炉内で空気雰囲
気下において1200℃の温度で5時間加熱し、均一の
溶融体を作製した。この溶融体を800℃まで60℃/
hの冷却速度で冷却し、+c面が周期的に分極反転され
た上記5mol%MgOドープのZcutLiNbO3
単結晶基板を上記溶融体中に所定時間接触させ、図8
(f)のように、基板上に1mol%MgOドープLi
NbO3薄膜2を2.5μm成長させた。ついで溶融体
と基板とを分離し、基板を電気炉中で室温まで30℃/
hの冷却速度で徐冷した。EPMAによってMgの含有
率を調べたところ、ほぼ1mol%であった。また、成
長させた単結晶薄膜における分域を、硝酸:ふっ酸=
1:2のエッチング液でエッチングしエッチング状態の
違いからから観察したところ、分極の方向は下地基板の
分極と同一であって、また薄膜における分域の界面は基
板と薄膜との界面に対してほぼ垂直であった。すなわち
断面形状がほぼ矩形の分極反転格子が形成できた。な
お、上記フラックス材料の添加量は70から90mol
%の範囲が望ましい。また、接触時間は薄膜の膜厚によ
って異なるが、膜厚が0.5から3μmであれば10か
ら30分である。また、フラックス材料としては上記硼
酸リチウムのほか、フッ化リチウムLiF、フッ化カリ
ウムKF、バナジウム酸リチウムLiVO3等を用いて
も良い。
【0047】その後、図8(f)のように作製した薄膜
をオゾン雰囲気内でアニールし、酸素の欠損を補った。
をオゾン雰囲気内でアニールし、酸素の欠損を補った。
【0048】最後に、チャンネル部を作製した。まずチ
ャンネル部のみが光遮蔽部となっているホトマスクを用
いて、ホトレジストをパターニングし、次にこのホトレ
ジストをマスクとして、イオンミリングにより、薄膜を
2μmエッチングした。チャンネル幅は3μmである。
その後ホトレジストを除去してチャンネル部を作製し
た。本工程で使用したイオンミリング装置は、プラズマ
室が円錐状の空洞真空容器の外周に複数の永久磁石を配
した構造であり、また、プラズマ生成室で生成したイオ
ンが、加速電極、減速電極、接地電極の三枚組の電極に
よって引きだされる構造である。このため、イオンの空
間密度分布が一様であり、かつ指向性も極めて高く、極
めて高精度のエッチングが可能である。
ャンネル部のみが光遮蔽部となっているホトマスクを用
いて、ホトレジストをパターニングし、次にこのホトレ
ジストをマスクとして、イオンミリングにより、薄膜を
2μmエッチングした。チャンネル幅は3μmである。
その後ホトレジストを除去してチャンネル部を作製し
た。本工程で使用したイオンミリング装置は、プラズマ
室が円錐状の空洞真空容器の外周に複数の永久磁石を配
した構造であり、また、プラズマ生成室で生成したイオ
ンが、加速電極、減速電極、接地電極の三枚組の電極に
よって引きだされる構造である。このため、イオンの空
間密度分布が一様であり、かつ指向性も極めて高く、極
めて高精度のエッチングが可能である。
【0049】この作製された1mol%MgOドープL
iNbO3チャンネル薄膜に、波長を830nmにチュ
ーニングしたTi−Sレーザ光を基板表面と垂直な方向
に偏光させ、プリズムカップラを用いて入射させたとこ
ろ、基板の表面と垂直な方向に電場の主成分を持つ一本
のTMモードが励振され、その実効屈折率N(ω)=
2.1686であった。一方波長を415nmにチュー
ニングした色素レーザで同様の測定を行うと、二本のモ
ードが励振され、低次モードの実効屈折率は、N(2
ω)=2.3016であった。またカットバック法によ
り830nmの光に対する光伝搬損失を測定したとこ
ろ、1dB/cmという良好な値を得た。この理由は、
まず第一に液相エピタキシャル成長により化学量論的組
成にきわてて近い高品質の薄膜が成長できたこと、第二
に指向性の高いイオンミリング装置を用いたエッチング
が行えるため、チャンネル部の側壁が極めて高精度に加
工できたことである。
iNbO3チャンネル薄膜に、波長を830nmにチュ
ーニングしたTi−Sレーザ光を基板表面と垂直な方向
に偏光させ、プリズムカップラを用いて入射させたとこ
ろ、基板の表面と垂直な方向に電場の主成分を持つ一本
のTMモードが励振され、その実効屈折率N(ω)=
2.1686であった。一方波長を415nmにチュー
ニングした色素レーザで同様の測定を行うと、二本のモ
ードが励振され、低次モードの実効屈折率は、N(2
ω)=2.3016であった。またカットバック法によ
り830nmの光に対する光伝搬損失を測定したとこ
ろ、1dB/cmという良好な値を得た。この理由は、
まず第一に液相エピタキシャル成長により化学量論的組
成にきわてて近い高品質の薄膜が成長できたこと、第二
に指向性の高いイオンミリング装置を用いたエッチング
が行えるため、チャンネル部の側壁が極めて高精度に加
工できたことである。
【0050】数11により分極反転周期を求めると(M
=1の場合)約3.1μmであるから、3.1μmの周
期を持つ試料をチャンネル部に平行な方向の長さを10
mm、垂直な方向の長さを5mmとなるように切断し、
5mmの辺を研磨して第二高調波発生実験を行った。レ
ーザ光源としてTi−Sレーザを用い、対物レンズによ
りチャンネル部端面に光を集光した。また試料はペルチ
ェ素子に接続した銅ブロック上に乗せ、熱電対で温度を
モニタした。まず温度を25℃にして第二高調波の発生
効率を測定した。レーザ光源の波長を変えて効率が最大
になる波長を探した。その結果、40mWの基本波入力
時で得られた第二高調波出力は4mWであり、フレネル
反射損失を考慮した効率は11.8%である。これは数
18から計算される理論値40%に対しては約1/3で
あるが、従来例に比べると充分に高い効率が得られた。
今後出力200mWの大出力半導体レーザを結合効率5
0%で光導波路へ結合すれば効率は約30%となり、3
0mWの第二高調波出力が得られて光磁気型光ディスク
や相変化型光ディスクの書き込み、再生用の光源として
使用できる。
=1の場合)約3.1μmであるから、3.1μmの周
期を持つ試料をチャンネル部に平行な方向の長さを10
mm、垂直な方向の長さを5mmとなるように切断し、
5mmの辺を研磨して第二高調波発生実験を行った。レ
ーザ光源としてTi−Sレーザを用い、対物レンズによ
りチャンネル部端面に光を集光した。また試料はペルチ
ェ素子に接続した銅ブロック上に乗せ、熱電対で温度を
モニタした。まず温度を25℃にして第二高調波の発生
効率を測定した。レーザ光源の波長を変えて効率が最大
になる波長を探した。その結果、40mWの基本波入力
時で得られた第二高調波出力は4mWであり、フレネル
反射損失を考慮した効率は11.8%である。これは数
18から計算される理論値40%に対しては約1/3で
あるが、従来例に比べると充分に高い効率が得られた。
今後出力200mWの大出力半導体レーザを結合効率5
0%で光導波路へ結合すれば効率は約30%となり、3
0mWの第二高調波出力が得られて光磁気型光ディスク
や相変化型光ディスクの書き込み、再生用の光源として
使用できる。
【0051】第二実施例 次に、基板としてタンタル酸リチウム(以下LiTaO
3と略称する)単結晶基板、光導波層としてタンタルニ
オブ酸リチウムをもちいた第二の実施例を示す。
3と略称する)単結晶基板、光導波層としてタンタルニ
オブ酸リチウムをもちいた第二の実施例を示す。
【0052】図6において、64は表面が+c面であるZ
cutのタンタル酸リチウム単結晶基板、66はタンタル
ニオブ酸リチウム薄膜でその化学式は化1で表される。
ただし、TaとNbの組成比xは0と0.1の間であ
り、自発分極の向きは通常上向きである。65は分極が反
転された部分であり、この部分の自発分極の向きは下向
きである。68はリッジ型の光導波部であり、基本波、第
二高調波ともこの部分に閉じ込められて伝搬する。13は
入射基本波であり、結晶表面に垂直方向に偏光してい
る。69は光導波部で発生せしめられた第二高調波で、や
はり結晶表面と垂直な方向に偏光している。
cutのタンタル酸リチウム単結晶基板、66はタンタル
ニオブ酸リチウム薄膜でその化学式は化1で表される。
ただし、TaとNbの組成比xは0と0.1の間であ
り、自発分極の向きは通常上向きである。65は分極が反
転された部分であり、この部分の自発分極の向きは下向
きである。68はリッジ型の光導波部であり、基本波、第
二高調波ともこの部分に閉じ込められて伝搬する。13は
入射基本波であり、結晶表面に垂直方向に偏光してい
る。69は光導波部で発生せしめられた第二高調波で、や
はり結晶表面と垂直な方向に偏光している。
【0053】次に、液相エピタキシャル成長法を用いた
上記第二高調波発生素子の製造方法を説明する。
上記第二高調波発生素子の製造方法を説明する。
【0054】まず表面が周期的に分極反転されたLiT
aO3単結晶基板を以下のようにして用意した。図9
(b)に示すように、上記薄膜上にCr膜91を100n
mスパッタリングで成膜し、分極反転を行う部分が窓あ
けされたホトマスクを用い、通常のホトリソグラフィ技
術により、ホトレジスト92のパターニングを図9(c)
のごとく行い、エッチングを行ってCr膜をパターニン
グし、その後ホトレジストを除去した。ホトマスクのパ
ターン周期は、2.5から3.5μmまで0.1μmず
つ異なるもの11種類のものを作製した。次に、石英容
器に安息香酸の粉末を入れて加熱、溶融させ、その中に
上記基板を浸漬してプロトン交換を行った。この時の処
理温度を200℃、処理時間を15分とした。その後、
エタノール中で十分に超音波洗浄をしたのちCrを除去
し、上記試料を白金の容器中にLiTaO3の粉末とと
もに入れ、熱処理を行った。この時の熱処理温度は58
0℃であり、熱処理時間は15分である。これにより、
図9(e)のように、基板表面に分域反転域65が形成さ
れた。
aO3単結晶基板を以下のようにして用意した。図9
(b)に示すように、上記薄膜上にCr膜91を100n
mスパッタリングで成膜し、分極反転を行う部分が窓あ
けされたホトマスクを用い、通常のホトリソグラフィ技
術により、ホトレジスト92のパターニングを図9(c)
のごとく行い、エッチングを行ってCr膜をパターニン
グし、その後ホトレジストを除去した。ホトマスクのパ
ターン周期は、2.5から3.5μmまで0.1μmず
つ異なるもの11種類のものを作製した。次に、石英容
器に安息香酸の粉末を入れて加熱、溶融させ、その中に
上記基板を浸漬してプロトン交換を行った。この時の処
理温度を200℃、処理時間を15分とした。その後、
エタノール中で十分に超音波洗浄をしたのちCrを除去
し、上記試料を白金の容器中にLiTaO3の粉末とと
もに入れ、熱処理を行った。この時の熱処理温度は58
0℃であり、熱処理時間は15分である。これにより、
図9(e)のように、基板表面に分域反転域65が形成さ
れた。
【0055】次に、上記の用意した基板の+c面に、液
相エピタキシャル結晶成長法で基板の分域を転写したタ
ンタルニオブ酸リチウム単結晶薄膜を以下のように成長
させた。すなわち、まずエピタキシャル成長時の溶融体
の調整を行った。光導波層材料であるタンタルニオブ酸
リチウムが20mol%、フラックス材料の硼酸リチウ
ムLi2B2O4が80mol%となるように、原料とし
て炭酸リチウムLi2CO3、硼酸H3BO3、五酸化ニオ
ブNb2O5、五酸化タンタルTa2O5の各粉末を秤量
し、これらの混合物を乳鉢でよく混合したのち白金るつ
ぼに入れて電気炉に入れ、空気雰囲気下において120
0℃の温度で3時間加熱して均一の溶融体を作製した。
この溶融体を1000℃まで60℃/hの冷却速度で冷
却し、上記の表面を周期的に分極反転させたZcutL
iTaO3単結晶基板を上記溶融体に所定時間接触さ
せ、上記基板上に上記基板の分域を転写させてタンタル
ニオブ酸リチウム薄膜86を5μm成長させた。ついで溶
融体と基板とを分離し、基板を電気炉中で室温まで30
℃/hの冷却速度で徐冷した。EPMAによってNbと
Taの組成比を調べたところ、ほぼ1対9であった。ま
た、成長させた単結晶薄膜における分域を、硝酸:ふっ
酸=1:2のエッチング液でエッチングしエッチング状
態の違いからから観察したところ、分極の方向は下地基
板の分極と同一であって、また薄膜における分域の界面
は基板と薄膜との界面に対してほぼ垂直であった。すな
わち断面形状がほぼ矩形の分極反転格子が形成できた。
なお、上記フラックス材料の添加量は70から90mo
l%の範囲が望ましい。また、接触時間は薄膜の膜厚に
よって異なるが、膜厚が0.5から5μmであれば10
から50分である。また、フラックス材料としては上記
硼酸リチウムのほか、フッ化リチウムLiF、フッ化カ
リウムKF、バナジウム酸リチウムLiVO3等を用い
ても良い。
相エピタキシャル結晶成長法で基板の分域を転写したタ
ンタルニオブ酸リチウム単結晶薄膜を以下のように成長
させた。すなわち、まずエピタキシャル成長時の溶融体
の調整を行った。光導波層材料であるタンタルニオブ酸
リチウムが20mol%、フラックス材料の硼酸リチウ
ムLi2B2O4が80mol%となるように、原料とし
て炭酸リチウムLi2CO3、硼酸H3BO3、五酸化ニオ
ブNb2O5、五酸化タンタルTa2O5の各粉末を秤量
し、これらの混合物を乳鉢でよく混合したのち白金るつ
ぼに入れて電気炉に入れ、空気雰囲気下において120
0℃の温度で3時間加熱して均一の溶融体を作製した。
この溶融体を1000℃まで60℃/hの冷却速度で冷
却し、上記の表面を周期的に分極反転させたZcutL
iTaO3単結晶基板を上記溶融体に所定時間接触さ
せ、上記基板上に上記基板の分域を転写させてタンタル
ニオブ酸リチウム薄膜86を5μm成長させた。ついで溶
融体と基板とを分離し、基板を電気炉中で室温まで30
℃/hの冷却速度で徐冷した。EPMAによってNbと
Taの組成比を調べたところ、ほぼ1対9であった。ま
た、成長させた単結晶薄膜における分域を、硝酸:ふっ
酸=1:2のエッチング液でエッチングしエッチング状
態の違いからから観察したところ、分極の方向は下地基
板の分極と同一であって、また薄膜における分域の界面
は基板と薄膜との界面に対してほぼ垂直であった。すな
わち断面形状がほぼ矩形の分極反転格子が形成できた。
なお、上記フラックス材料の添加量は70から90mo
l%の範囲が望ましい。また、接触時間は薄膜の膜厚に
よって異なるが、膜厚が0.5から5μmであれば10
から50分である。また、フラックス材料としては上記
硼酸リチウムのほか、フッ化リチウムLiF、フッ化カ
リウムKF、バナジウム酸リチウムLiVO3等を用い
ても良い。
【0056】その後、作製した薄膜をオゾン雰囲気内で
アニールし、酸素の欠損を補った。
アニールし、酸素の欠損を補った。
【0057】最後に、チャンネル部を作製した。まず、
チャンネル部のみが光遮蔽部となっているホトマスクを
用いて、ホトレジストをパターニングし、次にこのホト
レジストをマスクとして、イオンミリングにより、薄膜
を4μmエッチングした。チャンネル幅は3μmであ
る。その後ホトレジストを除去してチャンネル部を作製
した。
チャンネル部のみが光遮蔽部となっているホトマスクを
用いて、ホトレジストをパターニングし、次にこのホト
レジストをマスクとして、イオンミリングにより、薄膜
を4μmエッチングした。チャンネル幅は3μmであ
る。その後ホトレジストを除去してチャンネル部を作製
した。
【0058】第三実施例 図10に示す第三実施例は、上記第一実施例又は第二実
施例の導波路型第二高調波発生素子を搭載した、小形可
視光光源を用いる光ディスク用ヘッドである。11は高出
力(約100mW、波長λ=840nm)半導体レー
ザ、13は半導体レーザ光を光導波路端面に集束するレン
ズ、101は第一実施例又は第二実施例の導波路型第二高
調波発生素子であり、102は偏光ビームスプリッタであ
る。レーザ光は上記偏光ビームスプリッタ102を透過
し、コリメートレンズ系103に入射する。104は直線偏光
を円偏光に変えるλ/4波長版であり、105はレーザ光
を光ディスク106上に集光する対物レンズである。光デ
ィスク106の反射光は偏光ビームスプリッタ102で反射さ
れ、集束レンズ108で集光されたのち、ハーフミラー109
で二つに分割され、二分割ホトセンサ110及び四分割ホ
トセンサ111上に導かれ、トラッキング信号、フォーカ
シング信号及び再生信号の検出が行われる。
施例の導波路型第二高調波発生素子を搭載した、小形可
視光光源を用いる光ディスク用ヘッドである。11は高出
力(約100mW、波長λ=840nm)半導体レー
ザ、13は半導体レーザ光を光導波路端面に集束するレン
ズ、101は第一実施例又は第二実施例の導波路型第二高
調波発生素子であり、102は偏光ビームスプリッタであ
る。レーザ光は上記偏光ビームスプリッタ102を透過
し、コリメートレンズ系103に入射する。104は直線偏光
を円偏光に変えるλ/4波長版であり、105はレーザ光
を光ディスク106上に集光する対物レンズである。光デ
ィスク106の反射光は偏光ビームスプリッタ102で反射さ
れ、集束レンズ108で集光されたのち、ハーフミラー109
で二つに分割され、二分割ホトセンサ110及び四分割ホ
トセンサ111上に導かれ、トラッキング信号、フォーカ
シング信号及び再生信号の検出が行われる。
【0059】第四実施例 図11に示す第四実施例は、上記第一実施例又は第二実
施例の導波路型第二高調波発生素子を搭載した、小形可
視光光源を用いる光磁気ディスク用ヘッドである。図に
おいて、11、13及び101は上記第三実施例の図10と同
様の高出力半導体レーザ、集束レンズ及び導波路型第二
高調波発生素子で、203はビーム成形用のレンズ系であ
り、レーザ光はこれを通って平行光に成形される。202
はビーム成形用プリズムの機能を兼ねた偏光ビームスプ
リッタであり、レーザ光はこれを通過後反射ミラー205
で立ち上げられ、対物レンズ105で光ディスク面206上に
集光される。207は書き込み消去の際に用いる磁場を与
えるための磁気コイルである。光ディスク面206の反射
光は偏光ビームスプリッタ202で反射され、1/2波長
版204を通り集束レンズ207で集光され、偏光ビームスプ
リッタ102で二つの光束に分割され、二分割ホトセンサ1
00及び四分割ホトセンサ111上に導かれて、トラッキン
グ信号、フォーカシング信号及び再生信号の検出が行わ
れる。
施例の導波路型第二高調波発生素子を搭載した、小形可
視光光源を用いる光磁気ディスク用ヘッドである。図に
おいて、11、13及び101は上記第三実施例の図10と同
様の高出力半導体レーザ、集束レンズ及び導波路型第二
高調波発生素子で、203はビーム成形用のレンズ系であ
り、レーザ光はこれを通って平行光に成形される。202
はビーム成形用プリズムの機能を兼ねた偏光ビームスプ
リッタであり、レーザ光はこれを通過後反射ミラー205
で立ち上げられ、対物レンズ105で光ディスク面206上に
集光される。207は書き込み消去の際に用いる磁場を与
えるための磁気コイルである。光ディスク面206の反射
光は偏光ビームスプリッタ202で反射され、1/2波長
版204を通り集束レンズ207で集光され、偏光ビームスプ
リッタ102で二つの光束に分割され、二分割ホトセンサ1
00及び四分割ホトセンサ111上に導かれて、トラッキン
グ信号、フォーカシング信号及び再生信号の検出が行わ
れる。
【0060】また、光学系を変更すれば、再生専用型光
ディスクまたは相変化型書き換え型光ディスクに対して
も、導波路型波長変換素子101を適用することができ
る。
ディスクまたは相変化型書き換え型光ディスクに対して
も、導波路型波長変換素子101を適用することができ
る。
【0061】第5実施例 第12図は上記第3実施例に示す光ヘッドを、従来の光
情報記録再生装置に応用した場合の光情報記録再生装置
304の概略を示す図である。本実施例の特徴は、アクチ
ュエ−タ302上に光ヘッド301が搭載され、光学系の構成
が簡素化された点である。本装置の動作原理は従来装置
と同じである。すなわち、光記録媒体305は、回転制御
手段でコントロ−ルされたモ−タ303により回転する。
上記回転する光記録媒体305の半径方向にアクチュエ−
タ302に搭載された光ヘッド301が、走査制御手段により
走査駆動し、それと同期して光記録媒体からの光情報30
6が光ヘッド301内で電気信号に変換され、必要な信号処
理手段で処理されるものである。
情報記録再生装置に応用した場合の光情報記録再生装置
304の概略を示す図である。本実施例の特徴は、アクチ
ュエ−タ302上に光ヘッド301が搭載され、光学系の構成
が簡素化された点である。本装置の動作原理は従来装置
と同じである。すなわち、光記録媒体305は、回転制御
手段でコントロ−ルされたモ−タ303により回転する。
上記回転する光記録媒体305の半径方向にアクチュエ−
タ302に搭載された光ヘッド301が、走査制御手段により
走査駆動し、それと同期して光記録媒体からの光情報30
6が光ヘッド301内で電気信号に変換され、必要な信号処
理手段で処理されるものである。
【0062】この光情報記録・再生装置は、光ヘッドに
よりレ−ザ光を0.5μmという従来の半分のスポット径
に集束できるため、記録密度を従来ヘッドの4倍にする
ことができ、また、搭載している導波路形波長変換素子
の重量がきわめて小さいため、アクセス時間は従来のも
のと変わらないという特徴を持っている。
よりレ−ザ光を0.5μmという従来の半分のスポット径
に集束できるため、記録密度を従来ヘッドの4倍にする
ことができ、また、搭載している導波路形波長変換素子
の重量がきわめて小さいため、アクセス時間は従来のも
のと変わらないという特徴を持っている。
【0063】
【発明の効果】上記のように本発明による導波路形第二
高調波発生素子は、自発分極をもつ基板と該基板より屈
折率が高い光導波層からなる導波路形第二高調波発生素
子において、上記基板および上記光導波層の自発分極が
周期的に反転していることにより位相整合が容易で、し
かも上記光導波層の屈折率が一様で、かつ、分極反転格
子の断面形状を矩形にしたことにより高効率の導波路形
波長変換素子を作製することができる。また、上記素子
を半導体レ−ザおよび集束レンズと組合せることによ
り、小型で軽量な可視光光源を構成することができる。
さらに、上記光源を従来の光情報記録・再生装置に組込
むことにより、記録密度が4倍であってアクセス時間が
従来装置と同等の光情報記録・再生装置を構成すること
ができる。
高調波発生素子は、自発分極をもつ基板と該基板より屈
折率が高い光導波層からなる導波路形第二高調波発生素
子において、上記基板および上記光導波層の自発分極が
周期的に反転していることにより位相整合が容易で、し
かも上記光導波層の屈折率が一様で、かつ、分極反転格
子の断面形状を矩形にしたことにより高効率の導波路形
波長変換素子を作製することができる。また、上記素子
を半導体レ−ザおよび集束レンズと組合せることによ
り、小型で軽量な可視光光源を構成することができる。
さらに、上記光源を従来の光情報記録・再生装置に組込
むことにより、記録密度が4倍であってアクセス時間が
従来装置と同等の光情報記録・再生装置を構成すること
ができる。
【図1】本発明による可視光発生用光源の一実施例を示
す構成図で、(a)は平面図、(b)は断面図である。
す構成図で、(a)は平面図、(b)は断面図である。
【図2】温度位相整合法を用いた従来の第二高調波発生
素子を示す図である。
素子を示す図である。
【図3】チェレンコフ輻射を用いた従来の第二高調波発
生素子を示す図である。
生素子を示す図である。
【図4】分極反転を用いた従来の第二高調波発生素子を
示す図である。
示す図である。
【図5】(a)〜(d)はそれぞれ本発明素子による第
二高調波発生原理の説明図である。
二高調波発生原理の説明図である。
【図6】本発明による可視光発生用光源の第二の実施例
を示す構成図で、(a)は平面図、(b)は断面図であ
る。
を示す構成図で、(a)は平面図、(b)は断面図であ
る。
【図7】(a)〜(d)は本発明の第二の実施例の素子
による第二高調波発生原理の説明図である。
による第二高調波発生原理の説明図である。
【図8】(a)〜(f)は上記第二高調波による可視光
発生用光源の製造工程をそれぞれ示す図である。
発生用光源の製造工程をそれぞれ示す図である。
【図9】(a)〜(f)は上記第二の実施例の第二高調
波による可視光発生用光源の製造工程をそれぞれ示す図
である。
波による可視光発生用光源の製造工程をそれぞれ示す図
である。
【図10】本発明の第二高調波発生素子を搭載した追記
型光ヘッドの概略図である。
型光ヘッドの概略図である。
【図11】本発明の第二高調波発生素子を搭載した光磁
気型光ヘッドの概略図である。
気型光ヘッドの概略図である。
【図12】本発明の第二高調波発生素子を搭載した光情
報記録再生装置の構成図である。
報記録再生装置の構成図である。
14…基板(LiNbO3) 64…基板(LiTaO3) 17…薄膜中で分極が反転されている部分 31,42…プロトン交換チャンネル型光導波路 51,71…自発分極をもつ基板 52,72…光導波層 105…収束レンズ系 301…光ヘッド 106,206,305…光記録媒体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 楓 弘志 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 伊藤 康平 東京都千代田区丸ノ内二丁目1番2号日立 金属株式会社内 (72)発明者 牧尾 諭 東京都千代田区丸ノ内二丁目1番2号日立 金属株式会社内 (72)発明者 佐藤 正純 東京都千代田区丸ノ内二丁目1番2号日立 金属株式会社内
Claims (9)
- 【請求項1】光学基板と、該基板より屈折率の高い光導
波層から成る第二高調波発生素子において、前記基板の
一部および光導波層両者の非線形光学係数が周期的に反
転せしめられていることを特徴とする第二高調波発生素
子 - 【請求項2】請求項1の光素子において、光導波層にお
ける非線形光学係数の周期的反転境界線が、前記基板と
前記光導波層との境界線となす角度が75゜〜105゜
であることを特徴とする請求項1記載の第二高調波発生
素子 - 【請求項3】請求項1もしくは2記載の基板は、マグネ
シウムがドープされたニオブ酸リチウムであり、光導波
層がニオブ酸リチウム、又は基板よりマグネシウムのド
ープ量が少ないニオブ酸リチウムであることを特徴とす
る請求項1もしくは2記載の第二高調波発生素子。 - 【請求項4】請求項1もしくは2記載の基板は、タンタ
ル酸リチウムであり、光導波層がタンタルニオブ酸リチ
ウム(組成式を化1に示す)であることを特徴とする請
求項1もしくは2記載の第二高調波発生素子。 【化1】 - 【請求項5】請求項1もしくは2記載の基板が予め周期
的に分極反転された基板であり、この基板上に光導波層
を作製する方法が、光導波層を構成する強誘電体金属酸
化物の原料粉末をフラックス存在下で加熱溶融すること
により溶融体を準備する工程と、前記基板の分極反転さ
れた表面を前記溶融体に接触させ、前記溶融体の温度を
結晶析出温度に降下し、前記基板上に請求項1もしくは
4記載の光導波層を構成する金属酸化膜を液相エピタキ
シャル成長させる工程を有することを特徴とする請求項
1もしくは2記載の第二高調波発生素子の製造方法。 - 【請求項6】請求項5記載の第二高調波発生素子の製造
方法において、用いるフラックスがバナジウム酸リチウ
ム(LiVO3)、もしくはホウ酸リチウム(Li2B2
O4)、もしくはフッ化リチウム(LiF)、もしくは
フッ化カリウム(KF)であることを特徴とする請求項
1もしくは2記載の第二高調波発生素子の製造方法。 - 【請求項7】請求項1もしくは請求項2記載の第二高調
発生素子と、波長780nmから1100nmの近赤外
半導体レーザ光源と、該レーザ光源から出射するレーザ
光を導波路端面に集光するレンズ系からなる可視光発生
用光源。 - 【請求項8】上記請求項7記載の可視光発生用光源と、
該光源から出射する光を光記録媒体の記録、再生面上に
集光する集光手段と、上記光記録媒体の記録、再生面か
らの反射光を受光し検出する手段を備えた光ヘッド - 【請求項9】光記録媒体を回転駆動する回転駆動制御手
段と、上記光記録媒体の半径方向に所定間隔をへだてて
駆動する光情報の記録、再生を行う光ヘッドと、該光ヘ
ッドを搭載して走査、駆動するアクチュエータとを備え
た光情報記録再生装置において、上記アクチュエータに
搭載する光ヘッドは、請求項8記載の光ヘッドであるこ
とを特徴とする光情報記録再生装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3342693A JPH05173213A (ja) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | 導波路型第二高調波発生素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3342693A JPH05173213A (ja) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | 導波路型第二高調波発生素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05173213A true JPH05173213A (ja) | 1993-07-13 |
Family
ID=18355768
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3342693A Pending JPH05173213A (ja) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | 導波路型第二高調波発生素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05173213A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5737117A (en) * | 1995-04-10 | 1998-04-07 | Ngk Insulators, Ltd. | Second harmonic generation element and a process for producing the same |
US6181462B1 (en) | 1998-05-27 | 2001-01-30 | Ngk Insulators, Ltd. | Second harmonic wave-generation device |
JP2002099009A (ja) * | 1994-08-31 | 2002-04-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 分極反転領域の製造方法ならびにそれを利用した光波長変換素子 |
US6654529B1 (en) | 1998-08-19 | 2003-11-25 | Ngk Insulators, Ltd. | Ferroelectric domain inverted waveguide structure and a method for producing a ferroelectric domain inverted waveguide structure |
WO2007066747A1 (ja) * | 2005-12-09 | 2007-06-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | ファイバーレーザ |
-
1991
- 1991-12-25 JP JP3342693A patent/JPH05173213A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002099009A (ja) * | 1994-08-31 | 2002-04-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 分極反転領域の製造方法ならびにそれを利用した光波長変換素子 |
US5737117A (en) * | 1995-04-10 | 1998-04-07 | Ngk Insulators, Ltd. | Second harmonic generation element and a process for producing the same |
US6181462B1 (en) | 1998-05-27 | 2001-01-30 | Ngk Insulators, Ltd. | Second harmonic wave-generation device |
US6654529B1 (en) | 1998-08-19 | 2003-11-25 | Ngk Insulators, Ltd. | Ferroelectric domain inverted waveguide structure and a method for producing a ferroelectric domain inverted waveguide structure |
WO2007066747A1 (ja) * | 2005-12-09 | 2007-06-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | ファイバーレーザ |
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