JPH07120798A - 光波長変換素子の作成方法 - Google Patents

光波長変換素子の作成方法

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JPH07120798A
JPH07120798A JP5266197A JP26619793A JPH07120798A JP H07120798 A JPH07120798 A JP H07120798A JP 5266197 A JP5266197 A JP 5266197A JP 26619793 A JP26619793 A JP 26619793A JP H07120798 A JPH07120798 A JP H07120798A
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JP
Japan
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wavelength conversion
crystal
conversion element
face
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JP5266197A
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English (en)
Inventor
Yasukazu Nihei
靖和 二瓶
Akinori Harada
明憲 原田
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐光損傷性が高く、またドメイン反転部が均
一な光波長変換素子を簡単に作成できる方法を得る。 【構成】 非線形光学効果を有する強誘電体であるLi
NbO3 の結晶基板1に周期的に繰り返すドメイン反転
部9を形成した後、この結晶基板1を加圧炉5内に収
め、加圧酸素雰囲気6中で熱処理する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、基本波を第2高調波等
に変換する光波長変換素子、特に詳細には、非線形光学
効果を有する強誘電体結晶に周期ドメイン反転構造が形
成されてなる光波長変換素子を作成する方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】非線形光学効果を有する強誘電体の自発
分極(ドメイン)を周期的に反転させた領域を設けた光
波長変換素子を用いて、基本波を第2高調波に波長変換
する方法が既にBleombergenらによって提案されている
(Phys.Rev.,vol.127,No.6,1918(1962)参照)。
この方法においては、ドメイン反転部の周期Λを、 Λc=2π/{β(2ω)−2β(ω)} ……(1) ただしβ(2ω)は第2高調波の伝搬定数 2β(ω)は基本波の伝搬定数 で与えられるコヒーレント長Λcの整数倍になるように
設定することで、基本波と第2高調波との位相整合を取
ることができる。非線形光学材料のバルク結晶を用いて
波長変換する場合は、位相整合する波長が結晶固有の特
定波長に限られるが、上記の方法によれば、任意の波長
に対して(1) 式を満足する周期Λを選択することによ
り、効率良く位相整合を取ることが可能となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述のような強誘電体
からなる光波長変換素子においては、発生した第2高調
波等の波長変換波により強誘電体結晶に光損傷が生じる
という問題が認められている。例えば強誘電体結晶とし
て酸化物強誘電体であるLiNbO3 (LN)の結晶を
用い、そこに周期ドメイン反転構造を設けてなる光波長
変換素子にあっては、2mW出力の第2高調波(波長:
477 nm)によって光損傷が生じることもある。このよ
うに低出力の波長変換波によって光損傷を生じてしまう
光波長変換素子は、実用的価値がさほど高いとは言えな
い。
【0004】そこで従来より、耐光損傷性を向上させる
ために、上記のLNやLiTaO3(LT)の結晶に、
結晶生成段階からMgO、Zn等をドープさせることが
行なわれている。
【0005】しかしこのようにMgO、Zn等をドープ
させた結晶は、反転ドメイン形成条件が、ドープさせな
い結晶のそれと著しく異なるため、ドメイン反転部を均
一に形成することが難しいという問題があった。このよ
うに光損傷に強くても、ドメイン反転部が均一に形成さ
れていない光波長変換素子は、高い波長変換効率を得る
ことができないので、やはり実用的価値がさほど高いと
は言えない。
【0006】また、同様に耐光損傷性を向上させるため
に、強誘電体結晶を加温したりそこに電場を印加する方
法(特願平5-56613 号明細書参照)や、強誘電体結晶表
面に導電性膜やプロトン交換層等の低抵抗層を形成する
構成(特願平5-29207 号明細書参照)も提案されてい
る。このような手法は耐光損傷性を向上させる上で確か
に効果的であるが、その半面、光波長変換デバイスの構
成が複雑化したり、光波長変換素子の作成方法が煩雑化
するという問題も認められる。
【0007】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、耐光損傷性が高く、またドメイン反転部が均一
な光波長変換素子を簡単に作成できる方法を提供するこ
とを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による光波長変換
素子の作成方法は、非線形光学効果を有するLN、LT
等の酸化物強誘電体結晶に周期的に繰り返すドメイン反
転部が形成されてなり、これらのドメイン反転部の並び
方向に入射した基本波を波長変換する光波長変換素子を
作成する際、上記酸化物強誘電体結晶にドメイン反転部
を形成した後、該結晶を加圧酸素雰囲気中で熱処理する
ことを特徴とするものである。
【0009】
【作用および発明の効果】酸化物強誘電体結晶に対し
て、上述のような加圧酸素雰囲気中での熱処理を施す
と、その耐光損傷性が著しく向上する。これは、酸化物
強誘電体結晶中の酸素欠陥が少なくなって、結晶性が向
上するためであると考えられる。
【0010】また、本発明による光波長変換素子の作成
方法は、耐光損傷性向上のための熱処理を施す前に酸化
物強誘電体結晶にドメイン反転部を形成するものである
から、ドメイン反転部の形成に、耐光損傷性向上のため
の処理が影響することがない。よって本発明方法によれ
ば、反転ドメイン形成条件は従来から知られている最適
条件に設定して、均一なドメイン反転部を形成すること
ができ、それと耐光損傷性向上とを両立させることがで
きる。
【0011】また、上記の熱処理は結晶のアニールを兼
ねることになるので、ドメイン反転部の屈折率段差が減
少し、内部損失を著しく低下させる効果も得られる。
【0012】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。図1は、本発明の一実施例により光波
長変換素子を作成する工程を示すものである。図中、1
は非線形光学効果を有する酸化物強誘電体であるLiN
bO3 (以下、LNと称する)結晶の基板である。この
LN基板1は単分極化処理がなされて厚さ0.2 mmに形
成され、最も大きい非線形光学材料定数d33が有効に利
用できるように、z面で光学研磨されたz板が使用され
ている。そして同図(a)に示すように、この基板1の
+z面にはアース電極として、厚さ30nmのCr薄膜2
が蒸着により形成される。
【0013】次いで同図(b)に示すように、公知の電
子線照射装置(図示せず)から発せられた電子線3を、
基板1に−z面から局所的に照射する。この際の電子線
加速電圧は一例として20〜30kV、照射電流は0.1 〜1
nAに設定される。この電子線照射により基板1には、
基板裏まで貫通し、所定周期Λで繰り返すパターンのド
メイン反転部9が形成される。なお図1(b)の矢印10
は、分極の方向を示している。ここで上記周期Λは、L
Nの屈折率の波長分散を考慮して、基板1のx方向に沿
って946 nm近辺で1次の周期となるように4.7 μmと
した。その後、このLN基板1のx面および−x面を研
磨する。
【0014】次に同図(c)に示すように、Cr薄膜2
を除去した後、この基板1を加圧炉5内に収め、加圧酸
素雰囲気6中で熱処理する。このときの条件は、一例と
して酸素圧力を9気圧、昇温速度を10℃/分、熱処理は
550 ℃×1時間、降温速度を−10℃/分とする。なお一
般には、酸素圧力を2〜10気圧の範囲内に設定すると、
好ましい結果が得られる。
【0015】その後基板1を加圧炉5から取り出し、上
記のように研磨された該基板1のx面および−x面をそ
れぞれ光通過面20a、20bとすることにより、図2に示
すようなバルク結晶型の光波長変換素子20が得られる。
【0016】この周期ドメイン反転構造を有するバルク
結晶型光波長変換素子20を、図2に示すレーザダイオー
ド励起YAGレーザの共振器内に配置した。このレーザ
ダイオード励起YAGレーザは、波長809 nmのポンピ
ング光としてのレーザビーム13を発するレーザダイオー
ド14と、発散光状態のレーザビーム13を収束させる集光
レンズ15と、Nd(ネオジウム)がドープされたレーザ
媒質であって上記レーザビーム13の収束位置に配された
YAG結晶16と、このYAG結晶16の前方側(図中右
方)に配された共振器ミラー17とからなる。光波長変換
素子20は結晶長が1mmとされ、この共振器ミラー17と
YAG結晶16との間に配置されている。
【0017】YAG結晶16は波長809 nmのレーザビー
ム13により励起されて、波長946 nmのレーザビーム18
を発する。この固体レーザビーム18は、所定のコーティ
ングが施されたYAG結晶端面16aと共振器ミラー17の
ミラー面17aとの間で共振し、光波長変換素子20に入射
して波長が1/2すなわち473 nmの第2高調波19に変
換される。基本波としての固体レーザビーム18と第2高
調波19は、周期ドメイン反転領域において位相整合(い
わゆる疑似位相整合)し、ほぼこの第2高調波19のみが
共振器ミラー17から出射する。
【0018】本例において、光波長変換素子20の光損傷
しきい値は100 mWであった。それに対して、前述の加
圧酸素雰囲気中での熱処理を行なう前の端面研磨(x面
および−x面の研磨)までがなされたLN基板1を、上
記レーザダイオード励起YAGレーザの共振器内に配置
して光波長変換素子として使用したときの光損傷しきい
値は10mWであった。つまり上記の熱処理により、耐光
損傷性は10倍に向上している。
【0019】また、上記熱処理の前になされるドメイン
反転部9の形成においては、この熱処理と何ら関わりな
く反転ドメイン形成条件を最適に設定して、均一なドメ
イン反転部9を形成することができる。さらに、上記の
熱処理はLN基板1のアニールを兼ねることになるの
で、ドメイン反転部9の屈折率段差が減少し、内部損失
を著しく低減する効果も得られる。
【0020】なお上記の実施例においては、酸化物強誘
電体結晶を加圧酸素のみからなる雰囲気中で熱処理して
いるが、安全性を考慮して、酸素と例えば窒素等の不活
性ガスとの混合ガスを加圧した雰囲気中で熱処理するよ
うにしても構わない。
【0021】また以上は、酸化物強誘電体結晶としてL
Nを用いる場合に適用した実施例について説明したが、
本発明はそれ以外の酸化物強誘電体結晶、例えば前述の
LT等から光波長変換素子を作成する場合にも同様に適
用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例により光波長変換素子を作成
する様子を示す概略図
【図2】上記光波長変換素子を備えた固体レーザの側面
【符号の説明】
1 LiNbO3 単分極化基板(z板) 2 Cr薄膜 3 電子線 5 加圧炉 6 加圧酸素雰囲気 9 ドメイン反転部 13 レーザビーム(ポンピング光) 14 レーザダイオード 15 集光レンズ 16 YAG結晶 17 共振器ミラー 18 レーザビーム(基本波) 19 第2高調波 20 バルク結晶型光波長変換素子

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非線形光学効果を有する酸化物強誘電体
    結晶に周期的に繰り返すドメイン反転部が形成されてな
    り、これらのドメイン反転部の並び方向に入射した基本
    波を波長変換する光波長変換素子の作成方法であって、 前記酸化物強誘電体結晶にドメイン反転部を形成した
    後、該結晶を加圧酸素雰囲気中で熱処理することを特徴
    とする光波長変換素子の作成方法。
  2. 【請求項2】 前記加圧酸素雰囲気の酸素圧力を2〜10
    気圧の範囲内に設定することを特徴とする請求項1記載
    の光波長変換素子の作成方法。
  3. 【請求項3】 前記酸化物強誘電体結晶が、LiNbx
    Ta(1-x) 3 (0≦x≦1)の結晶であることを特徴
    とする請求項1または2記載の光波長変換素子の作成方
    法。
JP5266197A 1993-10-25 1993-10-25 光波長変換素子の作成方法 Withdrawn JPH07120798A (ja)

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