JPH11212128A - 波長変換素子及びその製造方法並びにこれを用いた固体レーザ装置 - Google Patents
波長変換素子及びその製造方法並びにこれを用いた固体レーザ装置Info
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- JPH11212128A JPH11212128A JP1089198A JP1089198A JPH11212128A JP H11212128 A JPH11212128 A JP H11212128A JP 1089198 A JP1089198 A JP 1089198A JP 1089198 A JP1089198 A JP 1089198A JP H11212128 A JPH11212128 A JP H11212128A
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- 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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Abstract
(57)【要約】
【課題】 強誘電体でない水晶からなる常誘電体によ
り、ＱＰＭの現象を生じさせ、入射光の波長を高効率で
波長変換させる。 【解決手段】 所定の方向に正の極性を有する水晶１０
が次の式（１）で表される幅ｄで周期的に正負の極性が
交番する集片双晶構造をなすように形成され、水晶１０
のｘｙ平面で振幅しかつ上記極性方向に対して垂直に入
射するレーザ光を入射光とすることを特徴とする波長変
換素子１５である。 ｄ ＝ ｍλ／（ｎ2ω−ｎω） ……………
（１） 但し、ｍは次数、ｎ2ωはλ／２の波長ときの屈折率、
ｎωはλの波長のときの屈折率である。波長変換素子１
５は水晶のｘｙ平面で振幅しかつ極性方向に対して垂直
なレーザ光を入射させると、このレーザ光の波長を半分
に変換して出射する。
り、ＱＰＭの現象を生じさせ、入射光の波長を高効率で
波長変換させる。 【解決手段】 所定の方向に正の極性を有する水晶１０
が次の式（１）で表される幅ｄで周期的に正負の極性が
交番する集片双晶構造をなすように形成され、水晶１０
のｘｙ平面で振幅しかつ上記極性方向に対して垂直に入
射するレーザ光を入射光とすることを特徴とする波長変
換素子１５である。 ｄ ＝ ｍλ／（ｎ2ω−ｎω） ……………
（１） 但し、ｍは次数、ｎ2ωはλ／２の波長ときの屈折率、
ｎωはλの波長のときの屈折率である。波長変換素子１
５は水晶のｘｙ平面で振幅しかつ極性方向に対して垂直
なレーザ光を入射させると、このレーザ光の波長を半分
に変換して出射する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水晶双晶からなる
波長変換素子及びその製造方法に関する。更に詳しくは
高出力が可能なＹＡＧレーザ等の赤外の固体レーザと組
合せることにより、この固体レーザの波長を緑色から青
色又は紫外域までの波長に変換する波長変換素子及びそ
の製造方法並びにこれを用いた固体レーザ装置に関する
ものである。
波長変換素子及びその製造方法に関する。更に詳しくは
高出力が可能なＹＡＧレーザ等の赤外の固体レーザと組
合せることにより、この固体レーザの波長を緑色から青
色又は紫外域までの波長に変換する波長変換素子及びそ
の製造方法並びにこれを用いた固体レーザ装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】この種の波長変換素子は非線形光学結晶
からなる。この非線形光学現象は、強いレーザ光の電磁
界と媒体との相互作用によって生じる現象で、強い光に
対して媒体の応答が比例しなくなり、非線形が現われる
ものである。入射光をどのくらいの効率で波長変換する
かは、非線形定数の大きさで見積られる。そのためこの
非線形定数の大きな材料の探索が世界的に広範に行われ
ている。一方、非線形光学結晶の屈折率は波長分散があ
るために、基本波の速度と第２高調波の速度が等しくな
いので、基本波に対して第２高調波には位相差が現われ
る。このために結晶内では、光路に沿って発生する第２
高調波の合成波は周期関数となる。従って、結晶端で発
生した第２高調波と、結晶端からある距離ｘで発生した
第２高調波との間は、πの位相差を持つ距離ｘが存在す
る。この距離ｘの長さをコヒーレント長という。
からなる。この非線形光学現象は、強いレーザ光の電磁
界と媒体との相互作用によって生じる現象で、強い光に
対して媒体の応答が比例しなくなり、非線形が現われる
ものである。入射光をどのくらいの効率で波長変換する
かは、非線形定数の大きさで見積られる。そのためこの
非線形定数の大きな材料の探索が世界的に広範に行われ
ている。一方、非線形光学結晶の屈折率は波長分散があ
るために、基本波の速度と第２高調波の速度が等しくな
いので、基本波に対して第２高調波には位相差が現われ
る。このために結晶内では、光路に沿って発生する第２
高調波の合成波は周期関数となる。従って、結晶端で発
生した第２高調波と、結晶端からある距離ｘで発生した
第２高調波との間は、πの位相差を持つ距離ｘが存在す
る。この距離ｘの長さをコヒーレント長という。
【０００３】このコヒーレント長を超えると、合成高調
波の強度は減少し、この周期で増減を繰り返すことにな
る。この現象を利用して、アームストロング（Armstron
g）等は、この周期毎に非線形光学定数の符号を反転さ
せ、第２高調波の位相を反転させれば高効率になること
を提案した。即ち、コヒーレント長で非線形光学定数の
符号が反転するように分極方向が反転する結晶を積層さ
せれば、コヒーレント長からの第２高調波の強度を増大
させることが可能になる。このコヒーレント長の寸法は
１０μｍ程度である。また結晶内にこのような周期で非
線形光学定数の符号が反転するものを作成することは、
実際には不可能と考えられていた。しかしながら、Ｌｉ
ＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 、ＫＴＰなどのような強誘電体
酸化物単結晶の互いに１８０度結晶のＣ+の向きが変化
している分極を、この周期で作成できることが明らかに
なってから、活発に研究されるようになってきた。この
ような互いに分極方向を１８０度回転させた方式の波長
変換を、疑似位相整合（ＱＰＭ；Quasi-phase Matchin
g）による波長変換と呼ぶ。このＱＰＭの特徴には、
周期長の設定により位相整合波長を自由に設定できるこ
と、複数の周期を作り出すことにより位相整合波長域
を広げること、位相整合に必要な温度許容幅は２倍以
上に大きくなること、バルク状でも光導波路状でも使
用できること、更に非線形光学定数ｄ(33)を用いるこ
となどが挙げられる。
波の強度は減少し、この周期で増減を繰り返すことにな
る。この現象を利用して、アームストロング（Armstron
g）等は、この周期毎に非線形光学定数の符号を反転さ
せ、第２高調波の位相を反転させれば高効率になること
を提案した。即ち、コヒーレント長で非線形光学定数の
符号が反転するように分極方向が反転する結晶を積層さ
せれば、コヒーレント長からの第２高調波の強度を増大
させることが可能になる。このコヒーレント長の寸法は
１０μｍ程度である。また結晶内にこのような周期で非
線形光学定数の符号が反転するものを作成することは、
実際には不可能と考えられていた。しかしながら、Ｌｉ
ＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 、ＫＴＰなどのような強誘電体
酸化物単結晶の互いに１８０度結晶のＣ+の向きが変化
している分極を、この周期で作成できることが明らかに
なってから、活発に研究されるようになってきた。この
ような互いに分極方向を１８０度回転させた方式の波長
変換を、疑似位相整合（ＱＰＭ；Quasi-phase Matchin
g）による波長変換と呼ぶ。このＱＰＭの特徴には、
周期長の設定により位相整合波長を自由に設定できるこ
と、複数の周期を作り出すことにより位相整合波長域
を広げること、位相整合に必要な温度許容幅は２倍以
上に大きくなること、バルク状でも光導波路状でも使
用できること、更に非線形光学定数ｄ(33)を用いるこ
となどが挙げられる。
【０００４】従来、本出願人は、この種の波長変換素子
として、常誘導体結晶のＣ軸方向の螺旋軸の回転の違い
による右手系の結晶と左手系の結晶とが交互に積層して
ある、四ほう酸リチウム単結晶に代表される非線形光学
素子を提案した（特開平９−１９７４５５）。
として、常誘導体結晶のＣ軸方向の螺旋軸の回転の違い
による右手系の結晶と左手系の結晶とが交互に積層して
ある、四ほう酸リチウム単結晶に代表される非線形光学
素子を提案した（特開平９−１９７４５５）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本出願人は、上記特開
平９−１９７４５５号公報の中で、この非線形光学素子
として、常誘電体である水晶にも適用し得ることを示唆
したが、水晶においてそのＣ軸方向の螺旋軸の回転の違
いによる右手系の結晶と左手系の結晶とを交互に積層す
ることが不可能であった。本発明の目的は、強誘電体で
ない水晶からなる常誘電体により、ＱＰＭの現象を生じ
させ、入射光の波長を高効率で波長変換することができ
る波長変換素子及びその製造方法並びにこれを用いた固
体レーザ装置を提供することにある。
平９−１９７４５５号公報の中で、この非線形光学素子
として、常誘電体である水晶にも適用し得ることを示唆
したが、水晶においてそのＣ軸方向の螺旋軸の回転の違
いによる右手系の結晶と左手系の結晶とを交互に積層す
ることが不可能であった。本発明の目的は、強誘電体で
ない水晶からなる常誘電体により、ＱＰＭの現象を生じ
させ、入射光の波長を高効率で波長変換することができ
る波長変換素子及びその製造方法並びにこれを用いた固
体レーザ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１に示すように所定の方向に正の極性を有する水晶１
０が次の式（１）で表される幅ｄで周期的に正負の極性
が交番する集片双晶構造をなすように形成され、水晶１
０のｘｙ平面で振幅しかつ上記極性方向に対して垂直に
入射するレーザ光を入射光とすることを特徴とする波長
変換素子である。 ｄ ＝ ｍλ／（ｎ2ω−ｎω） …………… （１） 但し、ｍは次数、ｎ2ωはλ／２の波長ときの屈折率、
ｎωはλの波長のときの屈折率である。上記集片双晶構
造の水晶１０に対して、この水晶のｘｙ平面で振幅しか
つ極性方向に対して垂直なレーザ光を入射させると、こ
のレーザ光の波長を半分に変換して出射する。
図１に示すように所定の方向に正の極性を有する水晶１
０が次の式（１）で表される幅ｄで周期的に正負の極性
が交番する集片双晶構造をなすように形成され、水晶１
０のｘｙ平面で振幅しかつ上記極性方向に対して垂直に
入射するレーザ光を入射光とすることを特徴とする波長
変換素子である。 ｄ ＝ ｍλ／（ｎ2ω−ｎω） …………… （１） 但し、ｍは次数、ｎ2ωはλ／２の波長ときの屈折率、
ｎωはλの波長のときの屈折率である。上記集片双晶構
造の水晶１０に対して、この水晶のｘｙ平面で振幅しか
つ極性方向に対して垂直なレーザ光を入射させると、こ
のレーザ光の波長を半分に変換して出射する。
【０００７】また請求項２に係る発明は、図３に示すよ
うに所定の方向に正の極性を有する水晶１０の表面を研
磨する工程と、この研磨した水晶１０の表面にＮｉＣｒ
膜又はＮｉ膜１１を形成する工程と、この膜の除去部分
１１ａの幅ｄ1及び膜の残存部分の膜１１ｂの幅ｄ2がそ
れぞれ次の式（２）で表される値を有するように上記Ｎ
ｉＣｒ膜又はＮｉ膜１１を上記極性方向に平行な縞状に
パターン化する工程と、この膜をパターン化した水晶１
０をこの水晶の相転移温度未満の温度で熱処理してこの
水晶の集片双晶構造を作り出す工程と、この集片双晶構
造を作り出した水晶１０の表面に残存する縞状のＮｉＣ
ｒ膜又はＮｉ膜１１ｂを除去する工程とを含む波長変換
素子１５の製造方法である。 ｄ1 ＝ ｄ2 ＝ ｍλ／（ｎ2ω−ｎω） …… （２） 但し、ｍは次数、ｎ2ωはλ／２の波長ときの屈折率、
ｎωはλの波長のときの屈折率である。表面にＮｉＣｒ
膜又はＮｉ膜１１をパターン化した水晶１０をこの水晶
の相転移温度未満の温度で熱処理することにより幅
ｄ1，ｄ2で周期的に正負の極性が交番するようになり、
容易に本発明の波長変換素子１５を作ることができる。
なお、上記式（１）及び（２）の次数のｍは奇数（通
常、１である）である。これは幅ｄ（ｄ1、ｄ2も同じ）
が常にλ／（ｎ2ω−ｎω）の奇数倍になっていれば第
２高調波（ＳＨＧ）が発生することによる。
うに所定の方向に正の極性を有する水晶１０の表面を研
磨する工程と、この研磨した水晶１０の表面にＮｉＣｒ
膜又はＮｉ膜１１を形成する工程と、この膜の除去部分
１１ａの幅ｄ1及び膜の残存部分の膜１１ｂの幅ｄ2がそ
れぞれ次の式（２）で表される値を有するように上記Ｎ
ｉＣｒ膜又はＮｉ膜１１を上記極性方向に平行な縞状に
パターン化する工程と、この膜をパターン化した水晶１
０をこの水晶の相転移温度未満の温度で熱処理してこの
水晶の集片双晶構造を作り出す工程と、この集片双晶構
造を作り出した水晶１０の表面に残存する縞状のＮｉＣ
ｒ膜又はＮｉ膜１１ｂを除去する工程とを含む波長変換
素子１５の製造方法である。 ｄ1 ＝ ｄ2 ＝ ｍλ／（ｎ2ω−ｎω） …… （２） 但し、ｍは次数、ｎ2ωはλ／２の波長ときの屈折率、
ｎωはλの波長のときの屈折率である。表面にＮｉＣｒ
膜又はＮｉ膜１１をパターン化した水晶１０をこの水晶
の相転移温度未満の温度で熱処理することにより幅
ｄ1，ｄ2で周期的に正負の極性が交番するようになり、
容易に本発明の波長変換素子１５を作ることができる。
なお、上記式（１）及び（２）の次数のｍは奇数（通
常、１である）である。これは幅ｄ（ｄ1、ｄ2も同じ）
が常にλ／（ｎ2ω−ｎω）の奇数倍になっていれば第
２高調波（ＳＨＧ）が発生することによる。
【０００８】更に請求項３に係る発明は、図４及び図５
に示すように請求項１記載の波長変換素子１５を用いた
固体レーザ装置である。例えば、請求項１記載の波長変
換素子１５と高出力が可能なＹＡＧレーザ等の赤外の固
体レーザ１６を組合せることにより、この固体レーザ１
６の波長を緑色から青色又は紫外域までの波長に変換す
ることができる。
に示すように請求項１記載の波長変換素子１５を用いた
固体レーザ装置である。例えば、請求項１記載の波長変
換素子１５と高出力が可能なＹＡＧレーザ等の赤外の固
体レーザ１６を組合せることにより、この固体レーザ１
６の波長を緑色から青色又は紫外域までの波長に変換す
ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。本発明の波長変換素子に用いられる
水晶は、強誘導体でない常誘導体であるが、圧電性を有
するため、非線形性が現れる。また水晶は四ほう酸リチ
ウム単結晶等と比べて、緑色から青色又は紫外域までの
広い範囲で波長変換できる上、耐湿性に優れる。更に水
晶は緑色から青色又は紫外域までの波長の光に対して透
明であり、光損傷に強く、高品質な結晶も容易に育成で
きる特長がある。この波長変換素子を製造するには、所
定の方向に正の極性を有する水晶を用意する。水晶はそ
のｚ軸に対するカット方向により図２に示すＡＴカット
水晶（φ＝＋３５゜１８'）、ＢＴカット水晶（φ＝−
４９゜８'）、ＣＴカット水晶（φ＝＋３７゜４０'）、
ＤＴカット水晶（φ＝−５２゜３０'）、ＥＴカット水
晶（φ＝＋６６゜）等があり、またカット面がｘｙ平面
に平行な図１に示すＺカット水晶や、カット面がｘｚ平
面に平行なＹカット水晶があるが、いずれの水晶でもよ
い。この水晶は、フォトリソグラフィ法又はエレクトロ
ンビーム法を用いて前述した式（１）で表される幅ｄ
（＝ｄ1＝ｄ2）で周期的に極性軸の正負の方向が交番す
る集片双晶構造をなすように形成される。
基づいて説明する。本発明の波長変換素子に用いられる
水晶は、強誘導体でない常誘導体であるが、圧電性を有
するため、非線形性が現れる。また水晶は四ほう酸リチ
ウム単結晶等と比べて、緑色から青色又は紫外域までの
広い範囲で波長変換できる上、耐湿性に優れる。更に水
晶は緑色から青色又は紫外域までの波長の光に対して透
明であり、光損傷に強く、高品質な結晶も容易に育成で
きる特長がある。この波長変換素子を製造するには、所
定の方向に正の極性を有する水晶を用意する。水晶はそ
のｚ軸に対するカット方向により図２に示すＡＴカット
水晶（φ＝＋３５゜１８'）、ＢＴカット水晶（φ＝−
４９゜８'）、ＣＴカット水晶（φ＝＋３７゜４０'）、
ＤＴカット水晶（φ＝−５２゜３０'）、ＥＴカット水
晶（φ＝＋６６゜）等があり、またカット面がｘｙ平面
に平行な図１に示すＺカット水晶や、カット面がｘｚ平
面に平行なＹカット水晶があるが、いずれの水晶でもよ
い。この水晶は、フォトリソグラフィ法又はエレクトロ
ンビーム法を用いて前述した式（１）で表される幅ｄ
（＝ｄ1＝ｄ2）で周期的に極性軸の正負の方向が交番す
る集片双晶構造をなすように形成される。
【００１０】次に、フォトリソグラフィ法による集片双
晶構造を有する水晶の製造方法について述べる。図３に
示すように、水晶１０の表面を研磨した後、この表面に
厚さ０．１μｍ〜１μｍ程度のＮｉＣｒ膜又はＮｉ膜１
１を蒸着等により形成する（図３（ａ））。この膜の上
に感光性樹脂を塗布してフォトレジスト膜１２を形成す
る。次に転写したいパターンを焼付けたフォトマスク１
３をこの水晶上に合わせる。このパターンは幅ｄ1の感
光したい部分と幅ｄ2のマスキングしたい部分とが交互
になるように縞状をなし、この縞が水晶１０のもつ極性
方向に平行になるように位置合わせする。ここでｄ1と
ｄ2は相等しい。ｄ1とｄ2は前述した式（２）から導き
出される幅である。次いでマスク１３の上から紫外線１
４を照射する（同（ｂ））。紫外線１４の照射によりマ
スクの白い部分の下のレジスト膜１２のみが感光する。
エタノール等の溶剤により感光したレジスト膜部分を除
去し、それ以外の部分１２ａを残存させる（同
（ｃ））。次いでＨＣｌ等の酸性水溶液又はＮａＯＨ等
のアルカリ性水溶液でエッチングしてレジスト膜で覆わ
れていないＮｉＣｒ膜又はＮｉ膜１１を除去し、更に残
存していたレジスト膜１２ａも除去する。これにより幅
ｄ1を有する膜の除去部分１１ａと、幅ｄ2の膜の残存部
分１１ｂとが交互に形成された縞状のパターンが水晶１
０の表面に形成される（同（ｄ））。更に続いて、水晶
の相転移温度未満の５００〜５８０℃の温度で１０分間
程度熱処理する。この熱処理により膜の残存部分１１ｂ
の直下の水晶はその極性が正（ｘ+）から負（ｘ-）に変
化する。この極性の変化は膜の熱膨張係数と水晶の熱膨
張係数の違いにより起ると考えられている（同
（ｅ））。最後に膜の残存部分１１ｂを除去して本発明
の波長変換素子１５を得る。
晶構造を有する水晶の製造方法について述べる。図３に
示すように、水晶１０の表面を研磨した後、この表面に
厚さ０．１μｍ〜１μｍ程度のＮｉＣｒ膜又はＮｉ膜１
１を蒸着等により形成する（図３（ａ））。この膜の上
に感光性樹脂を塗布してフォトレジスト膜１２を形成す
る。次に転写したいパターンを焼付けたフォトマスク１
３をこの水晶上に合わせる。このパターンは幅ｄ1の感
光したい部分と幅ｄ2のマスキングしたい部分とが交互
になるように縞状をなし、この縞が水晶１０のもつ極性
方向に平行になるように位置合わせする。ここでｄ1と
ｄ2は相等しい。ｄ1とｄ2は前述した式（２）から導き
出される幅である。次いでマスク１３の上から紫外線１
４を照射する（同（ｂ））。紫外線１４の照射によりマ
スクの白い部分の下のレジスト膜１２のみが感光する。
エタノール等の溶剤により感光したレジスト膜部分を除
去し、それ以外の部分１２ａを残存させる（同
（ｃ））。次いでＨＣｌ等の酸性水溶液又はＮａＯＨ等
のアルカリ性水溶液でエッチングしてレジスト膜で覆わ
れていないＮｉＣｒ膜又はＮｉ膜１１を除去し、更に残
存していたレジスト膜１２ａも除去する。これにより幅
ｄ1を有する膜の除去部分１１ａと、幅ｄ2の膜の残存部
分１１ｂとが交互に形成された縞状のパターンが水晶１
０の表面に形成される（同（ｄ））。更に続いて、水晶
の相転移温度未満の５００〜５８０℃の温度で１０分間
程度熱処理する。この熱処理により膜の残存部分１１ｂ
の直下の水晶はその極性が正（ｘ+）から負（ｘ-）に変
化する。この極性の変化は膜の熱膨張係数と水晶の熱膨
張係数の違いにより起ると考えられている（同
（ｅ））。最後に膜の残存部分１１ｂを除去して本発明
の波長変換素子１５を得る。
【００１１】図１はｘ軸方向に極性を有するＺカット水
晶１０の例を示し、この水晶１０を正負の極性が交番す
る集片双晶構造にすることにより波長変換素子１５が作
られる。この波長変換素子の入射光は水晶１０のｘｙ平
面で振幅しかつｘ軸に垂直に入射するようになってい
る。図２はｘ軸に垂直な方向に極性を有するＡＴカット
水晶１０の例を示し、この水晶１０を正負の極性が交番
する集片双晶構造にすることにより波長変換素子１５が
作られる。この波長変換素子１５の入射光は水晶１０の
ｘｙ平面で振幅しかつｘ軸に平行に入射するようになっ
ている。こうした集片双晶構造の水晶１０からなる波長
変換素子１５に対して、この水晶のｘｙ平面で振幅しか
つ極性方向に対して垂直なレーザ光を入射させると、前
述したＱＰＭの現象が起こり、このレーザ光の波長を半
分に変換して出射することができる。
晶１０の例を示し、この水晶１０を正負の極性が交番す
る集片双晶構造にすることにより波長変換素子１５が作
られる。この波長変換素子の入射光は水晶１０のｘｙ平
面で振幅しかつｘ軸に垂直に入射するようになってい
る。図２はｘ軸に垂直な方向に極性を有するＡＴカット
水晶１０の例を示し、この水晶１０を正負の極性が交番
する集片双晶構造にすることにより波長変換素子１５が
作られる。この波長変換素子１５の入射光は水晶１０の
ｘｙ平面で振幅しかつｘ軸に平行に入射するようになっ
ている。こうした集片双晶構造の水晶１０からなる波長
変換素子１５に対して、この水晶のｘｙ平面で振幅しか
つ極性方向に対して垂直なレーザ光を入射させると、前
述したＱＰＭの現象が起こり、このレーザ光の波長を半
分に変換して出射することができる。
【００１２】本発明の波長変換素子と組合わせるレーザ
としては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、ｄｙｅ（色素）レー
ザ、Ｔｉ−サファイヤレーザ等の１０６４ｎｍ〜３００
ｎｍの波長のレーザが挙げられる。図４に示すように、
Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１６の後段に２つの波長変換素子１
５，１５を配置することにより、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの
波長１０６４ｎｍの１／４である、コヒーレンスの高い
４倍波（２６６ｎｍ）の波長の光を作り出すことができ
る。また図５に示すように、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１６の
後段に３倍波発生ユニット１７及び１個の波長変換素子
１５をこの順で配置することにより、Ｎｄ：ＹＡＧレー
ザの波長１０６４ｎｍの１／６である、コヒーレンスの
高い６倍波（１７７ｎｍ）の波長の光を作り出すことが
できる。これらの４倍波（２６６ｎｍ）及び６倍波（１
７７ｎｍ）の波長の光は、ＫｒＦエキシマレーザ（２４
８ｎｍ）よりも短波長である。
としては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、ｄｙｅ（色素）レー
ザ、Ｔｉ−サファイヤレーザ等の１０６４ｎｍ〜３００
ｎｍの波長のレーザが挙げられる。図４に示すように、
Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１６の後段に２つの波長変換素子１
５，１５を配置することにより、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの
波長１０６４ｎｍの１／４である、コヒーレンスの高い
４倍波（２６６ｎｍ）の波長の光を作り出すことができ
る。また図５に示すように、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１６の
後段に３倍波発生ユニット１７及び１個の波長変換素子
１５をこの順で配置することにより、Ｎｄ：ＹＡＧレー
ザの波長１０６４ｎｍの１／６である、コヒーレンスの
高い６倍波（１７７ｎｍ）の波長の光を作り出すことが
できる。これらの４倍波（２６６ｎｍ）及び６倍波（１
７７ｎｍ）の波長の光は、ＫｒＦエキシマレーザ（２４
８ｎｍ）よりも短波長である。
【００１３】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。 ＜実施例１＞Ｎｄ：ＹＡＧレーザと組合せて、このレー
ザ光（波長１０６４ｎｍ）を入射光とする波長変換素子
を作製した。先ず水晶として３ｍｍ×３ｍｍ×０．５ｍ
ｍのｘ軸に垂直な方向に極性を有する、図２に示すＡＴ
カット水晶を用いた。図３に示すフォトリソグラフィ法
によりＮｉＣｒ膜１１を極性方向に平行な縞状にパター
ン化した後、５５０℃で１０分間熱処理することによ
り、幅ｄで周期的に正負の極性が交番する集片双晶構造
の水晶１０を作製し、残存するＮｉＣｒ膜１１ｂを除去
して波長変換素子１５を得た。この波長変換素子１５の
幅ｄは、ｍ＝１、λ＝１０６４ｎｍ、屈折率ｎω＝１．
５３０５、及び屈折率ｎ2ω＝１．５４６８を前述した
式（１）に代入することにより、ｄ＝約６５．３μｍと
して得られた。Ｎｄ：ＹＡＧレーザの後段に１個の上記
波長変換素子を配置して、Ｎｄ：ＹＡＧレーザから発せ
られたレーザ光を水晶のｘｙ平面で振幅しかつｘ軸に平
行になるように調整してこの波長変換素子に入射させ
た。レーザ光の周波数が１０Ｈｚ、パワーが１００ｍＪ
であるとき、波長変換素子から波長５３２ｎｍの緑色光
が５ｍＪのパワーで得られた。
ザ光（波長１０６４ｎｍ）を入射光とする波長変換素子
を作製した。先ず水晶として３ｍｍ×３ｍｍ×０．５ｍ
ｍのｘ軸に垂直な方向に極性を有する、図２に示すＡＴ
カット水晶を用いた。図３に示すフォトリソグラフィ法
によりＮｉＣｒ膜１１を極性方向に平行な縞状にパター
ン化した後、５５０℃で１０分間熱処理することによ
り、幅ｄで周期的に正負の極性が交番する集片双晶構造
の水晶１０を作製し、残存するＮｉＣｒ膜１１ｂを除去
して波長変換素子１５を得た。この波長変換素子１５の
幅ｄは、ｍ＝１、λ＝１０６４ｎｍ、屈折率ｎω＝１．
５３０５、及び屈折率ｎ2ω＝１．５４６８を前述した
式（１）に代入することにより、ｄ＝約６５．３μｍと
して得られた。Ｎｄ：ＹＡＧレーザの後段に１個の上記
波長変換素子を配置して、Ｎｄ：ＹＡＧレーザから発せ
られたレーザ光を水晶のｘｙ平面で振幅しかつｘ軸に平
行になるように調整してこの波長変換素子に入射させ
た。レーザ光の周波数が１０Ｈｚ、パワーが１００ｍＪ
であるとき、波長変換素子から波長５３２ｎｍの緑色光
が５ｍＪのパワーで得られた。
【００１４】＜実施例２＞図５に示す固体レーザ装置に
適する波長変換素子１５を作製した。この波長変換素子
１５の幅ｄは、ｍ＝１、λ＝３５５ｎｍ、屈折率ｎω＝
１．５６７、及び屈折率ｎ2ω＝１．６８を前述した式
（１）に代入することにより、ｄ＝約３．１４μｍとし
て得られた。この幅ｄの値以外は、実施例１と同様にし
て波長変換素子を得た。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１６の後段
に３倍波発生ユニット１７及び１個の上記波長変換素子
１５をこの順で配置した後、波長変換素子１５に周波数
が１０Ｈｚ、パワーが５００ｍＪのレーザ光を入射させ
ると、この波長変換素子１５から波長１７７．５ｎｍの
紫外レーザ光が１ｍＪのパワーで得られた。
適する波長変換素子１５を作製した。この波長変換素子
１５の幅ｄは、ｍ＝１、λ＝３５５ｎｍ、屈折率ｎω＝
１．５６７、及び屈折率ｎ2ω＝１．６８を前述した式
（１）に代入することにより、ｄ＝約３．１４μｍとし
て得られた。この幅ｄの値以外は、実施例１と同様にし
て波長変換素子を得た。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１６の後段
に３倍波発生ユニット１７及び１個の上記波長変換素子
１５をこの順で配置した後、波長変換素子１５に周波数
が１０Ｈｚ、パワーが５００ｍＪのレーザ光を入射させ
ると、この波長変換素子１５から波長１７７．５ｎｍの
紫外レーザ光が１ｍＪのパワーで得られた。
【００１５】
【発明の効果】以上述べたように、従来、波長変換が不
可能と考えられていた水晶を、本発明の集片双晶構造に
することにより、この水晶でＱＰＭの現象を生じさせ、
入射光の波長を高効率で波長変換することができる。例
えば入射光をＮｄ：ＹＡＧレーザの波長１０６４ｎｍの
レーザ光とすれば、本発明の波長変換素子でこのレーザ
光を４倍波（２６６ｎｍ）及び６倍波（１７７ｎｍ）の
波長に変換できる。これらの変換した波長は、ＫｒＦエ
キシマレーザ（２４８ｎｍ）よりも短波長となる。
可能と考えられていた水晶を、本発明の集片双晶構造に
することにより、この水晶でＱＰＭの現象を生じさせ、
入射光の波長を高効率で波長変換することができる。例
えば入射光をＮｄ：ＹＡＧレーザの波長１０６４ｎｍの
レーザ光とすれば、本発明の波長変換素子でこのレーザ
光を４倍波（２６６ｎｍ）及び６倍波（１７７ｎｍ）の
波長に変換できる。これらの変換した波長は、ＫｒＦエ
キシマレーザ（２４８ｎｍ）よりも短波長となる。
【００１６】従って、既に大出力の装置が開発されてい
る赤外レーザのレーザ光を本発明の波長変換素子に入射
して、この波長変換素子から４倍波ないし６倍波の波長
の光を作り出すことができれば、紫外線領域又はそれに
近い領域のレーザ光を容易に得られる。このレーザ光
を、マーキング、リソグラフィ、各種半導体プロセス、
医療などの多様な分野への応用が期待できる。
る赤外レーザのレーザ光を本発明の波長変換素子に入射
して、この波長変換素子から４倍波ないし６倍波の波長
の光を作り出すことができれば、紫外線領域又はそれに
近い領域のレーザ光を容易に得られる。このレーザ光
を、マーキング、リソグラフィ、各種半導体プロセス、
医療などの多様な分野への応用が期待できる。
【図１】本発明の波長変換素子の構成図。
【図２】本発明の別の波長変換素子の構成図。
【図３】その波長変換素子の製造工程を示す図。
【図４】その波長変換素子を用いた固体レーザ装置の構
成図。
成図。
【図５】その波長変換素子を用いた別の固体レーザ装置
の構成図。
の構成図。
１０ 水晶 １１ ＮｉＣｒ膜又はＮｉ膜 １１ａ 膜の除去部分 １１ｂ 膜の残存部分 １５ 波長変換素子
Claims (3)
- 【請求項１】 所定の方向に正の極性を有する水晶(10)
が次の式（１）で表される幅(d)で周期的に正負の極性
が交番する集片双晶構造をなすように形成され、前記水
晶(10)のｘｙ平面で振幅しかつ前記極性方向に対して垂
直に入射するレーザ光を入射光とすることを特徴とする
波長変換素子。 ｄ ＝ ｍλ／（ｎ2ω−ｎω） …………… （１） 但し、ｍは次数、ｎ2ωはλ／２の波長ときの屈折率、
ｎωはλの波長のときの屈折率である。 - 【請求項２】 所定の方向に極性を有する水晶(10)の表
面を研磨する工程と、 前記研磨した水晶(10)の表面にＮｉＣｒ膜又はＮｉ膜(1
1)を形成する工程と、 前記膜の除去部分(11a)の幅(d1)及び膜の残存部分(11b)
の膜の幅(d2)がそれぞれ次の式（２）で表される値を有
するように前記ＮｉＣｒ膜又はＮｉ膜(11)を前記極性方
向に平行な縞状にパターン化する工程と、 前記膜をパターン化した水晶(10)をこの水晶の相転移温
度未満の温度で熱処理することによりこの水晶の集片双
晶構造を作り出す工程と、 前記集片双晶構造を作り出した水晶(10)の表面に残存す
る縞状のＮｉＣｒ膜又はＮｉ膜(11b)を除去する工程と
を含む波長変換素子の製造方法。 ｄ1 ＝ ｄ2 ＝ ｍλ／（ｎ2ω−ｎω） …… （２） 但し、ｍは次数、ｎ2ωはλ／２の波長ときの屈折率、
ｎωはλの波長のときの屈折率である。 - 【請求項３】 請求項１記載の波長変換素子(15)を用い
た固体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1089198A JPH11212128A (ja) | 1998-01-23 | 1998-01-23 | 波長変換素子及びその製造方法並びにこれを用いた固体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1089198A JPH11212128A (ja) | 1998-01-23 | 1998-01-23 | 波長変換素子及びその製造方法並びにこれを用いた固体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11212128A true JPH11212128A (ja) | 1999-08-06 |
Family
ID=11762952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1089198A Withdrawn JPH11212128A (ja) | 1998-01-23 | 1998-01-23 | 波長変換素子及びその製造方法並びにこれを用いた固体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11212128A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002071143A1 (fr) * | 2001-03-02 | 2002-09-12 | Nikon Corporation | Dispositif de source lumineuse, dispositifs d'illumination et d'exposition, et procede de production de dispositif |
| JP2003075876A (ja) * | 2001-08-30 | 2003-03-12 | Nidek Co Ltd | 角膜手術装置 |
| WO2004027512A1 (ja) * | 2002-09-20 | 2004-04-01 | National Institute For Materials Science | 波長変換素子 |
| WO2004027511A1 (ja) * | 2002-09-20 | 2004-04-01 | National Institute For Materials Science | 光通信用波長変換装置 |
| WO2004027510A1 (ja) * | 2002-09-20 | 2004-04-01 | National Institute For Materials Science | 擬似位相整合水晶の製造方法及び擬似位相整合水晶 |
| JP2004279613A (ja) * | 2003-03-14 | 2004-10-07 | Nidek Co Ltd | 擬似位相整合波長変換素子及びその製造方法並びにこれを用いた医療レーザ装置 |
| CN100410798C (zh) * | 2004-03-24 | 2008-08-13 | 松下电器产业株式会社 | 光学元件以及极化反转区域的形成方法 |
| JP2008186034A (ja) * | 2008-04-28 | 2008-08-14 | National Institute For Materials Science | 擬似位相整合水晶の製造方法及び擬似位相整合水晶 |
| JP2018028633A (ja) * | 2016-08-19 | 2018-02-22 | 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 | パルス光発生装置 |
| JP2020201340A (ja) * | 2019-06-07 | 2020-12-17 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 波長変換装置 |
| EP4027194A4 (en) * | 2019-09-03 | 2023-09-13 | Inter-University Research Institute Corporation National Institutes of Natural Sciences | CRYSTAL ELEMENT, METHOD FOR PRODUCING IT AND OPTICAL VIBRATION DEVICE HAVING A CRYSTAL ELEMENT |
-
1998
- 1998-01-23 JP JP1089198A patent/JPH11212128A/ja not_active Withdrawn
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002071143A1 (fr) * | 2001-03-02 | 2002-09-12 | Nikon Corporation | Dispositif de source lumineuse, dispositifs d'illumination et d'exposition, et procede de production de dispositif |
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| US7206122B2 (en) | 2002-09-20 | 2007-04-17 | National Institute For Materials Science | Optical communication-use wavelength conversion device |
| WO2004027512A1 (ja) * | 2002-09-20 | 2004-04-01 | National Institute For Materials Science | 波長変換素子 |
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| JP4739655B2 (ja) * | 2003-03-14 | 2011-08-03 | 株式会社ニデック | 擬似位相整合波長変換素子及びその製造方法並びにこれを用いた医療レーザ装置 |
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| US11967932B2 (en) | 2019-09-03 | 2024-04-23 | Inter-University Research Institute Corporation National Institutes Of Natural Sciences | Crystal element, method for manufacturing same, and optical oscillation device including crystal element |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050405 |