(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体単結晶がＢａＢ2Ｏ4単結晶であり、光導波路が、その組成としてＢａ（Ｂ1-xＭｘ）2Ｏ4（ただし、ＭはＡｌまたはＧａで、０．０１＜Ｘ＜０．１５である）で示される非線形光学酸化物単結晶からなることを特徴とする高調波発生による波長変換用の光導波路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、光導波路とその製造方法に関するものである。さらに詳しくはこの出願の発明は、合分波器、波長／周波数選択フィルタ、光スイッチ、レーザ素子、および、非線形光学素子などの光学部品に有用な、高調波発生による波長変換用の光導波路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】
従来、光導波路の材料としては、Ｔｉ拡散法により作製されたＴｉ：ＬｉＮｂＯ３  が主として用いられており、このＴｉ：ＬｉＮｂＯ３  はＴｉのドーピングによる屈折率の増大を利用したものである。
しかしながら、ＴｉはＬｉＮｂＯ３  にとって不純物であり、そのため光損傷の大きな原因となっており、このＴｉ：ＬｉＮｂＯ３  からなる光導波路は、決して高性能なものとは言いがたかった。
【０００３】
また、最近においては、ＬｉＮｂＯ３  の代わりに波長変換用バルク単結晶として広く用いられているＢａＢ２  Ｏ４  を用いることも検討されてはいるものの、いまだに、適切なドーパントが報告されていないのが実情である。
そこでこの出願の発明は、以上の通りの従来技術の欠点を鑑みてなされたものであり、不純物をドーピングしたものではなく、光損傷がない高性能な新しい光導波路を提供することを課題としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、支持体単結晶がＢａＢ2Ｏ4単結晶であり、光導波路が、その組成としてＢａ（Ｂ1-xＭｘ）2Ｏ4（ただし、ＭはＡｌまたはＧａで、０．０１＜Ｘ＜０．１５である）で示される非線形光学酸化物単結晶からなる高調波発生による波長変換用の光導波路を提供する。
【０００５】
さらに、この出願の発明においては、前記の光導波路の製造方法であって、ＢａＢ２  Ｏ４  に、Ａｌ２  Ｏ３  、Ｇａ２  Ｏ３  、ＢａＡｌ２  Ｏ４  およびＢａＧａ２  Ｏ４  のいずれかからなるファイバーまたは線材を接触させ、８００〜９２０℃の温度範囲で反応拡散を行うことを特徴とする光導波路の製造方法をも提供する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は以上のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
まず最初に説明すべきことは、この発明の光導波路を構成する非線形光学結晶そのものは、この発明の発明者によりはじめて提供されたものであって、ＢａＢ２  Ｏ４  のＢの一部を元素Ｍ（ＭはＡｌまたはＧａ）で置換することにより、置換部分の屈折率が劇的に増大した非線形光学用酸化物単結晶を形成することに大きな特徴があり、その結果、レーザー素子や非線形光学素子などの光学分野において非常に有用な光損傷のない高性能な光導波路となる。
【０００７】
前記の元素ＭはＢと同じＩＩＩ族元素であるため、置換が容易であるとともに、元素ＭとＢは化学的性質が近く、置換による光損傷は、ほとんど無視できる。この発明の特徴について、より具体的に述べると、ア）ＢａＢ２Ｏ４のＢの一部を、ＡｌまたはＧａで置換することにより結晶の屈折率が増大し、ＢａＢ２Ｏ４との間の全反射が生じ、光が伝播される、光導波路においては、バルク単結晶と比較して位相整合をとることが容易で、光強度が大きくなる。また、イ）金属のＡｌまたはＧａを用いたのでは、これらの融点が低く、ＢａＢ２Ｏ４との反応拡散を起こすことがない、さらに、ウ）Ｂ，ＡｌおよびＧａは、同じＩＩＩ族元素があるために置換が容易で、反応拡散によりこの発明のＢａ（Ｂ１−ＸＭＸ）２Ｏ４（ただし、ＭはＡｌまたはＧａで、０．０１＜Ｘ＜０．１５）単結晶が製造できる。このとき、Ｘが０．０１以下では屈折率の増大が小さく、光導波路として充分なものではない。またＸが０．１５以上では、第２相の生成により光が散乱してしまう。またさらに、エ）８００〜９２０℃の温度範囲での反応拡散により、非線形光学活性な低温相のＢａ（Ｂ１−ＸＭＸ）２Ｏ４（ただし、ＭはＡｌまたはＧａで、０．０１＜Ｘ＜０．１５）単結晶の光導波路を製造することができる。このとき、反応拡散温度が８００℃未満では充分な反応拡散が起こらない。また、９２０℃を超えると高調波を発生しない高温相が生成してしまう。
【０００８】
この発明の高調波発生による波長変換用の光導波路は、例えば図１に示したものをひとつの態様としてしめすことができる。
すなわち、支持体単結晶（１）の一部に、この発明の単結晶光導波路（２）が形成されたものとすることができる。この場合、支持体単結晶（１）としては、ＢａＢ２  Ｏ４  などを例としてあげることができる。
【０００９】
光導波路（２）は、前記のとおり、組成が、Ｂａ（Ｂ１−ｘ  Ｍｘ  ）２  Ｏ４  （ただし、ＭはＡｌまたはＧａで、０．０１＜Ｘ＜０．１５）で示される非線形光学単結晶であって、この光導波路（２）の入射面（３）に波長ωの光を照射すると、出射面（４）からは、２ωの第２高調波が出射する。
もちろん、この発明の光導波路は、その具体的態様は、図１に限られることはない。
【００１０】
この発明の光導波路については、ＢａＢ２  Ｏ４  単結晶にファイバーあるいは線材を接触させ、８００〜９２０℃の温度範囲での反応拡散を行い、非線形光学用酸化物単結晶として製造することができる。
ファイバーや線材としては、Ａｌ２  Ｏ３  、Ｇａ２  Ｏ３  、ＢａＡｌ２  Ｏ４  およびＢａＧａ２  Ｏ４  のいずれかを用いることができる。
【００１１】
さらに、このＢａＢ２  Ｏ４  単結晶にＢａＡｌ２  Ｏ４  やＢａＧａ２  Ｏ４  等を接触させる代わりに、Ｂａ（Ｂ１−ｘ  Ｍｘ  ）２  Ｏ４  （ただし、ＭはＡｌまたはＧａで、０．０１＜Ｘ＜０．１５）を接触させて反応拡散させた場合も、同様の結果が得られる。
このＢａ（Ｂ１−ｘ  Ｍｘ  ）２  Ｏ４  の場合、元素Ｍの量により、光導波路の組成を制御することが可能である。
【００１２】
また、この発明では、位相整合が容易な光導波路ができることにより、デバイス要素の製造コストが低下し、さらに、反応拡散により製造できるので、光導波路形成コストも低いといった大きな利点が存在する。
以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発明について説明する。
【００１３】
【実施例】
実施例１
高周波加熱引上げ装置を用いて、直径、高さともに４０ｍｍのＰｔるつぼ内で、５０ｇの化学量論組成ＢａＢ２  Ｏ４  を大気中で融解（融点：１１００℃）し、直径１５ｍｍ、長さ３０ｍｍのＢａＢ２  Ｏ４  単結晶を製造した。製造した単結晶から、マルチワイヤーソーを用いて、長手方向がＣ軸となる１０×５×２０ｍｍの角柱を切り出した。
【００１４】
その単結晶角柱の表面をアセトンにて脱脂洗浄後、その表面に直径０．５ｍｍ、長さ２０ｍｍのＡｌ２  Ｏ３  ファイバーを乗せ、マッフルタイプ電気炉にて、反応拡散のため、大気中、８５０℃で５時間加熱した。
加熱炉、炉外に取りだしたところ、幅１ｍｍ、長さ２０ｍｍのＢａ（Ｂ０．９  Ｍ０．１  ）２  Ｏ４  単結晶光導波路が形成された。
【００１５】
この光導波路に波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザー光を照射したところ、図２に示すような、波長５３２ｎｍの第２高調波が出射されることを確認した。
また、ＢａＢ２  Ｏ４  単結晶にＡｌ２  Ｏ３  ファイバーを乗せる代わりに、Ｇａ２  Ｏ３  ファイバーを乗せて反応拡散させ、同様の光導波路を得た。
この光導波路に波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザー光を照射したところ、前記の場合同様に、波長５３２ｎｍの第２高調波が出射されることを確認した。
実施例２
高周波加熱引き上げ装置を用いて、直径、高さともに４０ｍｍのＰｔるつぼ内で、５０ｇの化学量論組成ＢａＢ２  Ｏ４  を大気中で融解（融点：１１００℃）し、直径１５ｍｍ、長さ３０ｍｍのＢａＢ２  Ｏ４  単結晶を製造した。
【００１６】
製造した単結晶から、マルチワイヤーソーを用いて、長手方向がＣ軸となる１０×５×２０ｍｍの角柱を切り出した。
単結晶角柱の表面をアセトンにて脱脂洗浄後、１ｍｍ角、長さ２０ｍｍの角棒状ＢａＡｌ２  Ｏ４  結晶を乗せ、マッフルタイプ電気炉にて、反応拡散のため、大気中、８５０℃で５時間加熱した。
【００１７】
加熱後、炉外に取りだしたところ、幅１ｍｍ、長さ２０ｍｍの光導波路が形成された。
この光導波路に波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザー光を照射したところ、波長５３２ｎｍの第２高調波が出射されることを確認した。
実施例１の場合と比較して、光導波路は狹い領域で形成され、光導波路内の組成も均一で、強度の強い光が得られた。
【００１８】
また同様に、ＢａＢ２  Ｏ４  単結晶に角棒状ＢａＡｌ２  Ｏ４  結晶を乗せる代わりに、角棒状ＢａＧａ２  Ｏ４  を乗せて反応拡散させ、同様の光導波路を得た。
この光導波路に波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザー光を照射したところ、前記の場合同様に、波長５３２ｎｍの第２高調波が出射されることを確認した。
さらに、このＢａＢ２  Ｏ４  単結晶に角棒状ＢａＡｌ２  Ｏ４  結晶および角棒状ＢａＧａ２  Ｏ４  を乗せる代わりに、Ｂａ（Ｂ１−ｘ  Ｍｘ  ）２  Ｏ４  （ただし、ＭはＡｌまたはＧａで、０．０１＜Ｘ＜０．１５）乗せて反応拡散させた場合も、同様の結果が得られた。
【００１９】
このＢａ（Ｂ１−ｘ  Ｍｘ  ）２  Ｏ４  の場合、元素Ｍの量により、光導波路の組成を制御することが可能であった。
比較例１
高周波加熱引き上げ装置を用いて、直径、高さともに４０ｍｍのＰｔるつぼ内で、５０ｇの化学量論組成ＢａＢ２  Ｏ４  を大気中で融解（融点：１１００℃）し、直径１５ｍｍ、長さ３０ｍｍのＢａＢ２  Ｏ４  単結晶を製造した。
【００２０】
製造した単結晶から、マルチワイヤーソーを用いて、長手方向がＣ軸となる１０×５×２０ｍｍの角柱を切り出した。
その単結晶角柱の表面をアセトンにて脱脂洗浄後、直径０．５ｍｍ、長さ２０ｍｍのＡｌ２  Ｏ３  ファイバーを乗せ、マッフルタイプ電気炉にて、反応拡散のため、大気中、９３０℃で５時間加熱した。この９３０℃という温度は、この発明の製造方法における温度範囲外のものである。
【００２１】
加熱後、炉外に取りだし、波長１０６２ｎｍのＹＡＧレーザー光を照射した。しかしながら、第２高調波は観察されなかった。
比較例２
高周波加熱引き上げ装置を用いて、直径、高さともに４０ｍｍのＰｔるつぼ内で、５０ｇの化学量論組成ＢａＢ２  Ｏ４  を大気中で融解（融点：１１００℃）し、直径１５ｍｍ、長さ３０ｍｍのＢａＢ２  Ｏ４  単結晶を製造した。
【００２２】
製造した単結晶から、マルチワイヤーソーを用いて、長手方向がＣ軸となる１０×５×２０ｍｍの角柱を切り出した。
その単結晶角柱の表面をアセトンにて脱脂洗浄後、直径０．５ｍｍ、長さ２０ｍｍのＡｌ２  Ｏ３  ファイバーを乗せ、マッフルタイプ電気炉にて、反応拡散のため、大気中、７９０℃で５時間加熱した。
【００２３】
この７９０℃という温度は、本発明の請求項で規定した温度範囲外である。
加熱後、炉外に取りだしたところ、わずかに反応拡散が生じていたが、断続的で、光導波路は形成されなかった。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳しく述べた通り、この発明によって、不純物をドーピングすることなく、置換による光損傷がない高性能な高調波発生による波長変換用の光導波路を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を例示した概略図である。
【図２】光導波路において発生した高調波スペクトルの強さを示した関係図である。なお、比較のために、１×１×２０ｍｍの角柱状Ｂａ（Ｂ０．５  Ａｌ０．５  ）２  Ｏ４  バルク単結晶にＹＡＧレーザー光を照射した場合に出射した第２高調波スペクトルもＢｕｌｋの表示のもとに示した。
【符号の説明】
１  支持体単結晶
２  単結晶光導波路
３  入射面
４  出射面
【図１】
0003554813.tif 000002
【図２】
0003554813.tif 000003