(57)【要約】      （修正有）【課題】紫外線レーザ光線もしくは、紫外線レーザ光線と可視レーザ光線との両方を出射主するレーザ装置を提供する。【解決手段】レーザ装置は、単結晶薄膜周波数倍化導波路構造の形で周波数倍化結晶へと繋がる可視レーザ光を生成する半導体レーザ装置を含む。単結晶薄膜周波数倍化導波路は、半導体レーザより出射される可視光の一部を紫外線光へと変換する。可視レーザ光と紫外線レーザ光との両方が、上記周波数倍化導波路から出射される。例えば、上記単結晶薄膜周波数倍化導波路は、β−ＢａＢ２Ｏ４（β−ＢＢＯ）から成る周波数倍化結晶領域、紫外線レーザ光線の波長において透過性を有する、あるいはほぼ透過性を有する物質から成るクラッド領域、および、あらゆる物質から成る支持基板を含む。【選択図】図１
2013088822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線光を提供するレーザ光源であって、
可視光を出射するように構成された半導体レーザ装置と、
単結晶薄膜を含む周波数倍化導波路とを備え、
上記周波数倍化導波路は、上記半導体レーザ装置に光学的に連結され、そこから出射される可視光を受光し、受光した当該可視光の少なくとも一部を紫外線光に変換するように構成されており、
上記周波数倍化導波路は、
単結晶非線形光学材料を含む周波数倍化領域と、
可視レーザ光線および紫外線レーザ光線の波長を有する光に対して、実質的に透過性を有する材料を含む第１のクラッド領域と、
支持基板とを備え、
上記第１のクラッド領域は、上記支持基板と上記周波数倍化領域との間に配されていることを特徴とするレーザ光源。
【請求項２】
上記半導体レーザ装置は、４００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の波長を有する可視光と、２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の波長に変換された上記紫外線光とを出射するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源。
【請求項３】
上記単結晶非線形光学材料は４０μｍ未満の厚さを有し、第１のクラッド層は１００ｎｍを越える厚さを有することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ光源。
【請求項４】
上記単結晶非線形光学材料はＢＢＯを含み、上記単結晶非線形光学材料が４０μｍ未満の厚さを有している方向は、＜２−１−１０＞ＢＢＯ結晶方向から５度未満離れていることを特徴とする請求項３に記載のレーザ光源。
【請求項５】
上記単結晶薄膜は、上記単結晶薄膜の主面を形成する少なくとも１つの研磨面を含み、上記ＢＢＯ結晶方向は、上記少なくとも１つの研磨面の平面に平行ではないことを特徴とする請求項４に記載のレーザ光源。
【請求項６】
上記単結晶非線形光学材料はＢＢＯを含み、上記ＢＢＯのウエハーの第１の研磨面の平面に垂直な方向は、ＢＢＯ結晶の［０００１］方向からの角度α＝（９０−θ）°において、θ＞３５°としたとき、３度以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項７】
上記単結晶非線形光学材料はＢＢＯを含み、上記ＢＢＯのウエハーの第１の研磨面の平面に垂直な方向は、ＢＢＯ結晶の［０００１］方向からの角度α＝（９０−θ）°において３度以下であり、度で測定されるθは、半導体の上記レーザ光源のｎｍで測定される波長λ１により、
【数１】
2013088822.tif 000009
で定義され、
λ１が４１０ｎｍ≦λ１＜４１１ｎｍであるとき、ａ５＝０、ａ４＝０．１８８１０２８０８６６４５５３、ａ３＝−３０９．１９４８４０８０４５８１、ａ２＝１９０５９０．５２２０１１７２３、ａ１＝−５２２１４２０７．６９６３８２１、ａ０＝５３６４２４０３０８．２５２６５であって、
λ１が４１１ｎｍ≦λ1≦４４０ｎｍであるとき、ａ５＝−０．０００００１７６０７０５１０６、ａ４＝０．００３７７４７６２７７７５３、ａ３＝−３．２３６９８４６８９４１７４２、ａ２＝１３８７．８８０１６７０７９３２、ａ１＝−２９７５２７．２３０８０９６７８、ａ０＝２５５１２９０２．６０４１８６７であって、
λ１が４４０ｎｍ＜λ１≦５６０ｎｍであるとき、ａ５＝−０．０００００００００３３３８８６、ａ４＝０．００００００８７３６２５７１９、ａ３＝−０．０００９１６３３１５２８８８４、ａ２＝０．４８２１３０８３９８５６２９１、ａ１＝−１２７．５２２８８２１９０７８、ａ０＝１３６５４．８４４８７２７９２２であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項８】
上記第１のクラッド領域は、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＬａＦ３ＡｌＦ３、ＧａＦ３、ＮＯＡ８８、ＣＹＴＯＰ、およびフッ素重合体からなる材料のグループから選択された材料を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項９】
上記クラッド領域は、上記可視光および上記紫外線光の両方の波長において、０．０５未満の減衰係数（ｋ）を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項１０】
上記単結晶非線形光学材料は、ベータホウ酸バリウム（Ｂｅｔａ−Ｂａｒｉｕｍ  Ｂｏｒａｔｅ、ＢＢＯ）、フルオロホウ酸ベリリウム酸カリウム（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ  ｆｌｕｒｏｂｏｒａｔｏｂｅｒｙｌｌａｔｅ）、四ホウ酸リチウム（ｌｉｔｈｉｕｍ  ｔｅｔｒａｂｏｒａｔｅ）、四ホウ酸リチウムルビジウム（ｌｉｔｈｉｕｍ  ｒｕｂｉｄｉｕｍ  ｔｅｔｒａｂｏｒａｔｅ）、または、フッ化マグネシウムバリウム（ｍａｇｎｅｓｉｕｍ  ｂａｒｉｕｍ  ｆｌｕｏｒｉｄｅ）のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項１１】
上記単結晶非線形光学材料は、疑似位相整合周波数倍化材料であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項１２】
上記周波数倍化導波路は、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の可干渉距離による周波数倍化を提供するように構成されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項１３】
上記周波数倍化導波路は、上記周波数倍化導波路の長さよりも長い、周波数倍化のための可干渉距離を提供するように構成されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項１４】
上記レーザ光源は、上記半導体レーザ装置と上記周波数倍化導波路との間に光学的に配置された少なくとも１枚のレンズをさらに含み、上記少なくとも１枚のレンズは、上記半導体レーザ装置から出射された光を集光し、集光された上記光の焦点を上記周波数倍化導波路へと合わせるように構成されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項１５】
上記半導体レーザ装置からの光は、上記周波数倍化導波路に直接繋がることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項１６】
上記周波数倍化導波路は、周波数倍化リッジ導波路を含むことを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項１７】
上記周波数倍化導波路は、周波数倍化平面導波路を含むことを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項１８】
上記周波数倍化導波路は、周波数倍化平面導波路または周波数倍化リッジ導波路のうち少なくとも１つを含み、上記単結晶薄膜は、主面を有するＢＢＯを含み、ＢＢＯ＜０１−１０＞の結晶方向は、上記主面に垂直な方向から５度未満であり、ＢＢＯ［０００１］の結晶方向は、上記主面の平面に位置することを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項１９】
上記レーザ光源は、上記半導体レーザ装置により出射される上記光の波長範囲を狭くするように構成された２色性部材をさらに含むことを特徴とする請求項１から１８のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項２０】
上記レーザ光源は、上記半導体レーザ装置により出射された光から、周波数倍化による紫外線光を分離するように構成されたビーム分離部材をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載のレーザ光源。
【請求項２１】
上記２色性部材は、
上記半導体レーザ装置から出射された光と同じ経路に沿って、格子から回折した光線が後ろから通るように配向された回折格子か、
または、光の異なる波長に対して異なる反射率を有する鏡のうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１９また２０に記載のレーザ光源。
【請求項２２】
上記２色性部材は、
光学的に上記周波数倍化導波路の出口に連結しているか、
光学的に上記半導体レーザ装置と上記周波数倍化導波路との間に配置されているか、
または、上記半導体レーザ装置のファセットへと光をフィードバックするように配置されているかのうち、
少なくとも１つであることを特徴とする請求項１９から２１のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項２３】
上記半導体レーザ装置は、一体となって上記半導体レーザ装置に統合された周期構造を含み、
上記周期構造は、上記半導体レーザ装置から出射された光に、ファブリー・ペローの半導体レーザから出射された光よりも狭い波長範囲を含ませるように構成されていることを特徴とする請求項１から２２のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項２４】
上記レーザ光源は、上記半導体レーザ装置に連結する温度制御部材をさらに備え、
上記温度制御部材は、上記半導体レーザ装置の温度を補正するように構成されていることを特徴とする請求項１から２３のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項２５】
上記半導体レーザ装置および上記周波数倍化導波路のうち少なくとも１つは、密封包装に封入されており、上記可視光および上記紫外線光は、上記密封包装における透過性を有する窓領域を通って出射されることを特徴とする請求項１から２４のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項２６】
上記レーザ光源の紫外線出力は、０．０１ｍＷ以上５００ｍＷ以下であることを特徴とする請求項１から２５のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項２７】
上記レーザ光源は、紫外線光と可視光との両方を出射するように構成されていることを特徴とする請求項１から２６のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項２８】
上記半導体レーザ装置は、半導体レーザダイオードであることを特徴とする請求項１から２７のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項２９】
上記周波数倍化導波路に入光する光の支配的な極性は、上記単結晶非線形光学材料と第１のクラッド層との間の接触面に垂直な電界を有することを特徴とする請求項１から２８のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項３０】
上記周波数倍化導波路に入光する光の支配的な極性は、上記単結晶非線形光学材料と第１のクラッド層との間の接触面に平行な電界を有することを特徴とする請求項１から２９のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項３１】
紫外線光を生成する周波数倍化導波路の製造方法であって、上記周波数倍化導波路は周波数倍化領域を含み、
上記周波数倍化領域の面に、可視レーザ光線および紫外線レーザ光線の波長を有する光に対して実質的に透過性を有する材料を含むクラッド領域を設ける工程と、
基板に上記クラッド領域を設ける工程と、
上記周波数倍化領域をラッピングおよび研磨し、単結晶非線形光学材料の薄膜を形成する工程と、
上記薄膜をエッチングし、リッジ型導波路構造を形成する工程とを含むことを特徴とする製造方法。
【請求項３２】
紫外線光を生成する周波数倍化導波路の製造方法であって、上記周波数倍化導波路は周波数倍化領域を含み、
上記周波数倍化領域の面に、可視レーザ光線および紫外線レーザ光線の波長を有する光に対して実質的に透過性を有する材料を含むクラッド領域を設ける工程と、
基板に上記クラッド領域を設ける工程と、
上記周波数倍化領域をラッピングおよび研磨し、単結晶非線形光学材料の薄膜を形成する工程と、
上記基板、上記クラッド領域、および上記周波数倍化領域をダイシングし、平面導波路構造を形成する工程とを含むことを特徴とする製造方法。
【請求項３３】
上記薄膜のエッチングは、第１のクラッド層と同じ上記材料でできているエッチマスク層の使用を含むことを特徴とする請求項３１または３２に記載の製造方法。
【請求項３４】
上記エッチマスク層の使用は、リッジ型導波路構造の最上部に、最上部のコーティング層として上記エッチマスク層を保持すること含むことを特徴とする請求項３３に記載の製造方法。
【請求項３５】
上記単結晶非線形光学材料を形成する工程は、ベータホウ酸バリウム（Ｂｅｔａ−Ｂａｒｉｕｍ  Ｂｏｒａｔｅ、ＢＢＯ）から上記単結晶非線形光学材料を形成する工程を含むことを特徴とする請求項３１から３４のいずれか１項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は紫外線レーザ光を出射する装置、特に、可視レーザ光を紫外線レーザ光に変換する周波数倍化導波路型の光学部材を備えた装置と周波数倍化導波路の製造工程に関する。上記装置は、水の殺菌処理のために設計される製品の光源として利用できる。
【背景技術】
【０００２】
清潔かつ安全な呼吸のための空気および飲料水の需要は絶えず増大しており、世界の至る所、とりわけ、人口の多い国または地域で増大している。小型のソリッドステートの深紫外線（ｄｅｅｐ  ＵＶ）の光源の主要かつ大量な用途は、空気または水を化学薬品を使用せずに殺菌することである。深紫外線光（波長が２８０ｎｍより短い短波長紫外線の範囲にある光）は、効率的に、細菌、ウイルス、および菌類が複製することを防ぐ永久的な物理的損傷をＤＮＡに生じさせる。このことは、深紫外線による処理は、安全な呼吸または飲料のために空気または水を使用時点で殺菌することに利用できるということを意味する。特に、深紫外線は大腸菌の破壊に効果的である。また、深紫外線は表面殺菌に利用することができる。
【０００３】
また、深紫外線光は、水に存在する溶解有機化合物等の化学汚染の毒性を減らすために使用でき、それにより、水を飲料用に安全にすることができる。この場合、深紫外線光は、上記溶解有機化合物をより危険性の少ないまたは無害の副生成物に分解する光触媒酸化反応を生じさせる。２３０ｎｍよりも短い波長を有する深紫外線光において、上記光触媒酸化反応は最も効果的に生じる。
【０００４】
また、小型のソリッドステートの深紫外線光源は、生物学的かつ化学的な検出の用途を有する。なぜなら、生物学的かつ化学的な化合物は、深紫外線を強く吸収するためである。タンパク質および他の有機化合物はそれらの蛍光周波数帯から特定することができる。蛍光測定は、化合物が強く吸収する短波長の光の照度と、より長い波長において得られる蛍光の検出を必要とする。２８０ｎｍ近傍の波長が適切であるが、２２０ｎｍより短い波長は、この波長においてより深吸光度を有するため、さらに望ましい。
【０００５】
使用時点における水および空気の紫外線処理を行う製品は既に利用可能となっており、これらの製品は紫外線光源として水銀灯を利用している。しかしながら、水銀灯は有害物質を含み、動作する耐用年限が短く起動時間が長い傾向にあり、高い駆動電圧を必要とする。さらに、水銀灯から出射される紫外線光は、広範囲の方向に出射され、比較的広い領域から出射される。このことは、狭い領域に効果的に焦点を合わせることができない、あるいは、平行ビームではないということを意味する。
【０００６】
紫外線光源に代わるものとして現在開発中のものは、紫外線発光ダイオード（ＵＶ  ＬＥＤ）である。現時点における紫外線発光ダイオードを利用する欠点の１つは、動作する耐用年限が短いこと、および、平行ビームまたはしっかりと焦点の合った光点を提供するために効率的に焦点を合わせることができないことである。加えて、紫外線発光ダイオードの性能は２６０ｎｍより短い波長では、非常に悪い。それゆえ、これらの装置は上記の２６０ｎｍより短い波長を有する光源から得られる恩恵を受けるには不十分である。
【０００７】
深紫外線レーザは、効率的に平行ビームへと集光されるか、または、狭い領域に焦点を合わせられる、速やかに調節できる単色の干渉性ビームを提供することができる（例えば、蛍光測定において必要となるように）。しかしながら、２８０ｎｍより短い放射波長を有する既存のレーザは、産業用に設計されたガスレーザのように、非常に高額な部材である。２８０ｎｍより短い放射波長を有する半導体レーザは製造されていない。
【０００８】
非特許文献１で初めて報告されたように、深紫外線光は、適切な非線形光学材料（例えば、一般にＢＢＯとして知られるベータホウ酸バリウム）の内部で可視レーザ光線を周波数倍化することにより実現できる。可視光は非線形光学材料に焦点が合わせられ、上記光は第２調和生成（second harmonic generation、ＳＨＧ）工程により周波数倍化（ＦＤ）される。ＳＨＧ工程は、可視入射光を、当該入射光の半分の波長を有する光に変換する。周波数倍化された上記光はレーザより出射された光と同様の特性を有し、先行技術では、“レーザ光”と一般的に表記されている。また、先行技術では、周波数倍化された光を出射する装置は“レーザ”と一般的に表記されている。ここで、”レーザ光”という用語は、レーザ装置から出射される光に由来する周波数倍化された光と共に、レーザ装置から出射される光も含む。さらに、“レーザ光源”は、放射線の誘導放出による光増幅を提供する光源より出射された光を周波数倍化する装置と共に、紫外線の誘導放出による光増幅を提供する光源も含む。このようにしてＢＢＯを用いて製造された周波数倍化紫外線レーザは、２０５ｎｍという短い波長を出射すように製造できる。
【０００９】
非特許文献２において、ＢＢＯを用いた紫外線レーザの製造、および、ポンプ（ｐｕｍｐ）可視レーザ光線を生成する青紫半導体レーザダイオードの使用に関する報告が初めてなされた。この方法の潜在的な利点は、青紫半導体レーザダイオードが、小型かつ低価格な部材であるということである。しかしながら、青紫半導体レーザから出射される光は比較的弱いため、ＢＢＯにおけるＳＨＧ工程は低効率で生じる。このため、効率性を改善するためにＢＢＯ部材を介して青色光を再循環させるための複雑な光学系を使用したとしても、まだ非特許文献２で得られる紫外線出力は低いものとなる。それゆえ、上記方法は、上述した用途のための低価格かつ高出力な紫外線光源を製造する方法としては適切ではない。最も新しく言及されたいずれの２つの先行技術の構成も、周波数倍化導波路を利用することは議論していない。
【００１０】
周波数倍化の効率性を向上させるために用いられてきた方法の１つは、周波数倍化導波路を使用することである。周波数倍化導波路は、ポンプ光および周波数倍化された光が非線形光学材料を通過したとき、狭い断面積に制限するように設計される。該光は制限され、非線形光学材料と周囲の物質（または、気体）との間の境界における内部反射により、非線形光学材料に沿って導光される。当該周囲の物質は異なる屈折率を有する。該光の伝播方向に垂直な１つの次元において、該光は制限されてもよい。これは、一般的に、“平面”導波路として言及される。その代わりに、“チャネル”あるいは“リッジ”導波路のいずれかにおいて、該光の伝播方向に垂直な２つの次元において、該光は制限されてもよい。光を狭い領域に制限することにより、ＳＨＧ工程の効率性を著しく向上させることができる。周波数倍化導波路を使用した最初の報告は、基板に蒸着された非線形かつ光学的な薄膜の形態で、特許文献１（米国特許第３５８４２３０号明細書（ティエン、１９７１年６月８日））に開示されている。特許文献１は可視半導体レーザを使用しておらず、また、周波数倍化（ＦＤ）導波路の材料としてＢＢＯを使用していない。このため、特許文献１は、紫外線レーザの製造方法を提供していない。特に、先行技術では、ＢＢＯ基板へのホモエピタキシャル蒸着以外に、高品質な単結晶ＢＢＯ薄膜を基板上に蒸着する方法は知られていない。ホモエピタキシャル蒸着は、導波路で必要となる、蒸着されたＢＢＯ層に対する屈折率を提供しない。それゆえ、この方法は、深紫外線レーザのための高品質な導波路を製造するのに適していない。
【００１１】
拡散、プロトン交換、または転移の従来の方法を用いて、結晶内部に対する屈折率を生成することにより、大量の非線形光学結晶の内部で導波路は形成される。特許文献２（米国特許第４４２７２６０号明細書（プエシュ等、１月２４日、１９８４））は、Ｎｉ拡散を用いて形成されるＦＤ導波路を半導体レーザによりポンプする非線形光学装置の発明について記載している。特許文献２はＢＢＯの使用についても、深紫外線波長への周波数倍化に適した他のあらゆる非線形材料の使用についても論じていない。深紫外線レーザの使用に適した高品質な導波路を形成するために、拡散が使用可能であることは明らかにしていない。そのうえ、この特許文献２は、光を強く制限する導波路を製造するのに必要となる非線形結晶と構成が著しく異なるクラッド層を備えていない。非特許文献３、特許文献３（米国特許第４９５１２９３号明細書（ヤマモト等、８月２１日、１９９０年））、非特許文献４では、Ｔｉ拡散、陽子変換、転移を用いたＦＤ導波路の構成について報告されている。後者は、ＢＢＯを利用する報告であるが、非線形結晶のクラッド層と著しく構成が異なるクラッド層を備えたものはない。さらに、導波路を製造するためのこれらの方法は非常に短い波長（２８０ｎｍより短い波長等）の紫外線光に対して高い吸収損失が残る傾向がある。
【００１２】
特許文献４（米国特許第５１７５７８４号明細書（エノモト等、１２月２９日、１９９２年））では基盤上の非線形光学薄膜蒸着により製造されるＦＤ導波路の構造と、その後、リッジ構造にエッチングすることが記載されている。ＢＢＯはいくつかの例として与えられている。しかしながら、特許文献４では、導波路に必要な蒸着されたＢＢＯ層に対する屈折率を提供しないＢＢＯ基盤のホモエピタキシャル蒸着以外に、高品質の単結晶ＢＢＯ薄膜を基盤に蒸着する方法は知られていない。それゆえ、この方法は深紫外線レーザのための高品質な導波路を製造する方法には適していない。
【００１３】
非特許文献５では、ヘリウムイオンの蒸着およびドライエッチングを利用した、ＢＢＯ結晶における周波数倍化リッジ導波路の形成について報告されている。導波路を用いて可視レーザ線の周波数倍化することによる紫外線レーザの生成もまた報告されている。蒸着されたヘリウムイオンは、層と表面との間の結晶よりもわずかに低い屈折率を有する結晶の最上部の表面の下に数マイクロメートルの薄い層を形成する。光は、最上部の表面と打込層の間の結晶内に制限される。導波路を形成するために蒸着を利用することは、大きな不利点が存在する。特に、打込層とＢＢＯ結晶との屈折率は比較的弱い。これは、光が導波路の外に漏れ得るということを意味する。また、打込層と表面の間のＢＢＯ結晶は打ち込み工程中に損傷を受け、紫外線の出力を減少させ、非常に短い波長（例えば、２８０ｎｍより短い波長）を有する紫外線光の吸収損失を上昇させる傾向がある。非特許文献５の導波路を用いる可視レーザが、大きくて高価な産業用レーザであることは、この方法のさらなる欠点である。
【００１４】
２つの先行技術では、非線形光学材料の大きな結晶から薄膜ＦＤ導波路を製造するラッピング工程および研磨工程の使用について記載されている。非特許文献６は、溶融石英基板に光学的に接着された、あるいは設けられたＢＢＯ結晶を研磨することにより、薄膜導波路が製造できることについて言及している。この提案は、導波路設計における重要な考慮、すなわち、周波数倍化された光の光吸収損失を最小限にすることを無視している。効率的な導波路は、導波路の非線形光学材料の核を取り囲む材料が導波路の光の弱い吸収を有することを必要とする。最も強く吸収されるのは深紫外線光である（すなわち、２８０ｎｍより短い波長）。これは、特に、ＢＢＯ結晶を溶融石英基板に設けるのに用いられる接着剤および封入材料における、大部分のケースである。その結果、非特許文献６の提案により製造されたＢＢＯ薄膜は、紫外線レーザ波長の高い吸収損失と、それゆえに、低い効率性とを有する。さらに、深紫外線光の吸収は、材料の劣化や導波路部材の耐用年限が短いという結果を導く。特許文献５（米国特許第６６３１２３１号明細書（ミズウチ等、８月７日、２００３年））では、ＦＤ結晶を基板に接着することで製造された光学導波路部材と、領域を覆うような接着作用が開示されている。特許文献５では、ＢＢＯへの言及はなされておらず、深紫外線レーザ光を生成することについても言及されていない。
【００１５】
特許文献６（米国特許第５１２３７３１号明細書（ヨシナガ等、６月２３日、１９９２年））は、周波数倍化紫外線レーザ光線と、半導体レーザより生成される他のレーザ光線との両方を出射するレーザ源について開示している。周波数倍化導波路の利用もまた開示されている。特許文献６は、可視半導体レーザの利用については言及しておらず、導波路の製造方法の詳細についても全く詳細を与えていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】米国特許第３５８４２３０号明細書
【特許文献２】米国特許第４４２７２６０号明細書
【特許文献３】米国特許第４９５１２９３号明細書
【特許文献４】米国特許第５１７５７８４号明細書
【特許文献５】米国特許第６６３１２３１号明細書
【特許文献６】米国特許第５１２３７３１号明細書
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】ＩＥＥＥ量子エレクトロニクス雑誌ＱＥ−２２、Ｎｏ７（１９８６）
【非特許文献２】ニシムラ他、ＪＪＡＰ４２、５０７９（２００３）
【非特許文献３】ＡＰＬ４１、７、ｐ６０７（１９８２）
【非特許文献４】ＡＰＬ８５、９、１４５７（２００４）
【非特許文献５】ＡＰＬ８９  ０４１１０３（２００６）
【非特許文献６】ＰｈＤ学術論文ＥＴＨ、Ｎｏ１７１４５（２００７）、デッリイノチェンティ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、４００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲の光を出射する半導体レーザからの紫外線レーザ光を提供することである。
【００１９】
本発明の他の目的は、周波数倍化導波路を利用して半導体レーザからの紫外線光を生成することである。
【００２０】
本発明のさらに他の目的は、半導体レーザから紫外線光と可視光との両方を生成することである。
【００２１】
本発明のこれらの目的およびその他の目的は、以下の開示から明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
周波数倍化導波路と連結させ、必要に応じて深紫外線光を周波数倍化により生成する、４００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の波長範囲を有する半導体レーザを用いる先行技術の例は存在しない。
【００２３】
周波数倍化により生成された紫外線レーザを用いることの利点は、装置が紫外線レーザ光と可視レーザ光の一部との両方を出射できるという点である。特に、可視レーザ光線は深紫外線光とは異なり肉眼で見ることができるため、安全性の観点から有用である。
【００２４】
本発明に係る装置および方法は、レーザ光源が可視光および紫外線光の両方を同時に提供することを可能にする。
【００２５】
本発明のコンセプトは図１に示されており、４００ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲の波長（λ１）を有する可視レーザ光を生成する半導体レーザダイオード１４を含み、該可視レーザ光は、単結晶薄膜周波数倍化導波路１５へと繋がる。単結晶薄膜周波数倍化導波路は、半導体レーザより出射された光の位相整合による周波数倍化を提供することが望ましい。一例としては、単結晶薄膜はβ−ＢａＢ２Ｏ４である。周波数倍化導波路は可視レーザ光線の一部を２００ｎｍ〜２８０ｎｍの範囲の波長（λ２）を有する紫外線光へと変換する。可視光および紫外線光の両方は、周波数倍化導波路から同時に出射される。
【００２６】
単結晶薄膜周波数倍化導波路構造は、以下の工程を含むステップを用いて製造される。
（１）周波数倍化単結晶ウエハーの１つの表面にクラッド層３を設ける（ａｐｐｌｙｉｎｇ）工程。上記クラッド層の材料は、半導体レーザダイオードより出射される光に対して、また、周波数倍化による紫外線光に対して、透過性を有するか、あるいはほぼ透過性を有する。
（２）上記クラッド層を有する上記表面を支持基板４に設ける工程。
（３）上記周波数倍化単結晶の対面をラッピングおよび研磨し、薄膜（４０μｍ未満の厚さ）を形成する工程。
（４）上記周波数倍化単結晶薄膜の研磨された面に対して任意でパターニングおよびエッチングを行い、リッジ型導波路構造を形成する工程。
（５）上記半導体レーザダイオードからの光が上記導波路へと繋がるように、かつ、上記半導体レーザダイオードからの光および周波数倍化による紫外線光が上記導波路の外へと繋がるようにファセットを研磨する工程。
【００２７】
本発明に係る装置および方法の効果は、以下を含む。
（ａ）単結晶薄膜周波数倍化導波路に沿って半導体レーザからの可視光および紫外線光を制限することにより、可視光から深紫外線光への変換効率が極めて向上する。上記導波路は少なくとも光線が伝播する方向に垂直な１次元において小サイズかつ高品質な単結晶であり、また、可視光および紫外線光の両方に対する吸収損失が低いため、高い効率性を提供する。
（ｂ）上記導波路の製造プロセスは単純化され、複雑なイオン注入あるいは他の実験技術を用いる必要性に取って換わる。また、サイズにおいて、上記製造プロセスはより大きなサイズの導波路への拡張性がある。
（ｃ）上記レーザシステムは既存の深紫外線レーザよりも低コストかつ小サイズである。
（ｄ）可視レーザ光線および紫外線レーザ光線の両方が同じ光源より提供される。それゆえ、装置のサイズおよび電力消費は小さくなる。
（ｅ）特に、可視レーザ光線は、深紫外線光とは異なり肉眼で見ることができるため、安全性の観点から有用である。
（ｆ）細菌をすみやかに破壊し、細菌の蛍光を強く活性化させ、汚染された空気または水において強く吸収される紫外線レーザ波長の高い有効性。
（ｇ）高速かつ効率的な扱いによる、極めて平行かつ堅く焦点の合ったレーザ光線を使用し、空中または水上の微生物から高い感知シグナルを取得する。
【００２８】
本発明の一態様によれば、レーザ光源は紫外線光を提供し、可視光を出射するように構成された半導体レーザ装置と、単結晶薄膜を含む周波数倍化導波路とを備え、上記周波数倍化導波路は、上記半導体レーザ装置に光学的に連結され、そこから出射される可視光を受光し、受光した当該可視光の少なくとも一部を紫外線光に変換するように構成されており、上記周波数倍化導波路は、単結晶非線形光学材料を含む周波数倍化領域と、可視レーザ光線および紫外線レーザ光線の波長を有する光に対して、実質的に透過性を有する材料を含む第１のクラッド領域と、支持基板とを備え、上記第１のクラッド領域は、上記支持基板と上記周波数倍化領域との間に配されている。
【００２９】
本発明の一態様によれば、紫外線光を生成する周波数倍化導波路の製造方法であって、上記周波数倍化導波路は周波数倍化領域を含み、上記方法は、上記周波数倍化領域の面に、可視レーザ光線および紫外線レーザ光線の波長を有する光に対して実質的に透過性を有する材料を含むクラッド領域を設ける工程と、基板に上記クラッド領域を設ける工程と、上記周波数倍化領域をラッピングおよび研磨し、単結晶非線形光学材料の薄膜を形成する工程と、上記薄膜をエッチングし、リッジ型導波路構造を形成する工程とを含む。
【００３０】
本発明の一態様によれば、紫外線光を生成する周波数倍化導波路の製造方法であって、上記周波数倍化導波路は周波数倍化領域を含み、上記方法は、上記周波数倍化領域の面に、可視レーザ光線および紫外線レーザ光線の波長を有する光に対して実質的に透過性を有する材料を含むクラッド領域を設ける工程と、基板に上記クラッド領域を設ける工程と、上記周波数倍化領域をラッピングおよび研磨し、単結晶非線形光学材料の薄膜を形成する工程と、上記基板、上記クラッド領域、および上記周波数倍化領域をダイシングし、平面導波路構造を形成する工程とを含む。
【００３１】
上述の目的および関連する目的を達成するために、本発明は以下で十分に説明される特徴、特に、請求項に示される特徴を備えている。以下の説明および添付の図面は、本発明のある模範的な実施形態について詳細に説明している。しかしながら、これらの実施形態は示唆であり、さまざまな方法の少数において本発明の原理が採用されてもよい。本発明の他の目的、効果、および新しい特徴は、以下の本発明の詳細な説明から図面と併せて考慮したときに明白となる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る装置および方法は、例えば、４００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下といった、より長い波長を有する半導体レーザダイオードを用いて、効率性の高い紫外線レーザ光を生成することを可能にする。このことは、レーザ光生成装置が、深紫外線光線と可視光線との両方を出射することを可能にする。特に、可視レーザ光線は深紫外線光とは異なり肉眼で見ることができるため、安全性の観点から有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る模範的な紫外線レーザの基本的な概念を示す図である。
【図２】周波数倍化導波路の模範的な製作工程を示す図である。
【図３】本発明に係る模範的な単結晶薄膜周波数倍化平面導波路を示す図である。
【図４】本発明に係る模範的な単結晶薄膜周波数倍化リッジ導波路を示すである。
【図５】本発明により同時に提供される実際のレーザ光出力の例である。
【図６】本発明に係る模範的な紫外線レーザの部材構成の平面図である。
【図７】本発明の一実施形態に用いられるＢＢＯ単結晶の方向を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る紫外線レーザの部材構成の側面図である。
【図９】本発明の他の実施形態に用いられるＢＢＯ単結晶の方向を示す図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態に用いられるＢＢＯ単結晶の方向を示す図である。
【図１１】本発明のさらに他の実施形態に用いられるＢＢＯ単結晶の方向を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る紫外線レーザの部材構成の平面図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る紫外線レーザの部材構成の平面図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係る紫外線レーザの部材構成の平面図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る紫外線レーザの部材構成の平面図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係る紫外線レーザの部材構成の平面図である。
【図１７】本発明の一実施形態に係る紫外線レーザの部材構成の平面図である。
【図１８】本発明の一実施形態に係る紫外線レーザの部材構成の平面図である。
【図１９】可視半導体レーザより出射される光の異なる波長（λ１）における好ましいθの近似値のリストである。
【図２０】六角形単位格子の図式表現である。
【図２１】六角形単位格子の方向を示す図式表現である。
【図２２】ＢＢＯの六角形単位格子の原子の位置の図式表現である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明に係る装置は少なくとも紫外線光のレーザ光源であり、可視光と紫外線光との両方を同時に提供することが望ましい。紫外線波長光は半導体レーザダイオードなどの半導体レーザ装置から出射される可視レーザ光を周波数倍化することにより提供される。周波数倍化は、単結晶薄膜周波数倍化導波路の形で非線形光学結晶を使用することにより達成される。半導体レーザは４００〜５６０ｎｍの範囲の波長λ１の可視光を出射する。半導体レーザは、一般的に、狭い範囲（例えば、波長の中心から±０．５ｎｍの範囲）の光を出射するが、便宜上、以下では単波長λ１において生じる出射について説明する。半導体レーザより出射される光は単結晶薄膜周波数倍化導波路へと光学的に繋がる。波長λ１の光の一部は、λ２＝λ１／２の波長に周波数倍化された光に変換される。例えば、半導体レーザより出射される光が波長λ１＝４５０ｎｍを持つ場合、周波数倍化された光は波長λ２＝２２５ｎｍを有し、深紫外線となる。上記装置は半導体レーザから出射される光の一部と、周波数倍化された光の一部とを出射する。周波数倍化による紫外線光の出力は、０．０１ｍＷ以上５００ｍＷ以下の範囲とすることができる。
【００３５】
図２は、本発明に係る適切な非線形光学単結晶から、単結晶薄膜周波数倍化導波路構造を製造する全ステップを示す。この例ではＢＢＯ（β‐ＢａＢ２Ｏ４）単結晶が非線形光学単結晶として用いられている。しかしながら、４００ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲の波長λ１を有し、半導体レーザダイオードより出射される光を強く吸収せず、２００ｎｍ〜２８０ｎｍの範囲の波長λ２＝λ１／２に周波数倍化された光を強く吸収しないならば、他のあらゆる非線形光学単結晶が利用されてよい。他の非線形光学結晶の例は、フルオロホウ酸ベリリウム酸カリウム（ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２、ＫＢＢＦ）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７、ＬＢ４）、四ホウ酸リチウムルビジウム（ＬｉＲｂＢ４Ｏ７、ＬＲＢ４）、および、フッ化マグネシウムバリウム（ＭｇＢａＦ４）を含む。また、この一覧に含まれない他の非線形光学結晶を用いてもよい。他の方法として、波長λ１およびλ２を有する光を強く吸収しないならば、単結晶から製造された、あるいは単結晶に蒸着された、疑似位相整合（ＱＰＭ）周波数倍化材料を用いてもよい。例えば、ＱＰＭクォーツを使用してもよい。
【００３６】
非線形光学単結晶から製造された導波路は、長い可干渉距離（少なくとも１ｎｍ、最も好ましくは、少なくとも２０ｎｍ）による周波数倍化を提供できることが望ましい。周波数倍化のための上記可干渉距離ＬＣは、
【００３７】
【数１】
2013088822.tif 000003
【００３８】
に従って定義される。λ１は半導体レーザより出射される光の波長である。
【００３９】
【数２】
2013088822.tif 000004
【００４０】
は、入射光（波長λ１）が伝播する導波路モードの有効屈折率であり、また、
【００４１】
【数３】
2013088822.tif 000005
【００４２】
は、周波数倍化された光（波長λ２＝λ１／２）が伝播する導波路モードの有効屈折率である。周波数倍化のための可干渉距離は、周波数倍化導波路の長さよりも長いことが望ましい。本開示において、“位相整合された”という用語は、周波数倍化のための可干渉距離が、導波路の長さよりも長いという条件を言及するために用いられる。
【００４３】
上記ステップは以下の通りである。
【００４４】
（ステップ１）
９ｍｍ×９ｍｍ×０．５ｍｍの典型的な寸法（あるいは、特定の用途において必要となるような別の寸法）を有する商業的に調達された単結晶ＢＢＯウエハー１は、単結晶の主面のうちの１つ（すなわち、９ｍｍ×９ｍｍの２つの面のうちの１つ）において、鏡状の平面度（ｍｉｒｒｏｒ−ｌｉｋｅ  ｆｌａｔｎｅｓｓ）に機械的にラッピングおよび研磨される。これは、第１の研磨面２について言及している。導波路の製造が完成したとき、半導体レーザダイオードより出射される光の位相整合による周波数倍化を該導波路が提供するように、第１の研磨面の方向が選択される。好適には、導波路の製造が完成したとき、位相整合された導波路における周波数倍化のための非線形係数が最大値となるように、第１の研磨面の方向が選択されることが好ましい。これは、半導体レーザダイオードより出射される光を周波数倍化するための非線形光学結晶から得られる。商業的に利用可能な、適切な方向、平坦さ、および滑らかさで研磨された面を有するウエハーを調達してもよい。ＢＢＯは少し吸湿性を有するため、乾燥条件において、保存、加工、および使用すべきである。ＢＢＯは比較的柔らかい物質であるため、引っかき傷とほこりから研磨面を保護するように注意する必要がある。
【００４５】
（ステップ２）
次に、研磨工程で残ったあらゆる残骸を除去するため、研磨されたＢＢＯウエハーが適切な無水有機溶剤を用いて洗浄される。この時点で、後の動作中に上記導波路に沿って伝播する光（すなわち、半導体レーザより出射される光（波長λ１）および周波数倍化により生成された光（波長λ２））に対して、透過性を有するか、あるいは実質的に透過性を有する第１のクラッド物質（あるいは、複数の物質）３により、ＢＢＯウエハーの第１の研磨面がコーティングされてもよい。可能性のあるクラッド物質の大部分は、深紫外線波長において高吸収を有するため、適切な物質を調達するときは、深紫外線レーザの波長λ２において低吸収であることを検証すると共に、注意深く考慮すべきである。波長λ１およびλ２を有する光に対する第１のクラッド物質の減衰係数（ｋ）が０．０５以下であるとき、第１のクラッド物質は、波長λ１およびλ２を有する光に対して、透過性を有するか、あるいは実質的に透過性を有する。減衰係数（ｋ）は、波長λ１およびλ２を有する光に対して、０．０２未満であることが望ましい。減衰係数は、光に対する物質の透過性を定量化するためのパラメータである。波長λを有し、上記物質を透過する光の強度（Ｉ）は、
【００４６】
【数４】
2013088822.tif 000006
【００４７】
に従って変化する。ここで、ｘは、光が物質を介して伝播する距離である。また、Ｉ０は、ｘ＝０における光の強度である。また、各々の波長λ１およびλ２において、第１のクラッド物質は、同じ波長における非線形光学材料の屈折率よりも小さい屈折率（ｎ）を有することが望ましい。ＢＢＯなどの複屈折の非線形光学結晶の場合、関連する非線形光学材料の各々の波長における屈折率は、完成した導波路において位相整合された方向に沿って伝播する光の屈折率であり、光の極性が考慮されている。波長λ２を有する光に対しｋ＜０．０２が生じる条件下で真空蒸着により蒸着されたフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）を第１のクラッド物質として選択することが好ましい。ただし、ＣａＦ２、ＬａＦ３、ＡｌＦ３、ＧａＦ３、ＮＯＡ８８（ノーランドプロダクツ社（Ｎｏｒｌａｎｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｉｎｃ．）によって製造された）、ＣＹＴＯＰ（アサヒガラス株式会社によって製造された）、およびフッ素重合体を含む他の適切な物質を選択してもよい。第１のクラッド物質３の厚さは少なくとも１００ｎｍであり、５００ｎｍであることが好ましい。
【００４８】
（ステップ３）
次に、上記ＢＢＯウエハーは、接着層５を用いて、支持基板４（例えば、純溶融石英（ＰＦＳ））に設けられる。予め、第１の研磨面において、第１のクラッド物質によりＢＢＯウエハーがコーティングされている場合、上記第１の研磨面は結合面となる。第１のクラッド物質が予め適用されていない場合、後の動作中に上記導波路に沿って伝播する光（波長λ１およびλ２）に対して透過性を有するか、あるいは実質的に透過性を有する接着性クラッド物質５が第１の研磨面を上記支持基板に結合するために用いられる。そして、接着性クラッド物質５は、第１のクラッド物質となる。大部分の接着性を有する物質は、深紫外線波長において高吸収を有するため、深紫外線レーザの波長λ２において低吸収であることを保証するために、特別に注意が必要である。波長λ１とλ２を有する光において、接着性クラッド物質は、０．０５未満の減衰係数（ｋ）を有し、０．０２未満の減衰係数（ｋ）を有することが望ましい。また、各々の波長λ１およびλ２において、第１のクラッド物質は、同じ波長における非線形光学材料の屈折率よりも小さい屈折率（ｎ）を有することが望ましい。ＢＢＯなどの複屈折の非線形光学結晶の場合、関連する非線形光学材料の各々の波長における屈折率は、完成した導波路において位相整合された方向に沿って伝播する光の屈折率であり、光の極性が考慮されている。適切な接着材料の例としては、ＮＯＡ８８（ノーランドプロダクツ社によって製造された）、ＣＹＴＯＰ（アサヒガラスＣｏ．Ｌｔｄ．によって製造された）、およびフッ素重合体である。接着硬化工程の間、適切な機械治具を用いて、ＢＢＯウエハーおよびＰＦＳ基板を互いに繋ぎ合わせることにより、接着の厚さがＢＢＯ表面全体に渡って均一であることを保証してもよい。基板の平面において、非線形光学結晶の熱膨張率にほぼ一致する熱膨張率を有するように、支持基板を選択してもよい。
【００４９】
（ステップ４）
次に、結合したＢＢＯウエハーの主面（露出したままである）は、機械的にラッピングおよび研磨され、該主面の全体の厚さ１７は、０．５ｍｍから４０μｍ未満の薄膜の厚さへと減少する（図３および図４参照）。これは、第２の研磨面６について言及している。ＢＢＯ薄膜の厚さは、第１の研磨面と第２の研磨面との間の距離である。ＢＢＯ薄膜の厚さは、第１の研磨面の平面に対して垂直な距離に沿って測定される。ラッピングおよび研磨に用いる適切な装置の例としては、ＰＰ５研磨治具、およびＰＭ５精密ラッピング研磨機があり、いずれも、ロジテックＬｔｄ．（ＵＫ）により製造されている。ガラスラッピング板、および、無水エチレングリコールに分散された９μｍの酸化アルミニウム（ＡＬ２Ｏ３）の研磨粒子を用いて、機械的なラッピング工程は実施できる。拡張ポリウレタン板（an expanded polyurethane plate）、および、無水エチレングリコールに分散された０．３μｍの酸化アルミニウム（ＡＬ２Ｏ３）の研磨粒子を用いて、機械的な研磨工程は実施できる。完成したＢＢＯ薄膜の厚さは１μｍと１０μｍとの間であることが最も望ましい。ただし、４０μｍ未満のあらゆる厚さが本発明の効果を奏する。機械的なラッピングおよび研磨は、低い周囲湿度の状況下で実施することにより、空気中の湿気に対するＢＢＯの露出を最小限にするべきである。周囲の相対湿度は、３０％未満であることが望ましい。さらに、ラッピングおよび研磨は、完全な無水状況の下で実施されることが望ましい。例えば、乾燥した窒素ガスの気体において実施される。結果として得られるＢＢＯ単結晶薄膜の厚さは、後の動作中、上記膜を通って光が伝播する方向に沿って、著しく変化してはならない。仮に、上記厚さが著しく変化した場合、周波数倍化のための可干渉距離が短くなり、薄膜導波路における周波数倍化の効率性は低下する。ＢＢＯ単結晶薄膜の厚さは、後の動作中に光が上記導波路を通って伝播する方向に沿って、２μｍ未満しか変化しないことが望ましく、上記厚さは、この方向に沿って、０．１μｍ未満しか変化しないことが最も望ましい。
【００５０】
（ステップ５）
次に、研磨工程で残ったあらゆる残骸を除去するため、適切な純無水有機溶剤を用いて第２の研磨面が洗浄される。この段階において、第２の研磨面の上に第２のクラッド物質７を蒸着してもよい。上記第１のクラッド物質の選択の際に説明したように、波長λ１およびλ２を有する光に対して透過性を有するか、あるいはほぼ透過性を有するという同様の必要条件を第２のクラッド物質も満たすべきである。また、上記第１のクラッド物質において説明したように、波長λ１およびλ２における屈折率（ｎ）に関する同様の必要条件を第２のクラッド物質も満たすことが望ましい。ＭＧＦ２が第２のクラッド物質として選択されることが望ましいが、上記第１のクラッド物質の可能性のある選択として一覧として挙げた物質を含む、他の適切な物質が選択されてもよい。第２のクラッド物質は、後の取り扱いおよび加工において空気中に含まれる湿気により生じる損害から、ＢＢＯ単結晶薄膜を保護することができる。
【００５１】
ここで、上記ＢＢＯ単結晶薄膜は、周波数倍化平面導波路（図３に概略的に示されている、下記のステップ６から７）、あるいは、周波数倍化リッジ導波路（図４で概略的に示されている、下記のステップ８から１１）のいずれかを形成するために加工することができる。
【００５２】
（ステップ６）
ここで、周波数倍化平面導波路の製造において、光が上記導波路の中へと繋がり、上記導波路から外へと繋がるようにするために、上記単結晶薄膜の端面においてファセットが研磨される。半導体レーザダイオードからの光（波長λ１）が上記導波路の中へと繋がるように、入射ファセット８は研磨される。波長λ１を有する光と波長λ２に周波数倍化された光とが上記導波路の外へと繋がるように、出射ファセット９は研磨される。位相整合による周波数倍化を提供する上記薄膜の平面の方向に沿って光が伝播するように、半導体レーザダイオードからの光が周波数倍化平面導波路に繋がることができるようにする方向で、上記ファセットは研磨される。例えば、上記ファセットの平面に垂直な方向が位相整合された方向にほぼ平行となるように、入射ファセットおよび出射ファセットが研磨されてもよい。位相整合された方向に沿って測られる入射ファセットと出射ファセットとの間の距離は、薄膜平面導波路の長さ１８（図３）を定義する。拡張ポリウレタン研磨板、および、無水エチレングリコールに分散した０．３μｍの酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）研磨材を用いて、入射ファセットおよび出射ファセットが研磨されてもよい。任意で、一方あるいは両方の研磨された端面のファセットは、反射防止コーティングを用いてコーティングすることができる。入射ファセットへの反射防止コーティングは、半導体レーザダイオードから導波路への波長λ１の光の伝送を増加させるために設計される。出射ファセットのコーティングは、導波路から外への波長λ２の周波数倍化された光の伝送を増加させるために設計される。関連する波長（例えば、“４分の１波長”コーティング）の伝送を最大化するように調整された厚さで蒸着されたＭｇＦ２の単層は、適切な反射防止コーティングの一例である。
【００５３】
（ステップ７）
最後に、上記ウエハーは、複数の薄膜周波数倍化平面導波路の部材１０へとダイシングされる。部材１０の各々は、紫外線レーザ装置における使用に適している。
【００５４】
周波数倍化平面導波路よりも、周波数倍化リッジ型導波路を形成する方が望ましい。周波数倍化リッジ型導波路の製造ステップでは、ステップ６および７は実施されず、その代りとして、ステップ８から１１が実施される。リッジ１１の幾何学的構造は図４に示されている。半導体レーザダイオードからの光はリッジの中に制限される。そして、完成後の装置の動作中は、該光は上記リッジの方向に沿って伝播する。それゆえ、波長λ２＝λ１／２に周波数倍化された光を生成するために、位相整合による周波数倍化を提供する上記薄膜の方向に沿って、半導体レーザダイオードからの光（波長λ１）が伝播するように、リッジの方向が選択される。さらに、図４を参照すると、第２の研磨面の平面に垂直な方向に沿ったリッジの高さ２０が測定される。高さの方向に垂直な方向であって、かつ、リッジが伸びる方向に垂直な方向に沿ったリッジの幅２１が測定される。２０μｍ未満であって、少なくとも０．１μｍとしてリッジの高さは選択される。上記高さは、０．５μｍ〜３μｍの範囲であることが望ましい。４０μｍ未満であって、少なくとも１μｍとしてリッジの幅は選択される。上記幅は、４μｍ〜１０μｍの範囲であることが望ましい。
【００５５】
上記ＢＢＯの最上部の表面においてリッジ１１を提供するために利用できるいくつかの異なる方法が存在する。この方法の例をステップ８で説明する。
【００５６】
（ステップ８）
上記ＢＢＯの表面に、ＰＭＭＡの薄膜（例えば、厚さ６０ｎｍ）が蒸着される。フォトレジスト（例えば、ＡＺ５２１４Ｅ）がＰＭＭＡ層に蒸着される。標準的な光学リゾグラフィーおよびエッチングを用いて上記フォトレジストはパターニングされ、フォトレジスト／ＰＭＭＡ二重層は完全に除去される。ここでは、上記ＢＢＯのリッジが必要となる。次に、最上部の表面に１００ｎｍ以上の厚さでエッチマスク物質が蒸着される。上記で説明したように、第１のクラッド物質の選択の際に、波長λ１およびλ２を有する光に対して透過性を有するか、あるいはほぼ透過性を有するという同様の必要条件を、上記エッチマスク物質も満たすことが望ましい。また、上記で説明したように、第１のクラッド物質に関する、波長λ１およびλ２における屈折率（ｎ）に関する同様の必要条件を、上記エッチマスク物質も満たすことが望ましい。真空蒸着により蒸着されるＭＧＦ２は、上記エッチマスク物質の望ましい選択である。その後、ＰＭＭＡ／フォトレジスト二重層を除去するために、例えばアセトンを用いた溶媒のリフトオフ処理が実施され、それにより、エッチマスク物質の縞模様が上記ＢＢＯの表面に残る。その後、ＢＢＯのリッジが、目標のリッジの高さとなるまで、ＢＢＯにおけるエッチマスク物質の上記縞模様間の領域を除去するために、例えばアルゴンイオンプラズマエッチングのような乾燥エッチング処理が実施される。ここで、任意で、エッチング処理を用いて、リッジの表面からエッチマスク物質を除去してもよい。エッチマスク物質を除去した後、結果として得られるリッジ型構造は、図４に示される。
【００５７】
（ステップ９）
この段階で、第３のクラッド物質１２を上記ウエハーの最上部に蒸着することにより、乾燥エッチング工程において露出したエッチングされた表面、およびリッジの側壁の両方をコーティングしてもよい。第１のクラッド物質の選択の際に上記で説明したように、波長λ１およびλ２を有する光に対して透過性を有するか、あるいはほぼ透過性を有するという同様の必要条件を上記第３のクラッド物質も満たすべきである。また、上記で説明したように、第１のクラッド物質に関して、波長λ１およびλ２における屈折率（ｎ）に関する同様の必要条件を上記第３のクラッド物質も満たすことが好ましい。ＭＧＦ２は、上記第３のクラッド物質の望ましい選択である。第３のクラッド物質は、後の上記導波路の取り扱い、加工、および、動作の間、空気中に含まれる水分により生じる損傷から、ＢＢＯ単結晶薄膜を保護することができる。また、第３のクラッド物質は、上記リッジ導波路に沿って伝播する光に対する分散損失を減少させることができる。
【００５８】
（ステップ１０）
次に、光がリッジ導波路へと繋がり、リッジ導波路から外へと繋がるように、エッチングされた単結晶薄膜の端面においてファセットが研磨される。入射ファセット８は、半導体レーザダイオードからの光（波長λ１）がリッジ導波路へと繋がるように研磨される。出射ファセット９は、波長λ１を有する光および波長λ２に周波数倍化された光がリッジ導波路から外へと繋がるように研磨される。光がリッジ導波路に沿って伝播するように、半導体レーザダイオードからの光が周波数倍化リッジ導波路に繋がることができるようにする方向で、ファセットは研磨される。例えば、ファセットの平面に垂直な方向がリッジの方向にほぼ平行となるように、入射ファセットおよび出射ファセットが研磨されてもよい。リッジの方向に沿って測られる入射ファセットと出射ファセットとの間の距離は、薄膜リッジ導波路の長さ１８を定義する。拡張ポリウレタン研磨板、および、無水エチレン・グリコールに分散した酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）研磨剤を用いて、入射ファセットおよび出射ファセットが研磨されてもよい。任意で、一方あるいは両方の研磨された端面のファセットは、反射防止コーティングを用いてコーティングすることができる。入射ファセットへの反射防止コーティングは、半導体レーザダイオードから導波路への波長λ１の光の伝送を増加させるために設計される。出射ファセットのコーティングは、導波路から外へと繋がる波長λ２の周波数倍化した光の伝送を増加させるために設計される。関連する波長（例えば、“４分の１波長”コーティング）の伝送を最大化するように調整された厚さに蒸着されたＭｇＦ２の単層は、適切な反射防止コーティングの一例である。
【００５９】
（ステップ１１）
最後に、上記ウエハーは複数の薄膜周波数倍化リッジ導波路の部材１３へとダイシングされる。部材１３の各々は、紫外線レーザ装置における使用に適している。
【００６０】
半導体レーザより出射される波長λ１の光は、平面導波路１０またはリッジ導波路１３の入射ファセット８へと繋がり、この入射光は、導波モードにおいて、位相整合による光の周波数倍化を提供する非線形光学材料を通って伝播する。平面導波路の場合、第１の研磨面と第２の研磨面との間であって、かつ入射ファセットと出射ファセットとの間の非線形光学材料は、導波路の周波数倍化領域を構成する。リッジ導波路の場合、第１の研磨面とエッチングされたリッジとの間であって、かつ入射ファセットと出射ファセットとの間の非線形光学材料は、導波路の周波数倍化領域を構成する。リッジ導波路の導波モードに沿って伝播する光は、入射ファセットと出射ファセットとの間を通り抜け、この領域は導波路の周波数倍化領域を構成するため、当該光は、リッジの真下およびリッジの近傍に制限される。
【００６１】
単結晶薄膜周波数倍化導波路は、入射光の一部を、周波数倍化により、波長λ２＝λ１／２を有する紫外線光へと変換する。波長λ１およびλ２を有する光は導波路を通過し、出射ファセット９を介して導波路から外へと繋がる。
【００６２】
図５のプロットは、本発明の一実施形態に従って製造された深紫外線レーザ装置から出射される光のスペクトルを示す。図５の（ａ）のプロットは、半導体レーザより出射される可視光（λ１≒４１６ｎｍ）のスペクトルを示し、図５の（ｂ）のプロットは、周波数倍化した紫外線光（λ２≒２０８ｎｍ）のスペクトルを示す。
【００６３】
本発明は、先行技術を上回る複数の利点を提供する。単結晶薄膜周波数倍化導波路と共に、可視光を出射する半導体レーザを使用することは、低コストかつ小サイズの深紫外線レーザ光源を提供する。大量の単結晶と共に開始するラッピングおよび研磨の工程を利用する、１種類以上の低吸収損失の材料で覆われた単結晶薄膜周波数倍化導波路の製造は、深紫外線光の生成に高効率かつ高品質な単結晶導波路への手段を提供する。特に、イオン注入を利用する周波数倍化導波路の製造に関する不利な点は、低吸収クラッド層を使用することなく解消される。上記深紫外線光は、水銀ランプあるいはＬＥＤなどの既存の低コストな深紫外線光源とは異なり、小さな点に焦点を合わせることができ、平行ビームであり得る。
【００６４】
（実施形態１）
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。図６に示すレーザ装置２４は、４００ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲の波長λ１を有する可視レーザ光を生成する半導体レーザダイオード１４を備え、該可視レーザ光は、単結晶薄膜リッジ導波路構造１５の形で周波数を倍化するＢＢＯの結晶へと繋がっている。λ１は４１０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の範囲であることが望ましい。半導体レーザ１４から出射された光を集光して該光の焦点を導波路１５に合わせる１枚以上のレンズ１６が用いられ、光は半導体レーザ１４から導波路２２へと繋がっている。導波路に入光する光の支配的な極性は、ＢＢＯ結晶（例えば、単結晶非線形光学材料）と第１のクラッド層との間の接触面に垂直な電界を有することが望ましい。半導体レーザダイオードからの可視光の一部は、導波路の内部で周波数倍化され、波長λ２＝λ１／２を有する光を生成する。可視レーザ光線および紫外線レーザ光線の両方は、周波数倍化導波路構造から同時に出射される。
【００６５】
ＢＢＯ単結晶薄膜周波数倍化リッジ導波路は、上記ステップ１から４、および８から１１で説明される製造方法に従って製造される。上記の説明では、具体的な詳細はまだ明らかとなっていないため、以下に示す。
【００６６】
ステップ１では、典型的な寸法である９ｍｍ×９ｍｍ×０．５ｍｍ（または、特定の実行の必要性に応じた他の寸法）を有する単結晶ＢＢＯのｘ断片ウエハー１が非線形光学単結晶として使用される。ｘ断片ＢＢＯウエハーは、それらの主面（すなわち、９ｍｍ×９ｍｍの面）に垂直な方向から５度未満のＢＢＯ＜２−１−１０＞結晶方向を有し、上記主面の平面に位置するＢＢＯ［０００１］結晶方向を有する。第１の研磨面２の平面は、ＢＢＯ結晶の｛−１２−１０｝格子面に並行な面から５度未満離れている（０度が望ましい）。結晶方向と、ＢＢＯウエハー１の第１の研磨面２との間の近似的関係を図７に示す。商業化が可能なＢＢＯウエハーは、既に十分な平面度および滑らかさに研磨された｛−１２−１０｝平面を用いて調達してもよい。
【００６７】
本明細書では、ここで説明される先行技術で用いられる慣習に従い、ＢＢＯの結晶方向が記述される。ＢＢＯ結晶の構造は、先行技術（例えば、国際回折データセンター（International Centre for Diffraction Data）の粉末回折ファイル（Powder Diffraction File）０１−０８０−１４８９を参照）で公知の六角形単位格子を用いて説明することができる。六角形単位格子の辺は、同一平面上にある２つの軸ａ１、ａ２、およびｃ１により記述され、ａ１とａ２の角度は互いに対して１２０度である。第３の軸ｃ１は、ａ１およびａ２を含む平面に垂直な方向に沿っている。単位格子の辺の長さは、格子定数としてもまた知られ、ａ１およびａ２の軸、並びに、軸ｃ１に沿うｃの両方に従う。六角形単位格子の図式表現は、図２０に示される。
【００６８】
“Ｘ線回折要論（Elements of X-ray Diffraction）”の第３版（Ｂ．Ｄ．ＣｕｌｌｉｔｙおよびＳ．Ｒ．Ｓｔｏｃｋ）で説明されているように、六角形単位格子における結晶方向は、４つの指数のベクトル表記［ＵＶＪＷ］を用いて記述できる。この表記法において、Ｕは上記基底ベクトルａ１の倍数係数（ａ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ）であって、Ｖは上記基底ベクトルａ２の倍数係数であって、Ｊは上記基底ベクトルａ３の倍数係数であって、Ｗは上記基底ベクトルｃ１の倍数係数である。したがって、表記“［ＵＶＪＷ］”はベクトルの方向Ｕａ１＋Ｖａ２＋Ｊａ３＋Ｗｃ１を言及する。基底ベクトルａ３はａ３＝−（ａ１＋ａ２）として定義される。表記“［ＵＶＪＷ］”は、結晶内の方向を言及する。表記“＜ＵＶＪＷ＞”は、方向［ＵＶＪＷ］を言及するか、あるいは、方向［ＵＶＪＷ］と対称的に等しい他の方向を言及する。これは、六角形結晶構造の対称性によるものである。
【００６９】
例えば、軸ａ１に平行な結晶方向は、Ｕ＝２、Ｖ＝−１、Ｊ＝−１、およびＷ＝０、等価には、表記［２−１−１０］と記述できる。［２−１−１０］と対称的に等しい他の結晶方向が存在する。上記他の方向は、［１１−２０］、［−１２−１０］、［−２１１０］、［−１−１２０］、および［１−２１０］を含む。表記＜２−１−１０＞は、上記方向［２−１−１０］、［１１−２０］、［−１２−１０］、［−２１１０］、［−１−１２０］、および［１−２１０］のいずれかを言及する。
【００７０】
第２の例としては、軸ｃ１に平行な方向は、Ｕ＝０、Ｖ＝０、Ｊ＝０、およびＷ＝１、等価には、表記［０００１］と記述できる。表記＜０００１＞は、方向［０００１］または［０００−１］のいずれかを言及する。
【００７１】
第３の例としては、＜０００１＞方向と＜２−１−１０＞方向との両方に対する角度９０°における方向は、Ｕ＝０、Ｖ＝１、Ｊ＝−１、およびＷ＝０、等価には、表記［０１−１０］と記述できる。［０１−１０］方向と対称的に等しい他の方向が単位格子において存在する。上記他の方向は、［−１１００］、［−１０１０］、［０−１１０］、［１−１００］、および［１０−１０］を含む。表記＜０１−１０＞は、［０１−１０］、［−１１００］、［−１０１０］、［０−１１０］、［１−１００］、および［１０−１０］のいずれかに言及する。
【００７２】
＜０００１＞方向から見た六角形単位格子の方向を示す図式表現が図２１に示される。
【００７３】
六角形単位格子の格子面は、当業者に知られている４つの指数、ミラーブラヴェ指数の表記（ｈｋｉｌ）を用いて記述できる（例えば、“Ｘ線回折要論（Elements of X-ray Diffraction）”の第３版（Ｂ．Ｄ．ＣｕｌｌｉｔｙおよびＳ．Ｒ．Ｓｔｏｃｋ）参照）。ミラーブラヴェ指数ｈ、ｋ、ｉ、およびｌを用いた表記“（ｈｋｉｌ）”は結晶の平面の方向を言及する。表記“｛ｈｋｉｌ｝”は、平面（ｈｋｉｌ）に対称的に等しい結晶の平面の方向を言及する。例えば、表記“｛−１２−１０｝”は、ミラーブラヴェ指数ｈ＝−１、ｋ＝２、ｉ＝−１、およびｌ＝０と共に、平面に対称的に等しい平面の方向を言及する。上記対称的に等しい平面は、（２−１−１０）、（１１−２０）、（−１２−１０）、（−２１１０）、（−１−１２０）、および（１−２１０）を含む。第２の例としては、表記“｛１−１００｝”は、ミラーブラヴェ指数ｈ＝１、ｋ＝−１、ｉ＝０、およびｌ＝０と共に、平面に対称的に等しい平面の方向に言及する。上記対称的に等価な平面は、（０１−１０）、（−１１００）、（−１０１０）、（０−１１０）、（１−１００）、および（１０−１０）を含む。
【００７４】
ＢＢＯ結晶構造の六角形単位格子は、室内温度において格子定数ａ≒１２．５３Åおよびｃ≒１２．７３Åを有する。図２２は、ＢＢＯの六角形単位格子における原子の位置の図式表現を示す。この図は、＜０００１＞方向から見た単位格子を示している。単一の単位格子に投影されたバリウム原子、ホウ素原子、および酸素原子の位置を円、四角形、および三角形としてそれぞれ示している。図２２に示される原子の位置は近似的なものである。＜２−１−１０＞方向などのＢＢＯ結晶方向は、Ｘ線回折測定により決定される。
【００７５】
ステップ２では、真空蒸着により３００ｎｍの厚さに蒸着されたＭｇＦ２層が第１のクラッド層３として使用される。ＭｇＦ２の減衰係数（ｋ）および屈折率（ｎ）が上記ステップ２で説明された条件を満たすことが保証されるように、ＭｇＦ２の蒸着条件は選択される。
【００７６】
ステップ３では、１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍの寸法を有する紫外線溶融石英の支持基板４に、第１のクラッド層の表面が設けられる。ＮＯＡ８８（ノーランドプロダクツ社によって製造された）が接着層５として用いられる。接着層の厚さは、約２μｍであることが望ましい。
【００７７】
ステップ４では、ＢＢＯ単結晶の厚さ１７はラッピングおよび研磨を用いて４０μｍ未満に減少する。厚さは１０μｍ未満であることが望ましく、厚さは約４μｍであることが最も望ましい。続く動作の間、導波路を通って光が伝播する方向に沿って、ＢＢＯ単結晶薄膜の厚さが０．１μｍ未満で変化することが望ましい。
【００７８】
ステップ８では、３００ｎｍの厚さを有するＭｇＦ２層が、エッチマスクの材料として使用される。ＭｇＦ２の減衰係数（ｋ）および屈折率（ｎ）が上記ステップ２で説明された条件を満たすことが保証されるように、ＭｇＦ２の蒸着条件は選択される。誘導結合プラズマエッチング機器において、アルゴンイオンを用いてＢＢＯはエッチングされる。リッジの幅は４０μｍ未満である。リッジの幅は１０μｍ未満であることが望ましく、リッジの幅は約４μｍであることが最も望ましい。リッジの高さは少なくとも０．５μｍであって、０．５μｍ以上３μｍ以下の範囲であることが望ましく、約２μｍであることが最も望ましい。半導体レーザダイオードより出射され、得られるリッジ導波路光を通って伝播する光において、位相整合が満たされるようにリッジの方向が選択される。リッジとＢＢＯ結晶の［０００１］方向との間の角度（θ）は、半導体レーザダイオードの波長に依存する。図１９は、半導体レーザダイオードより出射される光の可能な波長（λ１）に対するθの近似値の説明に優れた例のリストを提供する。半導体レーザダイオードのあらゆる波長λ１（ｎｍで測定される）に対する好ましいθの値（度で測定される）を計算するために、近似的な現象式（phenomenological equation）が用いられてもよい。上記近似的な現象式を以下に示す。
【００７９】
【数５】
2013088822.tif 000007
【００８０】
ここで、λ１が４１０ｎｍ≦λ１＜４１１ｎｍである場合、ａ５＝０、ａ４＝０．１８８１０２８０８６６４５５３、ａ３＝−３０９．１９４８４０８０４５８１、ａ２＝１９０５９０．５２２０１１７２３、ａ１＝−５２２１４２０７．６９６３８２１、ａ０＝５３６４２４０３０８．２５２６５である。
【００８１】
また、λ１が４１１ｎｍ≦λ1≦４４０ｎｍである場合、ａ５＝−０．０００００１７６０７０５１０６、ａ４＝０．００３７７４７６２７７７５３、ａ３＝−３．２３６９８４６８９４１７４２、ａ２＝１３８７．８８０１６７０７９３２、ａ１＝−２９７５２７．２３０８０９６７８、ａ０＝２５５１２９０２．６０４１８６７である。
【００８２】
また、λ１が４４０ｎｍ＜λ１≦５６０ｎｍである場合、ａ５＝−０．０００００００００３３３８８６、ａ４＝０．００００００８７３６２５７１９、ａ３＝−０．０００９１６３３１５２８８８４、ａ２＝０．４８２１３０８３９８５６２９１、ａ１＝−１２７．５２２８８２１９０７８、ａ０＝１３６５４．８４４８７２７９２２である。
【００８３】
リッジとＢＢＯ結晶の［０００１］方向との間の角度は、図１９にリスト化されているθの値から３度以内であるか、あるいは、波長λ１を有する光の位相整合を得るために現象式を用いて計算されることが好ましい。これらの値はリッジの方向の目安を提供するが、明確な必要条件は、リッジの方向が半導体レーザダイオードから出射される光の位相整合を提供するべきであるということであって、リッジの角度はこれらの例の値とは異なっていてもよい。ＢＢＯ結晶の［０００１］方向の方向は、Ｘ線回折により決定することができる。
【００８４】
ステップ９では、２００ｎｍの厚さを有するＭｇＦ２層が第３のクラッド物質１２として使用される。ＭｇＦ２の減衰係数（ｋ）および屈折率（ｎ）が上記ステップ２で説明された条件を満たすことが保証されるように、ＭｇＦ２の蒸着条件は選択される。
【００８５】
ステップ１０では、リッジの方向に対してあらゆる方向で入射ファセット８および出射ファセット９が研磨される。上記ファセットは、リッジの方向にほぼ垂直であることが望ましい。
【００８６】
ステップ１１では、個々の導波路部材の幅１９は、０．２ｍｍと５ｍｍとの間であり、約１ｍｍであることが望ましい。
【００８７】
（実施形態２）
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。図８に示すレーザ装置２４は、４００ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲の波長λ１を有する可視レーザ光を生成する半導体レーザダイオード１４を備え、該可視レーザ光は、単結晶薄膜平面導波路構造２２の形で周波数を倍化するＢＢＯの結晶へと繋がっている。λ１は４１０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の範囲であることが望ましい。半導体レーザ１４から出射された光を集光して該光の焦点を導波路２２に合わせる１枚以上のレンズ２３が用いられ、光は半導体レーザ１４から導波路２２へと繋がっている。導波路に入光する光の支配的な極性は、ＢＢＯ結晶（例えば、単結晶非線形光学材料）と第１のクラッド層との間の接触面に垂直な電界を有することが望ましい。半導体レーザダイオードからの可視光の一部は、導波路の内部で周波数倍化され、波長λ２＝λ１／２を有する光を生成する。可視レーザ光線および紫外線レーザ光線の両方は、周波数倍化導波路構造から同時に出射される。
【００８８】
ＢＢＯ単結晶薄膜周波数倍化平面導波路は、上記ステップ１から７で説明される製造方法に従って製造される。上記の説明では、具体的な詳細は既に明らかとなっていないため、具体的な詳細を以下に示す。
【００８９】
ステップ１では、典型的な寸法である９ｍｍ×９ｍｍ×０．５ｍｍ（または、特定の実行の必要性に応じた他の寸法）を有する単結晶ＢＢＯのｘ断片ウエハー１が非線形光学単結晶として使用される。ｘ断片ＢＢＯウエハーは、それらの主面（すなわち、９ｍｍ×９ｍｍの面）に垂直な方向から５度未満のＢＢＯ＜２−１−１０＞結晶方向を有し、上記主面の平面に位置するＢＢＯ［０００１］結晶方向を有する。第１の研磨面２の平面は、ＢＢＯ結晶の｛−１２−１０｝格子面に並行な面から５度未満離れている（０度が望ましい）。結晶方向と、ＢＢＯウエハー１の第１の研磨面２との間の近似的関係を図７に示す。商業化が可能なＢＢＯウエハーは、既に十分な平面度および滑らかさに研磨された｛−１２−１０｝平面を用いて調達してもよい。
【００９０】
ステップ２では、真空蒸着により３００ｎｍの厚さに蒸着されたＭｇＦ２層が第１のクラッド層３として使用される。ＭｇＦ２の減衰係数（ｋ）および屈折率（ｎ）が上記ステップ２で説明された条件を満たすことが保証されるように、ＭｇＦ２の蒸着条件は選択される。
【００９１】
ステップ３では、１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍの寸法を有する紫外線溶融石英の支持基板４に、第１のクラッド層の表面が設けられる。ＮＯＡ８８（ノーランドプロダクツ社によって製造された）が接着層５として用いられる。接着層の厚さは、約２μｍであることが望ましい。
【００９２】
ステップ４では、ＢＢＯ単結晶の厚さ１７はラッピングおよび研磨を用いて４０μｍ未満に減少する。厚さは１０μｍ未満であることが望ましく、厚さは約４μｍであることが最も望ましい。続く動作の間、導波路を通って光が伝播する方向に沿って、ＢＢＯ単結晶薄膜の厚さが０．１μｍ未満で変化することが望ましい。上記各ステップの結果、単結晶非線形光学材料が有する４０μｍ未満の厚さに沿った方向は、＜２−１−１０＞ＢＢＯ結晶方向から離れて５°未満に位置する。
【００９３】
ステップ５では、真空蒸着により蒸着された２００ｎｍの厚さのＭＧＦ２層が、第２のクラッド層７として用いられる。ＭｇＦ２の減衰係数（ｋ）および屈折率（ｎ）が上記ステップ２で説明された条件を満たすことが保証されるように、ＭＧＦ２の蒸着条件は選択される。
【００９４】
ステップ６では、入射ファセット８および出射ファセット９があらゆる方向で研磨される。上記ファセットは、半導体レーザダイオードから出射される光の位相整合による周波数倍化を提供する平面導波路を通る伝播の方向にほぼ垂直に研磨されることが望ましい。位相整合される方向と、ＢＢＯ結晶の［０００１］方向との間の角度（θ）は、半導体レーザダイオードの波長に依存する。図１９は、半導体レーザダイオードより出射される光の可能な波長（λ１）に対するθの近似値の説明に優れた例のリストを提供する。好ましいθの値を計算するために、実施形態１で与えられた近似的な現象式が用いられてもよい。位相整合される方向とＢＢＯ結晶の［０００１］方向との間の角度は、図１９にリスト化されているθの値から３度以内であるか、あるいは、現象式を用いて計算されることが好ましい。これらの値は位相整合される方向の目安を提供するが、実際の角度は異なっていてもよい。
【００９５】
ステップ７では、個々の導波路部材の幅１９は、０．２ｍｍと５ｍｍとの間であり、約１ｍｍであることが好ましい。
【００９６】
（実施形態３）
以下、本発明の第３の実施形態について説明する。上記レーザ装置は、導波路製造におけるステップ１で用いられるＢＢＯウエハーの方向以外は、実施形態１で説明したものと同じものである。本実施形態では、典型的な寸法である９ｍｍ×９ｍｍ×０．５ｍｍ（または、特定の実行の必要性に応じた他の寸法）を有する単結晶ＢＢＯウエハー１が、非線形光学単結晶として使用される。上記ＢＢＯウエハーは、その主面（すなわち、９ｍｍ×９ｍｍの面）に垂直な方向から５度未満のＢＢＯ＜０１−１０＞結晶方向を有し、上記主面の平面に位置するＢＢＯ［０００１］結晶方向を有する。第１の研磨面２の平面は、ＢＢＯ結晶の｛１−１００｝格子面に並行な面から５度未満離れている（０度が望ましい）。結晶方向と、ＢＢＯウエハー１の第１の研磨面２との間の近似的関係を図９に示す。商業化が可能なＢＢＯウエハーは、既に十分な平面度および滑らかさに研磨された｛１−１００｝平面を用いて調達してもよい。リッジ導波路の残りの製造プロセスは、第１の実施形態で説明したものと同じである。
【００９７】
（実施形態４）
以下、本発明の第４の実施形態について説明する。図６に示すレーザ装置２４は、４００ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲の波長λ１を有する可視レーザ光を生成する半導体レーザダイオード１４を備え、該可視レーザ光は、単結晶薄膜リッジ導波路構造１５の形で周波数を倍化するＢＢＯの結晶へと繋がっている。λ１は４１０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の範囲であることが望ましい。半導体レーザ１４から出射された光を集光して該光の焦点を導波路１５に合わせる１枚以上のレンズ１６が用いられ、光は半導体レーザ１４から導波路２２へと繋がっている。導波路に入光する光の支配的な極性は、ＢＢＯ結晶（例えば、単結晶非線形光学材料）と第１のクラッド層との間の接触面に平行な電界を有することが望ましい。半導体レーザダイオードからの可視光の一部は、導波路の内部で周波数倍化され、波長λ２＝λ１／２を有する光を生成する。可視レーザ光線および紫外線レーザ光線の両方は、周波数倍化導波路構造から同時に出射される。
【００９８】
上記ＢＢＯ単結晶薄膜周波数倍化リッジ導波路は、ステップ１で用いられるＢＢＯ結晶の方向およびステップ８におけるリッジの方向を除き、実施形態１で説明した上記ＢＢＯ単結晶薄膜周波数倍化リッジ導波路と同様にして製造される。
【００９９】
ステップ１では、典型的な寸法である９ｍｍ×９ｍｍ×０．５ｍｍ（または、特定の実行の必要性に応じた他の寸法）を有する単結晶ＢＢＯウエハー１が非線形光学単結晶として使用される。ＢＢＯウエハーの第１の研磨面２の平面に垂直な方向２５は、ＢＢＯ結晶の［０００１］方向から角度α＝（９０−θ）°の３度以下である。ＢＢＯウエハーの第１の研磨面２の平面に垂直な方向２５は、ＢＢＯ結晶の＜２−１−１０＞方向に垂直な方向から５度以下であることが好ましい。この好ましい場合における、上記結晶方向とＢＢＯウエハーの第１の研磨面２との間の関係を図１０に示す。あるいは、ＢＢＯウエハーの第１の研磨面２の平面に垂直な方向２５は、ＢＢＯ結晶の＜０１−１０＞方向に垂直な方向から５度以下であってもよい。この場合における、上記結晶方向とＢＢＯウエハーの第１の研磨面２との間の関係を図１１に示す。これら２つの具体例（すなわち、図１０および図１１）が与えられたが、本実施形態では、ＢＢＯウエハーの第１の研磨面の平面に垂直な方向が、ＢＢＯ結晶の［０００１］方向から角度α＝（９０−θ）°の３度以下であるという条件で、あらゆる方向が使用されてもよい。
【０１００】
結果として得られるリッジ導波路が、半導体レーザダイオードより出射される光を位相整合により周波数倍化するように、θの値は選択される。θの値は、半導体レーザより出射される光の波長に依存する。図１９は、半導体レーザダイオードより出射される光の可能な波長（λ１）に対するθの近似値の説明に優れた例のリストを示す。好ましいθの値を計算するために、実施形態１で与えられた近似的な現象式が用いられてもよい。これらの値は研磨面の方向の目安を提供するが、明確な必要条件は、得られるリッジ導波路が位相整合による周波数倍化を提供するということのみであって、θの値はこれらの例の値とは異なっていてもよい。
【０１０１】
ステップ８では、得られるリッジ導波路を通って伝播する半導体レーザより出射される光に対して、位相整合により周波数倍化が行われるように、リッジの方向が選択される。第１の研磨面の平面に垂直な方向と、ＢＢＯ結晶の［０００１］方向との両方を含む平面と、第１の研磨面の平面との交差線によって定義される方向から、リッジの方向は２度以下であることが好ましい。図１０および１１におけるＢＢＯ方向の例の場合、この方向２６が表記されている。
【０１０２】
（実施形態５）
以下、本発明の第５の実施形態について説明する。図８に示すレーザ装置２４は、４００ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲の波長λ１を有する可視レーザ光を生成する半導体レーザダイオード１４を備え、該可視レーザ光は、単結晶薄膜平面導波路構造２２の形で周波数を倍化するＢＢＯの結晶へと繋がっている。λ１は４１０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の範囲であることが望ましい。半導体レーザ１４から出射された光を集光して該光の焦点を導波路２２に合わせる１枚以上のレンズ２３が用いられ、光は半導体レーザ１４から導波路２２へと繋がっている。導波路に入光する光の支配的な極性は、ＢＢＯ結晶（例えば、単結晶非線形光学材料）と第１のクラッド層との間の接触面に平行な電界を有することが望ましい。半導体レーザダイオードからの可視光の一部は、導波路の内部で周波数倍化され、波長λ２＝λ１／２を有する光を生成する。可視レーザ光線および紫外線レーザ光線の両方は、周波数倍化導波路構造から同時に出射される。
【０１０３】
上記ＢＢＯ単結晶薄膜周波数倍化平面導波路は、ステップ１で用いられるＢＢＯ結晶の方向、および、ステップ６における研磨されるファセットの方向を除き、実施形態２で説明した上記ＢＢＯ単結晶薄膜周波数倍化平面導波路と同様にして製造される。
【０１０４】
ステップ１では、典型的な寸法である９ｍｍ×９ｍｍ×０．５ｍｍ（または、特定の実行の必要性に応じた他の寸法）を有する単結晶ＢＢＯウエハー１が非線形光学単結晶として使用される。ＢＢＯウエハーの第１の研磨面２の平面に垂直な方向２５は、ＢＢＯ結晶の［０００１］方向から角度α＝（９０−θ）°の３度以下である。ＢＢＯウエハーの第１の研磨面２の平面に垂直な方向２５は、ＢＢＯ結晶の＜２−１−１０＞方向に垂直な方向から５度以下であることが好ましい。この好ましい場合における、上記結晶方向とＢＢＯウエハーの第１の研磨面２との間の関係を図１０に示す。あるいは、ＢＢＯウエハーの第１の研磨面２の平面に垂直な方向２５は、ＢＢＯ結晶の＜０１−１０＞方向に垂直な方向から５度以下であってもよい。この場合における、上記結晶方向とＢＢＯウエハーの第１の研磨面２との間の関係を図１１に示す。これら２つの具体例が与えられたが、本実施形態では、ＢＢＯウエハーの第１の研磨面の平面に垂直な方向が、ＢＢＯ結晶の［０００１］方向から角度α＝（９０−θ）°の３度以下であるという条件で、あらゆる方向が使用されてもよい。
【０１０５】
結果として得られる平面導波路が、半導体レーザより出射される光を位相整合により周波数倍化するように、θの値は選択される。θの値は、半導体レーザダイオードより出射される光の波長に依存する。図１９は、半導体レーザダイオードより出射される光の可能な波長（λ１）に対するθの近似値の説明に優れた例のリストを示す。好ましいθの値を計算するために、実施形態１で与えられた近似的な現象式が用いられてもよい。
【０１０６】
これらの値は研磨面の方向の目安を提供するが、明確な必要条件は、得られる平面導波路が位相整合による周波数倍化を提供するということのみであって、θの値はこれらの例の値とは異なっていてもよい。
【０１０７】
ステップ６では、入射ファセット８および出射ファセット９があらゆる方向で研磨される。上記ファセットは、半導体レーザダイオードから出射される光の位相整合による周波数倍化を提供する平面導波路を通る伝播の方向にほぼ垂直に研磨されることが望ましい。第１の研磨面の平面に垂直な方向と、ＢＢＯ結晶の［０００１］方向との両方を含む平面と、第１の研磨面の平面との交差線によって定義される方向から、平面導波路を通る伝播の方向は２度以下であることが好ましい。図１０および１１におけるＢＢＯ方向の例の場合、この方向２６が表記されている。
【０１０８】
（実施形態６）
以下、本発明の第６の実施形態について説明する。図１２に示すレーザ装置２４は、４００ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲の波長λ１を有する可視レーザ光を生成する半導体レーザ１４を備え、該可視レーザ光は、単結晶薄膜リッジ導波路構造１５の形で周波数を倍化するＢＢＯの結晶へと繋がっている。λ１は４１０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の範囲であることが望ましい。
【０１０９】
導波路の入射ファセットに極めて近い、あるいは接触している半導体レーザの出力ファセットの配置を通って、上記光は半導体レーザダイオード１４から導波路１５へと直接繋がる。これを、“近接連結（ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ−ｃｏｕｐｌｅｄ）された”装置と称する。近接連結された構造の利点は、半導体レーザから導波路へと光を伝えるレンズを必要としないことである。
【０１１０】
リッジ導波路の構造および製造は、実施形態１で説明したものと同じである。導波路に入光する光の支配的な極性は、ＢＢＯ結晶（例えば、単結晶非線形光学材料）と第１のクラッド層との間の接触面に垂直な電界を有することが望ましい。半導体レーザダイオードからの可視光の一部は、導波路の内部で周波数倍化され、波長λ２＝λ１／２を有する光を生成する。可視レーザ光線および紫外線レーザ光線の両方は、周波数倍化導波路構造から同時に出射される。
【０１１１】
（実施形態７）
以下、本発明の第７の実施形態について説明する。図１２に示すレーザ装置２４は、４００ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲の波長λ１を有する可視レーザ光を生成する半導体レーザダイオード１４を備え、該可視レーザ光は、単結晶薄膜リッジ導波路構造１５の形で周波数を倍化するＢＢＯの結晶へと繋がっている。λ１は４１０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の範囲であることが望ましい。
【０１１２】
導波路の入射ファセットに極めて近い、あるいは接触している半導体レーザの出力ファセットの配置を通って、上記光は半導体レーザ１４から導波路１５へと直接繋がる。これを、近接連結された装置と称する。
【０１１３】
リッジ導波路の構造および製造は、実施形態４で説明したものと同じである。導波路に入光する光の支配的な極性は、ＢＢＯ結晶（例えば、単結晶非線形光学材料）と第１のクラッド層との間の接触面に平行な電界を有することが望ましい。この構造は、基板の平面に平行な支配的な極性を有する光を出射する半導体レーザ（すなわち、横電場、あるいはＴＥ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ）のモードを出射する半導体レーザ）に対する、単純かつ低コストな近接連結を可能にする。半導体レーザダイオードからの可視光の一部は、導波路の内部で周波数倍化され、波長λ２＝λ１／２を有する光を生成する。可視レーザ光線および紫外線レーザ光線の両方は、周波数倍化導波路構造から同時に出射される。
【０１１４】
（実施形態８）
以下、本発明の第８の実施形態について説明する。図１３に示すレーザ装置２４は、４００ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲の波長λ１を有する可視レーザ光を生成する半導体レーザダイオード１４を備え、該可視レーザ光は、単結晶薄膜リッジ導波路構造１５の形で周波数を倍化するＢＢＯの結晶へと繋がっている。λ１は４１０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の範囲であることが望ましい。半導体レーザ１４から出射された光を集光して該光の焦点を導波路１５に合わせる１枚以上のレンズ２７が用いられ、光は半導体レーザ１４から導波路１５へと繋がっている。導波路に入光する光の支配的な極性は、ＢＢＯ結晶（例えば、単結晶非線形光学材料）と第１のクラッド層との間の接触面に垂直な電界を有することが望ましい。リッジ導波路の構造および製造は、実施形態１で説明したものと同じである。半導体レーザダイオードからの可視光の一部は、導波路の内部で周波数倍化され、波長λ２＝λ１／２を有する光を生成する。可視レーザ光線および紫外線レーザ光線の両方は、周波数倍化導波路構造から同時に出射される。
【０１１５】
光フィードバックを介して、半導体レーザダイオードより出射される光の波長範囲を狭くする２色性部材３０が用いられる。より多くの入射光が最も効率的な周波数倍化を提供する波長となるため、波長範囲がより狭くなることは、導波路１５におけるより効率的な周波数倍化を与える。加えて、半導体レーザに特定の波長を有する光を出射させるために、２色性部材３０が用いられる。この機能は、半導体レーザより出射される光が、導波路１５の最も効率的な周波数倍化を提供する波長にあることを保証するために用いられる。
【０１１６】
ビーム分離部材２９を用いて、周波数倍化による紫外線光は、半導体レーザより出射される光から分離される。ビーム分離部材２９は、半導体レーザ１４から出射される光に対する反射率よりも、周波数倍化された光に対する、より高い反射率を有する鏡であってもよい。また、ビーム分離部材２９は、１枚以上のレンズ２８を介して、リッジ導波路構造１５より出射される光を受光する。レンズ２８は、導波路１５から出射される光を集光し、該光の焦点をビーム分離部材２９に合わせるか、あるいは、並行にする。
【０１１７】
一例では、２色性部材３０は、半導体レーザから出射された光と同じ経路に沿って、格子から回折した光線（例えば、第１の並びの回折した光線）が後ろから通るように配向された回折格子である。回折格子の分光のため、半導体レーザにフィードバックする光の強度は、波長が異なれば異なる。フィードバックは、半導体レーザより出射される波長範囲を狭くする。回折格子の回転により、半導体レーザから出射される光の波長は変化し得る。
【０１１８】
他の例では、２色性部材３０は、異なる波長に対して異なる反射率を有する鏡である。例えば、上記鏡は、分布ブラッグ反射（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ、ＤＢＲ）鏡であってもよい。
【０１１９】
図１３の例では、導波路１５を通った後、光は２色性部材３０に入射する。この状況が望ましい。しかしながら、２色性部材３０は、半導体レーザ１４と導波路１５との間の光路に位置していてもよい。
【０１２０】
さらにその代わりに、図１４に示すように、２色性部材３０は、光を半導体レーザの後ろのファセットにフィードバックする位置にあってもよい。
【０１２１】
（実施形態９）
以下、本発明の第９の実施形態について説明する。図１５に示すレーザ装置２４は、４００ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲の波長λ１を有する可視レーザ光を生成する半導体レーザダイオード３１を備え、該可視レーザ光は、単結晶薄膜リッジ導波路構造１５の形で周波数を倍化するＢＢＯの結晶へと繋がっている。λ１は４１０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の範囲であることが望ましい。半導体レーザ３１は、レーザチップに一体となって統合された周期構造を含む半導体レーザであり、該レーザチップは、該半導体レーザから出射される光が、従来のファブリー・ペローの半導体レーザから出射される光よりもより狭い波長範囲を有するように設計されている。加えて、この型の半導体レーザのある例では、作動中、上記レーザチップの一部への電圧の印加によって放射波長が調整されてもよい。
【０１２２】
この型のレーザ３１の例は、分布帰還半導体レーザ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅｓ、ＤＦＢ半導体レーザ）、分布ブラッグ反射半導体レーザ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ  ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅｓ、ＤＢＲ半導体レーザ）、および、離散モード（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｍｏｄｅ  ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅｓ、ＤＭ半導体レーザ）である。半導体レーザ３１から出射される光を集光し、該光の焦点を導波路１５へと合わせる１枚以上のレンズ１６を用いて、該光は半導体レーザ３１から導波路１５へと繋がる。リッジ導波路の構造および製造は、実施形態１で説明したものと同じである。導波路に入光する光の支配的な極性は、ＢＢＯ結晶（例えば、単結晶非線形光学材料）と第１のクラッド層との間の接触面に垂直な電界を有することが望ましい。半導体レーザダイオードからの可視光の一部は、導波路の内部で周波数倍化され、波長λ２＝λ１／２を有する光を生成する。可視レーザ光線および紫外線レーザ光線の両方は、周波数倍化導波路構造から同時に出射される。
【０１２３】
より多くの入射光が最も効率的な周波数倍化を提供する波長となるため、半導体レーザ３１より出射される波長範囲が狭いことは、導波路１５におけるより効率的な周波数倍化を与える。加えて、作動中に半導体レーザ３１からの放射波長が調整された場合、半導体レーザ３１より出射される光が導波路１５における最も効率的な周波数倍化を提供する波長にあることを保証するために、波長は変化し得る。
【０１２４】
（実施形態１０）
以下、本発明の第１０の実施形態について説明する。図１６に示すレーザ装置２４は、４００ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲の波長λ１を有する可視レーザ光を生成する半導体レーザダイオード１４を備え、該可視レーザ光は、単結晶薄膜リッジ導波路構造１５の形で周波数を倍化するＢＢＯの結晶へと繋がっている。λ１は４１０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の範囲であることが望ましい。半導体レーザ１４から出射された光を集光して該光の焦点を導波路１６に合わせる１枚以上のレンズ１６が用いられ、光は半導体レーザ１４から導波路１５へと繋がっている。リッジ導波路構造および製造は実施形態１で説明したものと同じである。導波路に入光する光の支配的な極性は、ＢＢＯ結晶（例えば、単結晶非線形光学材料）と第１のクラッド層との間の接触面に垂直な電界を有することが望ましい。半導体レーザダイオードからの可視光の一部は、導波路の内部で周波数倍化され、波長λ２＝λ１／２を有する光を生成する。可視レーザ光線および紫外線レーザ光線の両方は、周波数倍化導波路構造から同時に出射される。
【０１２５】
上記半導体レーザは、温度制御部材３２に設けられる。温度制御部材３２は、レーザ装置２４の作動中、半導体レーザチップの温度を補正できる。半導体レーザチップの温度を変化させることを通して、半導体レーザの放射波長を調整し、導波路１５における最も効率的な周波数倍化が得られる波長に上記波長を適合させてもよい。
【０１２６】
（実施形態１１）
以下、本発明の第１１の実施形態について説明する。図１７に示すレーザ装置２４は、４００ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲の波長λ１を有する可視レーザ光を生成する半導体レーザダイオード１４を備え、該可視レーザ光は、単結晶薄膜リッジ導波路構造１５の形で周波数を倍化するＢＢＯの結晶へと繋がっている。λ１は４１０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の範囲であることが望ましい。半導体レーザ１４から出射された光を集光して該光の焦点を導波路１５に合わせる１枚以上のレンズ１６が用いられ、光は半導体レーザ１４から導波路１５へと繋がっている。リッジ導波路構造および製造は実施形態１で説明したものと同じである。導波路に入光する光の支配的な極性は、ＢＢＯ結晶（例えば、単結晶非線形光学材料）と第１のクラッド層との間の接触面に垂直な電界を有することが望ましい。半導体レーザダイオードからの可視光の一部は、導波路の内部で周波数倍化され、波長λ２＝λ１／２を有する光を生成する。可視レーザ光線および紫外線レーザ光線の両方は、周波数倍化導波路構造から同時に出射される。
【０１２７】
半導体レーザ１４および導波路１５は、空気から湿気が入ることを防ぐ密封包装３６に封入されている。上記密封包装は、製造中、乾燥した（言い換えれば、ほとんど、あるいは全く水蒸気を含まない）窒素ガスで満たされていることが望ましいが、他の乾燥した気体が代わりに使用されてもよい。さらに、代わりに、上記密封包装は低圧として、その後、真空状態で密封されてもよい。
【０１２８】
窓３５が上記密封包装に提供され、半導体レーザダイオードからの光および周波数倍化した紫外線光が上記密封包装から外へと繋がる。図１８に示す第２の例では、導波路１５が単独で密封包装に封入されており、第２の入射窓３４が提供され、半導体レーザからの光が上記導波路へと繋がる。
【０１２９】
密封包装は、湿気がＢＢＯ導波路に到達することを防ぎ、空気中の分子への紫外線光の反応により生じる表面の汚れを減らし、それにより、紫外線レーザ装置の耐用年限を増加させる。
【０１３０】
本発明の一態様によれば、上記半導体レーザ装置は、４００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の波長を有する可視光と、２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の波長に変換された上記紫外線光とを出射するように構成されている。
【０１３１】
本発明の一態様によれば、上記単結晶非線形光学材料は、４０μｍ未満の厚さを有し、第１のクラッド層は、１００ｎｍを越える厚さを有する。
【０１３２】
本発明の一態様によれば、上記単結晶非線形光学材料はＢＢＯを含み、上記単結晶非線形光学材料が４０μｍ未満の厚さを有している方向は、＜２−１−１０＞ＢＢＯ結晶方向から５度未満離れている。
【０１３３】
本発明の一態様によれば、上記単結晶薄膜は、上記単結晶薄膜の主面を形成する少なくとも１つの研磨面を含み、上記ＢＢＯ結晶方向は、上記少なくとも１つの研磨面の平面に平行ではない。
【０１３４】
本発明の一態様によれば、上記単結晶非線形光学材料はＢＢＯを含み、上記ＢＢＯのウエハーの第１の研磨面の平面に垂直な方向は、上記ＢＢＯ結晶の上記［０００１］方向からの角度α＝（９０−θ）°において、θ＞３５°としたとき、３度以下である。
【０１３５】
本発明の一態様によれば、上記単結晶非線形光学材料はＢＢＯを含み、上記ＢＢＯのウエハーの第１の研磨面の平面に垂直な方向は、上記ＢＢＯ結晶の上記［０００１］方向からの角度α＝（９０−θ）°において３度以下であり、度で測定されるθは、半導体の上記レーザ光源のｎｍで測定される波長λ１により、
【０１３６】
【数６】
2013088822.tif 000008
【０１３７】
で定義され、
λ１が４１０ｎｍ≦λ１＜４１１ｎｍであるとき、ａ５＝０、ａ４＝０．１８８１０２８０８６６４５５３、ａ３＝−３０９．１９４８４０８０４５８１、ａ２＝１９０５９０．５２２０１１７２３、ａ１＝−５２２１４２０７．６９６３８２１、ａ０＝５３６４２４０３０８．２５２６５であって、
λ１が４１１ｎｍ≦λ1≦４４０ｎｍであるとき、ａ５＝−０．０００００１７６０７０５１０６、ａ４＝０．００３７７４７６２７７７５３、ａ３＝−３．２３６９８４６８９４１７４２、ａ２＝１３８７．８８０１６７０７９３２、ａ１＝−２９７５２７．２３０８０９６７８、ａ０＝２５５１２９０２．６０４１８６７であって、
λ１が４４０ｎｍ＜λ１≦５６０ｎｍであるとき、ａ５＝−０．０００００００００３３３８８６、ａ４＝０．００００００８７３６２５７１９、ａ３＝−０．０００９１６３３１５２８８８４、ａ２＝０．４８２１３０８３９８５６２９１、ａ１＝−１２７．５２２８８２１９０７８、ａ０＝１３６５４．８４４８７２７９２２である。
【０１３８】
本発明の一態様によれば、上記単結晶非線形光学材料は、ベータホウ酸バリウム（Ｂｅｔａ−Ｂａｒｉｕｍ  Ｂｏｒａｔｅ、ＢＢＯ）、フルオロホウ酸ベリリウム酸カリウム（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ  ｆｌｕｒｏｂｏｒａｔｏｂｅｒｙｌｌａｔｅ）、四ホウ酸リチウム（ｌｉｔｈｉｕｍ  ｔｅｔｒａｂｏｒａｔｅ）、四ホウ酸リチウムルビジウム（ｌｉｔｈｉｕｍ  ｒｕｂｉｄｉｕｍ  ｔｅｔｒａｂｏｒａｔｅ）、または、フッ化マグネシウムバリウム（ｍａｇｎｅｓｉｕｍ  ｂａｒｉｕｍ  ｆｌｕｏｒｉｄｅ）のうち少なくとも１つを含む。
【０１３９】
本発明の一態様によれば、上記単結晶非線形光学材料は、疑似位相整合周波数倍化材料である。
【０１４０】
本発明の一態様によれば、上記周波数倍化導波路は、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の可干渉距離による周波数倍化を提供するように構成されている。
【０１４１】
本発明の一態様によれば、上記周波数倍化導波路は、上記周波数倍化導波路の長さよりも長い、周波数倍化のための可干渉距離を提供するように構成されている。
【０１４２】
本発明の一態様によれば、上記周波数倍化導波路に入光する光の支配的な極性は、上記単結晶非線形光学材料と上記第１のクラッド層との間の接触面に垂直な電界を有する。
【０１４３】
本発明の一態様によれば、上記周波数倍化導波路に入光する光の支配的な極性は、上記単結晶非線形光学材料と上記第１のクラッド層との間の接触面に平行な電界を有する。
【０１４４】
本発明の一態様によれば、上記装置は、上記半導体レーザ装置と上記周波数倍化導波路との間に光学的に配置された少なくとも１枚のレンズをさらに含み、上記少なくとも１枚のレンズは、上記半導体レーザ装置から出射された光を集光し、集光された上記光の焦点を上記周波数倍化導波路へと合わせるように構成されている。
【０１４５】
本発明の一態様によれば、上記レーザ装置からの光は、上記周波数倍化導波路に直接繋がる。
【０１４６】
本発明の一態様によれば、上記周波数倍化導波路は、周波数倍化リッジ導波路を含む。
【０１４７】
本発明の一態様によれば、上記周波数倍化導波路は、周波数倍化平面導波路を含む。
【０１４８】
本発明の一態様によれば、上記周波数倍化導波路は、周波数倍化平面導波路または周波数倍化リッジ導波路のうち少なくとも１つを含み、上記単結晶薄膜は、主面を有するＢＢＯを含み、ＢＢＯ＜０１−１０＞の結晶方向は、上記主面に垂直な方向から５度未満であり、ＢＢＯ［０００１］の結晶方向は、上記主面の平面に位置する。
【０１４９】
本発明の一態様によれば、上記装置は、上記半導体レーザ装置により出射される上記光の上記波長範囲を狭くするように構成された２色性部材をさらに含む。
【０１５０】
本発明の一態様によれば、上記装置は、上記半導体レーザ装置により出射された光から、周波数倍化による紫外線光を分離するように構成されたビーム分離部材をさらに含む。
【０１５１】
本発明の一態様によれば、上記２色性部材は、上記半導体レーザ装置から出射された光と同じ経路に沿って、格子から回折した光線が後ろから通るように配向された回折格子か、または、光の異なる波長に対して異なる反射率を有する鏡のうち、少なくとも１つを含む。
【０１５２】
本発明の一態様によれば、上記２色性部材は、光学的に上記周波数倍化導波路の出口に連結しているか、光学的に上記半導体レーザ装置と上記周波数倍化導波路との間に配置されているか、または、上記半導体レーザ装置のファセットへと光をフィードバックするように配置されているかのうち、少なくとも１つである。
【０１５３】
本発明の一態様によれば、上記半導体レーザ装置は、一体となって上記半導体レーザ装置に統合された周期構造を含み、上記周期構造は、上記半導体レーザ装置から出射された光に、ファブリー・ペローの半導体レーザから出射された光よりも狭い波長範囲を含ませるように構成されている。
【０１５４】
本発明の一態様によれば、上記装置は、上記半導体レーザ装置に連結する温度制御部材をさらに備え、上記温度制御部材は、上記半導体レーザ装置の温度を補正するように構成されている。
【０１５５】
本発明の一態様によれば、上記半導体レーザ装置および上記周波数倍化導波路のうち少なくとも１つは、密封包装に封入されており、上記可視光および上記紫外線光は、上記密封包装における透過性を有する窓領域を通って出射される。
【０１５６】
本発明の一態様によれば、上記第１のクラッド領域は、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＬａＦ３ＡｌＦ３、ＧａＦ３、ＮＯＡ８８、ＣＹＴＯＰ、およびフッ素重合体からなる材料のグループから選択された材料を含む。
【０１５７】
本発明の一態様によれば、上記クラッド領域は、可視光および紫外線光の両方の波長において、０．０５未満の減衰係数（ｋ）を有する。
【０１５８】
本発明の一態様によれば、上記レーザ光源の紫外線出力は、０．０１ｍＷ以上５００ｍＷ以下である。
【０１５９】
本発明の一態様によれば、上記レーザ光源は、紫外線光と可視光との両方を出射するように構成されている。
【０１６０】
本発明の一態様によれば、上記半導体レーザ装置は、半導体レーザダイオードである。
【０１６１】
本発明の一態様によれば、上記薄膜のエッチングは、上記第１のクラッド層と同じ上記材料でできているエッチマスク層の使用を含む。
【０１６２】
本発明の一態様によれば、上記エッチマスク層の使用は、上記リッジ型導波路構造の最上部に、最上部のコーティング層として上記エッチマスク層を保持すること含む。
【０１６３】
本発明の一態様によれば、上記単結晶非線形光学材料を形成する工程は、ベータホウ酸バリウム（Ｂｅｔａ−Ｂａｒｉｕｍ  Ｂｏｒａｔｅ、ＢＢＯ）から上記単結晶非線形光学材料を形成する工程を含む。
【０１６４】
本発明は、ある実施形態または複数の実施形態に関して示し、説明してきたが、本明細書および添付の図面を読んで理解した他の当業者による等価な変形および修正が生じてもよい。特に、上述した部材（構成要素、組立品、装置、構成など）により実行される多様な機能において、上記部材を説明するために使用された用語（“手段”への言及を含む）は、本発明の典型的な実施形態（あるいは複数の実施形態）において該機能を実行する開示した構造と、構造的に等しくない場合であっても、他に指定されていない限り、説明した部材の特定の機能を実行する（言い換えれば、機能的に等しい）あらゆる部材に対応するように意図される。さらに、本発明の特定の特徴は、複数の実施形態の１つか複数に関してのみ上述してきたが、上記特徴は、他の実施形態の１つか複数の他の特徴と組み合わせ、あらゆる、与えられた、あるいは特定の実行に対して所望かつ有用なようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１６５】
本発明に係る紫外線レーザは、水の殺菌処理のために設計される製品の光源として利用できる。また、本発明に係る紫外線レーザは、蛍光センサの光源として利用できる。
【符号の説明】
【０１６６】
１  単結晶ＢＢＯウエハー
２  ＢＢＯウエハーの第１の研磨面
３  第１のクラッド物質
４  支持基板
５  接着層
６  第２の研磨面
７  第２のクラッド物質
８  入射ファセット
９  出射ファセット
１０  単結晶薄膜周波数倍化平面導波路
１１  リッジ
１２  第３のクラッド物質
１３  単結晶薄膜周波数倍化リッジ導波路
１４  可視光を出射する半導体レーザダイオード
１５  単結晶薄膜周波数倍化リッジ導波路
１６  レンズ
１７  非線形物質の厚さ
１８  単結晶薄膜周波数倍化導波路の長さ
１９  個々の周波数倍化導波路部材の幅
２０  リッジの高さ
２１  リッジの幅
２２  単結晶薄膜周波数倍化平面導波路
２３  レンズ
２４  紫外線波長レーザ
２５  第１の研磨面の平面に対して垂直な方向
２６  実施例５における位相整合の望ましい方向
２７  レンズ
２８  レンズ
２９  ビーム分離部材
３０  ２色性部材
３１  ＤＢＲ／ＤＦＢレーザ
３２  温度制御部材
３３  導波路の周囲の密封包装
３４  密封包装への入射窓
３５  密封包装からの出射窓
３６  半導体レーザと導波路とを含む密封包装
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【外国語明細書】
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