(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単分域化処理したＫＮbＯ3単結晶を切断してＫＮbＯ3単結晶プレートを作製し、該ＫＮbＯ3単結晶プレートのレーザー光入出射面を鏡面研磨したのち、ＫＮbＯ3単結晶プレートのレーザー光入出射面を、レーザー光入出射面の側縁部に結晶方位を確認しうるパターンを形成するように切断することを特徴とするＫＮbＯ3単結晶光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記パターンが、ＫＮbＯ3単結晶プレートを切断してＫＮbＯ3単結晶光学素子を製造する際に形成されたドメインパターンまたはチッピングであることを特徴とする請求項１に記載のＫＮbＯ3単結晶光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記パターンの幅が０.５mm以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のＫＮbＯ3単結晶光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、波長変換、光変調などに使用されるＫＮbＯ3単結晶光学素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【発明の技術的背景】
ニオブ酸カリウム(ＫＮbＯ3)単結晶は、非線形光学材料として、あるいは電気光学材料として、圧電材料として注目され、特に、８６０nmまたは９８０nm近傍の単色光であるレーザー光をそれぞれ１／２の高調波に変換するＳＨＧ（Second Harmonic Generation）特性が高いため、非線形光学材料をして注目されている。
【０００３】
このＫＮbＯ3単結晶は、Ｔ．ＦＵＫＵＤＡ、Ｙ．ＵＥＭＡＴＵ、Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．１１（１９７３）１６３に記載されているように、炭酸カリウムと酸化ニオブ(Ｎb2Ｏ5)との粉状混合物を１０５０℃以上の温度に加熱溶融し、得られた融液に種結晶を浸し、融液の温度を徐々に下げて成長させることができる。このようにして得られたＫＮbＯ3単結晶を冷却すると、約４２０℃で立方晶系から正方晶系に構造相転移を起こし、約２１０℃で正方晶系から斜方晶系に構造相転移し、室温では斜方晶系であって多分域状態のＫＮbＯ3単結晶が得られる。
【０００４】
このようなＫＮbＯ3単結晶は、室温で斜方晶系の対称性を持ち、たとえば８６０nmのＳＨＧでは、ａ面の入射面に、ｂ軸と平行な偏光面を有する偏波光を入射すると、ｃ軸に平行な偏光面を有するＳＨＧ波が得られる。この入射レーザー偏光方向がｂ軸方向から傾くと変換効率が低下する。このため、入射レーザーと結晶軸は、入射方向と偏波方向とを特定な結晶方位に合わせる必要がある。
【０００５】
従来、ＫＮbＯ3単結晶を波長変換素子などの光学素子として用いる場合には、図３に示すように、鏡面研磨されたレーザー光入射面１１と出射面１１’の法線方向、および側面１２，１３は、特定の結晶方位となっている。たとえば、８６０nmのＳＨＧ用途では、レーザー光の入出射面１１，１１’がａ面で、他の面１２，１３はｂ面とｃ面である。
【０００６】
このようなレーザー光の入出射面と他の面の結晶方位を識別するため、結晶素子の側面に印を記入したり、または結晶素子の角をサンドペーパなどで削って目印にしたり、さらに結晶素子の長さを異ならせるなど方法が行われてきた。
【０００７】
しかしながら、結晶素子の側面に印を記入する方法および結晶素子の角を削る方法は、結晶素子の大きさが１０×１０×１０mm程度であり、かつ処理する結晶素子が少量である場合に有効な手段であるものの、結晶素子が３×３×３mm程度の大きさになった場合、または結晶素子の処理量が多い場合には、作業が煩雑で、非効率的であるという問題点があった。また、結晶素子の側面に印を記入する方法では、ペイント材質が光学コーティング中に蒸発して消えたり、デバイス使用時に蒸発し、周辺環境を汚染する原因となることがあるなどの欠点があった。
【０００８】
さらに結晶素子の長さを異ならせる方法では、目視で判定できるのは、少なくとも０．３〜０．５ｍｍ程度の素子長の違いが必要であり、それ以下の長さの違いでは、ノギスやマイクロメータなどの測長器が必要となるなどの問題点があった。また限られた結晶からの取れ数が少なくなり、採算性が良くないという欠点もあった。
【０００９】
【発明の目的】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決しようとするものであって、ＫＮbＯ3単結晶光学素子の結晶方位を簡便に識別できるようなパターンを有するＫＮbＯ3単結晶光学素子およびその製造方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【発明の概要】
本発明に係るＫＮbＯ3単結晶光学素子は、単分域化処理したＫＮbＯ3単結晶を切断してＫＮbＯ3単結晶プレートを作製し、該ＫＮbＯ3単結晶プレートのレーザー光入出射面を鏡面研磨したのち、ＫＮbＯ3単結晶プレートのレーザー光入出射面を、レーザー光入出射面の側縁部に結晶方位を確認しうるパターンを形成するように切断することを特徴としている。
【００１１】
前記パターンは、ＫＮbＯ3単結晶プレートを切断してＫＮbＯ3単結晶光学素子を製造する際に形成されたドメインパターンまたはチッピングであることが好ましい。
【００１２】
また、前記パターンの幅は、０.５mm以下であることが好ましい。
【００１３】
【発明の具体的説明】
以下、本発明に係る単結晶光学素子およびその製造方法について具体的に説明する。
【００１４】
［ＫＮbＯ3単結晶光学素子］
まず、本発明に係るＫＮbＯ3単結晶光学素子を図面を用いて具体的に説明する。
【００１５】
本発明に係るＫＮbＯ3単結晶光学素子は、たとえば図１に示すようにＫＮbＯ3単結晶のａ面２をレーザー光の入出射面、側面をそれぞれｂ面３とｃ面４とすると、ａ面２の側縁部５に、結晶方位を確認しうるパターン６を有している。
【００１６】
本発明に係るＫＮbＯ3単結晶光学素子に使用されるＫＮbＯ3単結晶としては、たとえばＴＳＳＧ（Top Seeded Solution Growth）法により製造し、所定の結晶方位に切り出したＫＮbＯ3単結晶が用いられる。このようなＫＮbＯ3単結晶は、通常、単分域化処理したものが使用される。
【００１７】
なお、本明細書では、互いに分極方向の異なるドメインが隣接した複数のドメインをマルチドメインといい、このようなマルチドメインが形成されている状態を多分域状態という。また、この多分域状態にある単結晶を、分域方向が一様に揃ったモノドメイン状態にすることを単分域化処理という。
【００１８】
側縁部５のパターン６は、ＫＮbＯ3単結晶プレートを切断してＫＮbＯ3単結晶光学素子を製造する際に形成されたドメインパターンまたはチッピングであることが好ましい。
【００１９】
ドメインパターンは、ＫＮbＯ3単結晶プレートを切断する際、切断面に近いＫＮbＯ3単結晶が多分域状態に変化することによって形成される。
また、チッピングは、ＫＮbＯ3単結晶プレートを切断する際に形成された切断面の欠けである。
【００２０】
たとえば、図１に示されるＫＮbＯ3単結晶光学素子の場合、パターンは、ｃ面４の側縁部で縁に平行なライン状となり、ｂ面３の側縁部で縁に垂直なライン状となる。このようなパターンの幅は、０.５mm以下、好ましくは０.３mm以下であることが望ましい。
【００２１】
また、本発明に係る単結晶光学素子では、ＫＮbＯ3単結晶のａ面以外の面をレーザー光の入出射面とすることもできる。
たとえば、図２に示すように、ａｂ軸面内でａ軸から６０°の方向を垂線とする６０°ａｂ面７をレーザー光の入出射面、３０°ａｂ面８およびｃ面９を側面とすることもできる。
【００２２】
この場合、パターンは、ｃ面の側縁部１０で３角形状であり、３０°ａｂ面の側縁部１０にはパターンは形成されない。
このように、本発明に係る単結晶光学素子は、レーザー光の入出射面の側縁部に、結晶方位を確認しうるパターンを有しているので、側縁部を観察することにより、側面（たとえば、ｂ面とｃ面）の識別を容易に行うことができる。
【００２３】
［ＫＮbＯ3単結晶光学素子の製造方法］
次に、本発明に係るＫＮbＯ3単結晶光学素子の製造方法について説明する。
まず、本発明では、単分域化処理したＫＮbＯ3単結晶を切断してＫＮbＯ3単結晶プレートを作製する。
【００２４】
なお、ＫＮbＯ3単結晶の単分域化処理は、ＫＮbＯ3単結晶のｃ面に、銀粉末あるいはカーボン粉末などの導電性粉末を含む導電性ペーストを塗布するか、あるいは金などを蒸着して、正極および負極を形成し、次いで２００℃で１ｋＶ／ｃｍ以上の電界をＫＮbＯ3単結晶の正負両極間に印加することによって行うことができる。このような単分域化処理では、ＫＮbＯ3単結晶と電極との間に半絶縁性物質層を設けてもよい。
【００２５】
ＫＮbＯ3単結晶の切断方法としては、特に限定されるものではなく、たとえば、ダイヤモンドが埋め込まれた回転刃などを使用することができる。
次に、得られたＫＮbＯ3単結晶プレートは、鏡面研磨して、レーザー光入出射面を形成する。
【００２６】
鏡面研磨は、ピッチャクロスを定盤にして、酸化セリウム、アルミナまたはシリカなどの微粒子を研磨材に用いて行われる。
鏡面研磨後のＫＮbＯ3単結晶プレートは、レーザー光入出射面の側縁部に結晶方位を確認しうるパターンを形成するように、レーザー光入出射面を切断してＫＮbＯ3単結晶光学素子を作製する。
【００２７】
ＫＮbＯ3単結晶プレートの切断方法としては特に限定されるものではなく、たとえば、ダイヤモンドが埋め込まれた回転刃などを用いて行われる。このとき、切断箇所から０．５ｍｍ以下の幅のパターンが形成されるように、レーザー光入出射面を切断することが好ましい。
【００２８】
得られたＫＮbＯ3単結晶光学素子は、必要に応じて、洗浄などを行ってもよい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明に係るＫＮbＯ3単結晶光学素子によれば、容易に結晶方位の識別を行うことができる。このため、デバイスの組み立て時に、結晶方位の間違いによる不良率を低減させることができる。特に、素子の整列を自動化する際、素子の側縁部のパターン認識で結晶方位を確認できるため、大量生産に好適である。
【００３０】
本発明に係るＫＮbＯ3単結晶光学素子の製造方法によれば、パターンの作成工程をＫＮbＯ3単結晶光学素子の切断工程と同一に行うことができる。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３２】
【実施例１】
ＫＮbＯ3単結晶は、ＴＳＳＧ法で育成した。すなわち、平均直径８０ｍｍ、深さ８０ｍｍの白金ルツボにカリウム分が過剰のＫＮbＯ3粉末を入れ、抵抗加熱によりＫＮbＯ3粉末を溶融した。次いでこの溶融液の表面にシード付けを行い、ＫＮbＯ3単結晶を成長させた。こうして得られた４０×４０×２０ｍｍのＫＮbＯ3単結晶から、１０×１０×１０ｍｍの大きさの結晶ブロックを切り出し、単分域化処理を行った。単分域化処理は、ＫＮbＯ3単結晶のｃ面に金を蒸着して正極および負極を形成し、次いで２００℃で１kＶ／cmの電界をＫＮbＯ3単結晶の正負電極間に印加することによって行った。単分域化処理後、ｃ面を軽く鏡面研磨することによって、蒸着させた金を除去した。
【００３３】
単分域化した結晶ブロックから、１０×１０×３ｍｍのａ面プレート（１０×１０ｍｍの面がａ面）を切り出し、ａ面プレートの両面を鏡面研磨した。鏡面研磨後、鏡面研磨面を３×３ｍｍに切断して、ＫＮbＯ3単結晶光学素子を作製した。
【００３４】
得られた素子９個の鏡面側縁部のドメインおよびチッピングを５０倍の光学顕微鏡で観察したところ、容易に、ＫＮbＯ3単結晶光学素子のｃ面とｂ面とを識別できることがわかった。
【００３５】
【実施例２】
実施例１で作製した１０×１０×１０ｍｍの大きさの単分域化した結晶ブロックから、入出射面法線方向がａｂ軸面内でａ軸から６０°の方向になるようにして、３ｍｍ厚で結晶プレートを切り出した。切り出した結晶プレートの両面を鏡面研磨し、その後、３×３ｍｍに切断し、洗浄して、ＫＮbＯ3単結晶光学素子を作製した。
【００３６】
得られた素子９個の鏡面側縁部のドメインおよびチッピングを５０倍の光学顕微鏡で観察したところ、容易に、ＫＮbＯ3単結晶光学素子のｃ面とａｂ面とを識別できることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＫＮbＯ3単結晶光学素子の一例を説明するための図面である。
【図２】本発明に係るＫＮbＯ3単結晶光学素子の他の一例を説明するための図面である。
【図３】本発明に係るＫＮbＯ3単結晶光学素子の概略を説明するための図面である。
【符号の説明】
２      …レーザー光の入出射面（ａ面）
３      …ｂ面
４，９  …ｃ面
５      …側縁部
６，１０…パターン
７      …レーザー光の入出射面（６０°ａｂ面）
８      …３０°ａｂ面
１１      …レーザー光の入出射面
１２，１３…側面
【図１】
0003849996.tif 000002
【図２】
0003849996.tif 000003
【図３】
0003849996.tif 000004