複屈折位相整合波長変換デバイス及び当該デバイスの製造方法
【課題】少ないプレート数で効率良くウォークオフを低減することのできる複屈折位相整合波長変換デバイスと、変換効率の高い複屈折位相整合波長変換デバイスを容易に製造する方法を提供する。
【解決手段】互いに接合され、結晶のｃ軸が厚さ方向に平行な面内において厚さ方向に対して傾く非線形光学結晶から成る複数のプレートを備え、複数のプレートの配置が互いに隣接するプレートのｃ軸の方向が接合面に対して面対称であり、複数のプレートにおけるレーザー光の入射側端部の入射側プレートと、レーザー光の高調波を出射する出射側端部の出射側プレートとの間に位置するプレートの厚さが同一であり、入射側プレート及び出射側プレートの厚さが、入射側プレートと出射側プレートとの間に位置するプレートの厚さの１/２である構成とした。
【解決手段】互いに接合され、結晶のｃ軸が厚さ方向に平行な面内において厚さ方向に対して傾く非線形光学結晶から成る複数のプレートを備え、複数のプレートの配置が互いに隣接するプレートのｃ軸の方向が接合面に対して面対称であり、複数のプレートにおけるレーザー光の入射側端部の入射側プレートと、レーザー光の高調波を出射する出射側端部の出射側プレートとの間に位置するプレートの厚さが同一であり、入射側プレート及び出射側プレートの厚さが、入射側プレートと出射側プレートとの間に位置するプレートの厚さの１/２である構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー光の波長を変換する波長変換デバイスとその製造方法に関し、特に非線形光学結晶から成る複数のプレートを積層して成る複屈折位相整合波長変換デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
深紫外光発生用の非線形光学結晶として、紫外領域で透明であり高い非線形光学定数を有するβ−ＢａＢ2Ｏ4（以下、ＢＢＯという）が広く用いられている。
しかし、ＢＢＯは大きな複屈折性を有するため、図８（ａ）に示すように、波長変換デバイス５０としてバルク状の結晶５０Ｂを用いた場合には、同図の実線で示す常光（o-ray）が入射光軸に沿って出射されるのに対し、同図の太い実線で示す異常光（e-ray）の出射方向が入射光軸からずれてしまう、いわゆる、ウォークオフが大きくなるため、位相整合に必要な相互作用長が制限されるという問題点があった。
このウォークオフを補償する方法として、図８（ｂ）に示すように、結晶のｃ軸が光の入射光軸に対して位相整合角θだけ傾く複数枚のプレート（ここでは、プレート枚数をＮ＝２とした）を、互いに隣接するプレート５１ａ，５１ｂの結晶のｃ軸の方向を反転させて配置することで相互作用長を長くしてウォークオフ量ΔＺを小さくする方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
波長変換デバイス５０の全長が同じ場合には、図８（ｃ）に示すように、厚さの薄いプレート５２ａ，５２ｂを、隣接するプレート５２ａ，５２ｂの結晶のｃ軸の方向が反転するよう多数（Ｎ＝８）配置した方がウォークオフ補償（WOC；Walk-Off Compensating）効果が大きく、変換効率も高い。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】J.-J.Zondy ,Ch.Bonnin and D.Lupinski ,J.Opt.Soc. Am.B 20,1675(2003)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の波長変換デバイスでは、ウォークオフ量ΔＺを小さくするためには、厚さの薄いプレートを多数準備する必要があり、産業用等のデバイスとして広く活用するには生産性の点で難がある。また、上記波長変換デバイスは、単にプレート同士を当接させているだけなので、プレート接合面で隙間ができるだけでなく、ｃ軸の傾きと位相整合角θとの間にずれが生じてしまい、結果として変換効率が大幅に低下するといった問題点があった。
２枚のプレート同士を接合する方法としては、表面をケミカルエッチングした後に圧着させる方法などが考えられるが、この場合にも、２枚のプレートの界面に原子レベル以上の隙間ができてしまい、そのため、光が界面で散乱されて十分な変換効率を得ることが困難であった。
【０００５】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、少ないプレート数で効率良くウォークオフを低減することのできる複屈折位相整合波長変換デバイスと、変換効率の高い複屈折位相整合波長変換デバイスを容易に製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため本願発明の構成として、互いに接合され、結晶のｃ軸が厚さ方向に平行な面内において厚さ方向に対して傾く非線形光学結晶から成る複数のプレートを備え、複数のプレートの配置が互いに隣接するプレートのｃ軸の方向が接合面に対して面対称であり、複数のプレートにおけるレーザー光の入射側端部の入射側プレートと、レーザー光の高調波を出射する出射側端部の出射側プレートとの間に位置するプレートの厚さが同一であり、入射側プレート及び出射側プレートの厚さが、入射側プレートと出射側プレートとの間に位置するプレートの厚さの１/２である構成とした。
本構成によれば、波長変換デバイスのウォークオフ量を厚さの薄い（結晶長の短い）入射側プレート及び出射側プレートのウォークオフ量と同じにできるので、少ないプレート数でウォークオフを効果的に低減することができる。
【０００７】
また、本願発明の他の構成として、非線形光学結晶がβ−ＢＢＯ結晶又はＬＢＯ結晶である構成とした。
本願構成によれば、非線形光学結晶として、高品質の結晶が得られ易く損傷閾値の高いβ−ＢＢＯ結晶やＬＢＯ結晶を用いることにより変換効率の高くかつ安定した性能を有する複屈折位相整合波長変換デバイスを得ることができる。
【０００８】
また、製造方法に係る態様として、結晶のｃ軸が厚さ方向に平行な面内において厚さ方向に対して傾く非線形光学結晶から成るプレート同士をｃ軸の方向が接合面に対して面対称となるように対向させ、プレート同士の接合面となる表面に原子ビーム、分子ビーム、イオンビームのうちいずれかを照射して表面を活性化処理する工程と、活性化処理されたプレート同士の表面を常温にて接合する工程とを備えた態様とした。
本願態様によれば、結晶のｃ軸が厚さ方向に平行な面内において厚さ方向に対して傾く非線形光学結晶から成るプレート同士を短時間のうちに原子レベルで接合できるので、変換効率の高い複屈折位相整合波長変換デバイスを容易に製造できる。
【０００９】
また、製造方法に係る他の態様として、接合されたプレート群の両端部に、当該プレート群を構成する各プレートの１/２の厚さを有し、結晶のｃ軸が厚さ方向に平行な面内において厚さ方向に対して傾く非線形光学結晶から成るプレートを接合するに際し、１/２の厚さを有するプレートをｃ軸の方向が接合面に対して面対称となるように対向させ、プレート同士の接合面となる表面に原子ビーム、分子ビーム、イオンビームのうちいずれかを照射して表面を活性化処理する工程と、活性化処理されたプレート同士の表面を常温にて接合する工程とを備えた態様とした。
本願態様によれば、プレート群を構成する各プレートの１/２の厚さを有し、結晶のｃ軸が厚さ方向に平行な面内において厚さ方向に対して傾く非線形光学結晶から成るプレート同士を短時間のうちに原子レベルで接合でき、さらに波長変換デバイスのウォークオフ量を入射側プレート及び出射側プレートのウォークオフ量と同じにできるので、変換効率の高い複屈折位相整合波長変換デバイスを容易に製造できる。
【００１０】
また、製造方法に係る他の態様として、１/２の厚さを有するプレートにおける入射端面となる面と出射端面となる面をのみを無反射コーティング処理する工程を備えた態様とした。
本願態様によれば、入射側に配置されるプレートと出射側に配置されるプレートの入射端面と出射端面のみをコーティング処理しているので、各接合面での損失を大幅に低減できるとともに、中間プレートの枚数を増やす場合にも同じ常温接合条件で済むので、生産効率が向上する。
なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る複屈折位相整合波長変換デバイスの構成を示す図である。
【図２】複屈折位相整合波長変換デバイスの動作を説明するための図である。
【図３】本実施の形態に係る複屈折位相整合波長変換デバイスの製造方法を示すフローチャートである。
【図４】プレートの切り出し方法の一例を示す図である。
【図５】常温接合装置の構成を示す模式図である。
【図６】プレートの接合方法を示す図である。
【図７】複屈折位相整合波長変換デバイスの変換特性を示す図である。
【図８】従来の複屈折位相整合波長変換デバイスの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施の形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また、実施の形態の中で説明される特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１３】
図１は本発明の実施の形態を示す図で、（ａ）図は複屈折位相整合波長変換デバイス(以下、波長変換デバイスという)を示す図、（ｂ）図は波長変換デバイスの各プレートと結晶のｃ軸との関係を示す図、（ｃ）図は入射光及び常光の光軸方向とプレートの結晶のｃ軸との関係を示す図である。
本例の波長変換デバイス１０は、非線形光学結晶であるβ−ＢａＢ2Ｏ4の単結晶（以下、ＢＢＯという）から成る複数枚のプレートを備え、レーザー装置２０から入射された波長がλ1＝532nmのレーザー光（基本波）を波長変換して、前記基本波の第２高調波（ＳＨ）である波長がλ2＝266nmのレーザー光を出射する。各プレートは、互いに隣接する板面同士を接合面として、後述する常温接合法により接合されている。
波長変換デバイス１０を構成するプレートは、厚さがｄの４枚のプレート１１（１１１〜１１４）と厚さがｄ/２の２枚のプレート１２（１２１，１２２）とを備え、プレート１２１がレーザー装置２０の入射側に配置され、プレート１２２がレーザー装置２０の波長変換デバイス１０の出射側に配置される。
プレート１１１〜１１４はプレート１２１とプレート１２２との間に配置される。以下、必要に応じて、プレート１２１を入射側プレート、プレート１２２を出射側プレート、プレート１１１〜１１４を中間プレートと呼ぶ。
プレート１１，１２及びプレート１１，１１は、互いに隣接するプレートの結晶のｃ軸の方向が接合面に対して面対称になるように配置される。
ここで、図１（ａ）の左右方向である常光の光軸方向であるプレートの板面に垂直な方向を厚さ方向もしくはｘ軸方向、紙面に垂直な方向を幅方向もしくはｙ軸方向、上下方向を高さ方向もしくはｚ軸方向とすると、プレート１２１のｃ軸とプレート１１２，１１４のｃ軸とは、厚さ方向に平行な面（z-x面）内において、厚さ方向に対し反時計回りに位相整合角θだけ傾いている。一方、プレート１２２のｃ軸とプレート１１１，１１３のｃ軸とは、厚さ方向に平行な面（z-x面）内において、厚さ方向に対し（π−θ）だけ傾いている。位相整合角θは非線形光学結晶の種類や入射する波長によっても異なるが、ＢＢＯの場合位相整合角θは例えば４５°〜５０°の範囲にある。
【００１４】
次に、図２を参照して上記構成からなる波長変換デバイス１０の動作を説明する。
レーザー装置２０から照射された波長がλ1＝532nmのレーザー光は、波長変換デバイス１０の入射端面である入射側プレート１２１のレーザー装置２０側の板面に垂直に入射する。この入射光は入射側プレート１２１の入射端面において複屈折して常光（o-ray）と異常光（e-ray）とに分離する。常光（o-ray）の屈折率ｎoは入射光の光軸に対する角度依存はないが、異常光（e-ray）の屈折率ｎeは入射光の光軸と結晶の光学軸であるｃ軸との成す角度によって変化するので、常光（o-ray）はレーザー光の入射方向に直進し、異常光（e-ray）は−ｚ方向に屈折する。
入射側プレート１２１のｃ軸はＢＢＯの位相整合角θだけ傾いているので、常光（o-ray）と異常光（e-ray）とは位相整合する。その結果、第２のプレート１１１の出射端面からは基本波であるλ1＝532nmのレーザー光の第２高調波（ＳＨ；波長λ2＝266nm）が出射される。常光（o-ray）と異常光（e-ray）との成す角度であるウォークオフ角をρとすると、入射側プレート１２１におけるウォークオフ量はΔＺ＝（ｄ/２）・tanρとなる。
入射側プレート１２１から出射した常光（o-ray）と異常光（e-ray）とはレーザー装置２０側の中間プレート１１１に入射し、常光（o-ray）はレーザー光の入射方向に直進する。
一方、中間プレート１１１では、ｃ軸の方向が隣接する入射側プレート１２１のｃ軸と接合面に対して面対称になるように配置されているので、異常光（e-ray）は＋ｚ方向、すなわち、常光（o-ray）の進行方向に屈折する。これにより、相互作用長が長くなるので変換効率が向上する。
中間プレート１１１での異常光（e-ray）のズレ量はΔｚ’＝ｄ・tanρと入射側プレート１２１のウォークオフ量ΔＺの２倍になるが、常光（o-ray）の光軸方向とのズレ量であるウォークオフ量ΔＺ’はΔＺ’＝（ｄ/２）・tanρで入射側プレート１２１におけるウォークオフ量ΔＺと等しい。
【００１５】
同様に、中間プレート１１２，１１３，１１４では、それぞれ、ｃ軸の方向が隣接する中間プレート１１１，１１２，１１３のｃ軸の方向と接合面に対して面対称になるように配置されているので、異常光（e-ray）は、中間プレート１１２では−ｚ方向に、中間プレート１１３では＋ｚ方向に、中間プレート１１４では−ｚ方向に屈折する。このとき、中間プレート１１２，１１３，１１４での異常光（e-ray）のズレ量はいずれも、Δｚ’＝ｄ・tanρとなる。また、ウォークオフ量ΔＺ’は入射側プレート１２１及び中間プレート１１１におけるウォークオフ量ΔＺと等しくなる。
端部側の中間プレート１１４から出射した常光（o-ray）と異常光（e-ray）とは出射側プレート１２２に入射し、常光（o-ray）はレーザー光の入射方向に直進して出射側プレート１２２のレーザー装置２０とは反対側の板面から出射される。出射側プレート１２２の結晶のｃ軸の方向は端部側の中間プレート１１４のｃ軸と接合面に対して面対称になるように配置されているので、異常光（e-ray）は＋ｚ方向に屈折して出射される。
出射側プレート１２２は、厚さが中間プレート１１４の半分であるので、異常光（e-ray）のズレ量Δｚもウォークオフ量ΔＺもΔｚ＝ΔＺ＝（ｄ/２）・tanρとなる。
このように、波長変換デバイス１０では、中間プレートとして４枚の厚さがｄのプレート１１１〜１１４を使用していても、ウォークオフ量を厚さがｄ/２のプレートを使用した場合と同じΔＺ＝（ｄ/２）・tanρにすることができるので、少ないプレート数でウォークオフを効果的に低減することができる。
【００１６】
次に、本発明の波長変換デバイス１０の製造方法について、図３のフローチャートに基づき説明する。始めに、ＣＺ法（チョコラスキー法）もしくはフラックス法で成長させたＢＢＯの単結晶から厚さがｄとｄ/２（ここでは、１ｍｍと０．５ｍｍ）の所定の面積（ここでは、一辺が５ｍｍ）の正方形板状のプレートを複数枚切り出す（ステップＳ１０）。
ＢＢＯの結晶のウエハーは、通常、図４に示すように、ｃ軸の方向がウエハー５５の厚さ方向であるｐ方向を向いているので、切り出し方向をｑ方向とすると、ｐ方向とｑ方向のなす角度が（９０°−θ）となるように切り出せばよい。これにより、切り出し後のｃ軸の方向が接合面となる切り出し面に垂直な面内で厚さ方向ｘに対して位相整合角θだけ傾いたプレートを得ることができる。
なお、ここでは、厚さがｄの４枚のプレートを中間プレートとし、厚さがｄ/２の２枚のプレートを端部側（入射側と出射側）プレートとし、これらのプレートを、図５に示すような、真空チャンバー３１と、真空チャンバー３１内に設置された第１及び第２の試料ホルダー３２，３３と、第１及び第２の試料ホルダー３２，３３の側面側に設置されたビーム源３４とを備えた常温接合装置３０を用いて接合する。
まず、前記プレートのうち中間プレートとなる２枚のプレート１１１，１１２を第１及び第２の試料ホルダー３２，３３の試料取付面３２ａ，３３ａにそれぞれ取付ける（ステップＳ１１）。このとき、プレート１１１，１１２を当該プレート１１１，１１２の結晶のｃ軸の方向が接合面に対して対称になるように対向して取付ける。ここで、第１及び第２の試料ホルダー３２，３３の試料取付面３２ａ，３３ａを水平面とし、この面に垂直な方向を上下方向とする。なお、本例では、第１の試料ホルダー３２を可動ホルダーとし、第２の試料ホルダー３３を固定ホルダーとした。第１の試料ホルダー３２は、図示しない昇降機構により、第２の試料ホルダー３３方向に上下動する。
ビーム源３４は、プレートの接合予定面にＡｒビームを照射する装置で、照射されるＡｒビームの中心が固定ホルダーである第２の試料ホルダー３３の試料取付面３３ａから所定距離離れた位置になるよう配置される。
【００１７】
プレート１１１，１１２の取付けが終了すると、真空チャンバー３１を閉じ、図示しない真空ポンプにより、真空チャンバー３１内を１０-5Ｐａ以下の高真空になるまで真空引きする（ステップＳ１２）とともに、可動ホルダーである第１の試料ホルダー３２を、固定ホルダーである第２の試料ホルダー３３方向に下降させた後、プレート１１１の表面１１１ａとプレート１１２の表面１１２ａとの距離が所定の距離ｄになった位置で保持する（ステップＳ１３）。
そして、真空チャンバー３１内が所定の真空度に到達してから、図６（ａ）に示すように、ビーム源３４を作動させて、Ａｒビームをプレート１１１，１１２の表面１１１ａ，１１２ａに所定時間照射して、表面１１１ａ，１１２ａをエッチングする（ステップＳ１４）。これにより、プレート１１１，１１２の表面１１１ａ，１１２ａを活性化処理することができる。
前記活性化処理の条件としては、Ａｒビームの広がり角をω＝１０°〜３０°、２枚のプレート１１１，１１２の間隔ｄを１〜５ｍｍ、Ａｒビームの照射エネルギー密度としては９０〜１２００Ｊ/ｃｍ2の範囲とすることが好ましい。これにより、プレート１１１，１１２の表面１１１ａ，１１２ａを均一にエッチングできるだけでなく、ケミカルエッチングのように、不要に深くエッチングすることがないので、表面１１１ａ，１１２ａを適正に活性化処理することができる。したがって、原子レベルでの接合を確実に行うことができ、変換効率を向上させることができる。
【００１８】
前記プレート１１１，１１２の表面１１１ａ，１１２ａの活性化処理が終了すると、図６（ｂ）に示すように、Ａｒビームの照射を停止するとともに、第２の試料ホルダー３３を第１の試料ホルダー３２方向に下降させて、プレート１１１の表面１１１ａとプレート１１２の表面１１２ａとを密着させて、プレート１１１とプレート１１２とを常温接合する（ステップＳ１５）。本例では、２枚のプレート１１１，１１２の間隔ｄを１〜５ｍｍとしているので、接合を１〜３秒程度の短時間で行うことができる。
その後、真空ポンプを停止させるとともに、真空チャンバー３１内に不活性ガスを導入して、真空チャンバー３１内を大気圧に戻した後、前記真空チャンバー３１を開けて、プレート１１１とプレート１１２とが接合された複合プレート１０Ａを取り出す（ステップＳ１６）。
【００１９】
次に、この複合プレート１０Ａを第１の試料ホルダー３２に取付け、第２の試料ホルダー３３には、新たなプレート１１３を取り付ける（ステップＳ１７）。このとき、第２の試料ホルダー３３に取付けられた新たなプレート１１３の結晶のｃ軸の方向と第１の試料ホルダー３２に取付けられた複合プレート１０Ａの接合予定面側のプレート１１２のｃ軸の方向とが接合面に対して対称になるように対向して取付ける。
そして、前記ステップＳ１２〜ステップＳ１４までの操作を行い、図６（ｃ）に示すように、新たなプレート１１３の表面１１３ａと複合プレート１０Ａの表面とを活性化処理した後、ステップＳ１５に進み、図６（ｄ）に示すように、新たなプレート１１３と複合プレート１０Ａとを常温接合して３枚のプレート１１１，１１２，１１３を接合した複合プレート１０Ｂを得る。
同様の操作を繰り返すことにより、４枚の中間プレート１１１〜１１４を接合した複合プレート１０Ｃを得る（複合プレート１０Ｃについては、図６（ｅ）を参照）。
【００２０】
次に、図６（ｅ）に示すように、複合プレート１０Ｃと端部側プレート１２のうちの一方の（入射側プレート１２１もしくは出射側プレート１２２）を常温接合する（ステップＳ１８）。このとき、端部側プレート１２の入射端面もしくは出射端面となる面を予め無反射コーティング処理する。そして、端部側プレート１２の結晶のｃ軸の方向と第１の試料ホルダー３２に取付けられた複合プレート１０Ｃの接合予定面側のプレート１１１のｃ軸の方向とが接合面に対して対称になるように、複合プレート１０Ｃを第１の試料ホルダー３２に取付け、前記ステップＳ１２〜ステップＳ１４までの操作を行うことで、端部側プレート１２の表面と複合プレート１１ａの表面とを活性化処理する。その後、ステップＳ１５に進み、端部側プレート１２と複合プレート１１ｂとを常温接合して、端部側プレート１２と中間プレート１１１〜１１４とから成る複合プレート１０Ｄを得る。
最後に、図６（ｆ）に示すように、端部側プレート１２のうちの他方のプレートと複合プレート１０Ｄとを常温接合する（ステップＳ１９）ことで、図１に示すような、波長変換デバイス１０を得ることができる。
【００２１】
図７は、常温接合装置３０を用いて作製した、厚さが１ｍｍの４枚のプレートと厚さが０．５ｍｍの２枚のプレートから成る全長が５ｍｍの波長変換デバイスに、波長がλ1＝532nmのレーザー光（基本波）を入射し、波長がλ2＝266nmである前記レーザー光の第２高調波（ＳＨ）を発生させたときの基本波のパワー（Fundamental Power；［Ｗ］） と第２高調波（ＳＨ）のパワー（SH Power；［μＷ］）との関係を示すグラフで、比較例として、バルク結晶を用いて作製した波長変換デバイスの測定結果を合わせて記した。なお、この時のウォークオフ角は、約４．８°である。
また、本発明による波長変換デバイスの作製条件は以下の通りである。
真空度……２．０×１０-6Ｔｏｒｒ
Ａｒビーム……電流：２ｍＡ、電圧：５ｋＶ、
広がり角：２０°、照射時間：６０秒
試料間距離……２ｍｍ
ビーム−試料間の距離……１０ｍｍ
接合時間……２秒
図７のグラフから、本願発明による波長変換デバイスは、バルク状の結晶を用いて作製した波長変換デバイスに比較して約２倍の出力が得られることがわかる。これにより、少ないプレート数で効率良くウォークオフを低減することのできる複屈折位相整合波長変換デバイスを容易に製造することができることが確認された。
【００２２】
なお、前記実施の形態では、２枚の端部側プレートと４枚の中間プレート１１とにより波長変換デバイス１０を構成したが、これに限るものではなく、プレートの厚さを薄くして接合枚数を更に増やすようにすれば、ウォークオフを更に低減して変換効率を向上させることができる。なお、この場合にも、結晶のｃ軸を厚さ方向に平行な面内において厚さ方向に対して位相整合角θだけ傾かせ、かつ、互いに隣接する２枚のプレートのｃ軸の方向が接合される面に対して面対称になるように配置するとともに、端部側プレート１２の厚さを中間プレート１１の厚さの半分に設定することはいうまでもない。
また、前記例では、始めに中間プレート１２を常温接合し、その後、常温接合した中間プレートと端部側プレートとを常温接合したが、常温接合する順番はこれに限るものではなく、端部側プレートから順に常温接合してもよい。
また、前記例では、非線形光学結晶としてβ−ＢＢＯ結晶を用いたが、ＬＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶、あるいは、ＫＴＰ結晶などの他の非線形光学結晶を用いてもよい。中でも、β−ＢＢＯ結晶やＬＢＯ結晶は、高品質の結晶が得られ易く損傷閾値も高いので、変換効率の高くかつ安定した性能を得ることができる。
また、前記例では、プレート１１，１２の表面をＡｒの原子ビームでエッチングしたが、分子ビーム、もしくは、イオンビームを用いてもよい。
【００２３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。
【００２４】
本発明によれば、少ないプレート数でウォークオフを効果的に低減することができるので、複屈折位相整合波長変換デバイスの生産性を向上させることができる。また、プレート同士を常温接合したので、変換効率の高くかつ安定した性能を有する複屈折位相整合波長変換デバイスを容易に提供することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１０ 複屈折位相整合波長変換デバイス、１１，１１１〜１１４ 中間プレート、
１２，１２１，１２２ 端部側プレート、２０ レーザー装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー光の波長を変換する波長変換デバイスとその製造方法に関し、特に非線形光学結晶から成る複数のプレートを積層して成る複屈折位相整合波長変換デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
深紫外光発生用の非線形光学結晶として、紫外領域で透明であり高い非線形光学定数を有するβ−ＢａＢ2Ｏ4（以下、ＢＢＯという）が広く用いられている。
しかし、ＢＢＯは大きな複屈折性を有するため、図８（ａ）に示すように、波長変換デバイス５０としてバルク状の結晶５０Ｂを用いた場合には、同図の実線で示す常光（o-ray）が入射光軸に沿って出射されるのに対し、同図の太い実線で示す異常光（e-ray）の出射方向が入射光軸からずれてしまう、いわゆる、ウォークオフが大きくなるため、位相整合に必要な相互作用長が制限されるという問題点があった。
このウォークオフを補償する方法として、図８（ｂ）に示すように、結晶のｃ軸が光の入射光軸に対して位相整合角θだけ傾く複数枚のプレート（ここでは、プレート枚数をＮ＝２とした）を、互いに隣接するプレート５１ａ，５１ｂの結晶のｃ軸の方向を反転させて配置することで相互作用長を長くしてウォークオフ量ΔＺを小さくする方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
波長変換デバイス５０の全長が同じ場合には、図８（ｃ）に示すように、厚さの薄いプレート５２ａ，５２ｂを、隣接するプレート５２ａ，５２ｂの結晶のｃ軸の方向が反転するよう多数（Ｎ＝８）配置した方がウォークオフ補償（WOC；Walk-Off Compensating）効果が大きく、変換効率も高い。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】J.-J.Zondy ,Ch.Bonnin and D.Lupinski ,J.Opt.Soc. Am.B 20,1675(2003)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の波長変換デバイスでは、ウォークオフ量ΔＺを小さくするためには、厚さの薄いプレートを多数準備する必要があり、産業用等のデバイスとして広く活用するには生産性の点で難がある。また、上記波長変換デバイスは、単にプレート同士を当接させているだけなので、プレート接合面で隙間ができるだけでなく、ｃ軸の傾きと位相整合角θとの間にずれが生じてしまい、結果として変換効率が大幅に低下するといった問題点があった。
２枚のプレート同士を接合する方法としては、表面をケミカルエッチングした後に圧着させる方法などが考えられるが、この場合にも、２枚のプレートの界面に原子レベル以上の隙間ができてしまい、そのため、光が界面で散乱されて十分な変換効率を得ることが困難であった。
【０００５】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、少ないプレート数で効率良くウォークオフを低減することのできる複屈折位相整合波長変換デバイスと、変換効率の高い複屈折位相整合波長変換デバイスを容易に製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため本願発明の構成として、互いに接合され、結晶のｃ軸が厚さ方向に平行な面内において厚さ方向に対して傾く非線形光学結晶から成る複数のプレートを備え、複数のプレートの配置が互いに隣接するプレートのｃ軸の方向が接合面に対して面対称であり、複数のプレートにおけるレーザー光の入射側端部の入射側プレートと、レーザー光の高調波を出射する出射側端部の出射側プレートとの間に位置するプレートの厚さが同一であり、入射側プレート及び出射側プレートの厚さが、入射側プレートと出射側プレートとの間に位置するプレートの厚さの１/２である構成とした。
本構成によれば、波長変換デバイスのウォークオフ量を厚さの薄い（結晶長の短い）入射側プレート及び出射側プレートのウォークオフ量と同じにできるので、少ないプレート数でウォークオフを効果的に低減することができる。
【０００７】
また、本願発明の他の構成として、非線形光学結晶がβ−ＢＢＯ結晶又はＬＢＯ結晶である構成とした。
本願構成によれば、非線形光学結晶として、高品質の結晶が得られ易く損傷閾値の高いβ−ＢＢＯ結晶やＬＢＯ結晶を用いることにより変換効率の高くかつ安定した性能を有する複屈折位相整合波長変換デバイスを得ることができる。
【０００８】
また、製造方法に係る態様として、結晶のｃ軸が厚さ方向に平行な面内において厚さ方向に対して傾く非線形光学結晶から成るプレート同士をｃ軸の方向が接合面に対して面対称となるように対向させ、プレート同士の接合面となる表面に原子ビーム、分子ビーム、イオンビームのうちいずれかを照射して表面を活性化処理する工程と、活性化処理されたプレート同士の表面を常温にて接合する工程とを備えた態様とした。
本願態様によれば、結晶のｃ軸が厚さ方向に平行な面内において厚さ方向に対して傾く非線形光学結晶から成るプレート同士を短時間のうちに原子レベルで接合できるので、変換効率の高い複屈折位相整合波長変換デバイスを容易に製造できる。
【０００９】
また、製造方法に係る他の態様として、接合されたプレート群の両端部に、当該プレート群を構成する各プレートの１/２の厚さを有し、結晶のｃ軸が厚さ方向に平行な面内において厚さ方向に対して傾く非線形光学結晶から成るプレートを接合するに際し、１/２の厚さを有するプレートをｃ軸の方向が接合面に対して面対称となるように対向させ、プレート同士の接合面となる表面に原子ビーム、分子ビーム、イオンビームのうちいずれかを照射して表面を活性化処理する工程と、活性化処理されたプレート同士の表面を常温にて接合する工程とを備えた態様とした。
本願態様によれば、プレート群を構成する各プレートの１/２の厚さを有し、結晶のｃ軸が厚さ方向に平行な面内において厚さ方向に対して傾く非線形光学結晶から成るプレート同士を短時間のうちに原子レベルで接合でき、さらに波長変換デバイスのウォークオフ量を入射側プレート及び出射側プレートのウォークオフ量と同じにできるので、変換効率の高い複屈折位相整合波長変換デバイスを容易に製造できる。
【００１０】
また、製造方法に係る他の態様として、１/２の厚さを有するプレートにおける入射端面となる面と出射端面となる面をのみを無反射コーティング処理する工程を備えた態様とした。
本願態様によれば、入射側に配置されるプレートと出射側に配置されるプレートの入射端面と出射端面のみをコーティング処理しているので、各接合面での損失を大幅に低減できるとともに、中間プレートの枚数を増やす場合にも同じ常温接合条件で済むので、生産効率が向上する。
なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る複屈折位相整合波長変換デバイスの構成を示す図である。
【図２】複屈折位相整合波長変換デバイスの動作を説明するための図である。
【図３】本実施の形態に係る複屈折位相整合波長変換デバイスの製造方法を示すフローチャートである。
【図４】プレートの切り出し方法の一例を示す図である。
【図５】常温接合装置の構成を示す模式図である。
【図６】プレートの接合方法を示す図である。
【図７】複屈折位相整合波長変換デバイスの変換特性を示す図である。
【図８】従来の複屈折位相整合波長変換デバイスの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施の形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また、実施の形態の中で説明される特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１３】
図１は本発明の実施の形態を示す図で、（ａ）図は複屈折位相整合波長変換デバイス(以下、波長変換デバイスという)を示す図、（ｂ）図は波長変換デバイスの各プレートと結晶のｃ軸との関係を示す図、（ｃ）図は入射光及び常光の光軸方向とプレートの結晶のｃ軸との関係を示す図である。
本例の波長変換デバイス１０は、非線形光学結晶であるβ−ＢａＢ2Ｏ4の単結晶（以下、ＢＢＯという）から成る複数枚のプレートを備え、レーザー装置２０から入射された波長がλ1＝532nmのレーザー光（基本波）を波長変換して、前記基本波の第２高調波（ＳＨ）である波長がλ2＝266nmのレーザー光を出射する。各プレートは、互いに隣接する板面同士を接合面として、後述する常温接合法により接合されている。
波長変換デバイス１０を構成するプレートは、厚さがｄの４枚のプレート１１（１１１〜１１４）と厚さがｄ/２の２枚のプレート１２（１２１，１２２）とを備え、プレート１２１がレーザー装置２０の入射側に配置され、プレート１２２がレーザー装置２０の波長変換デバイス１０の出射側に配置される。
プレート１１１〜１１４はプレート１２１とプレート１２２との間に配置される。以下、必要に応じて、プレート１２１を入射側プレート、プレート１２２を出射側プレート、プレート１１１〜１１４を中間プレートと呼ぶ。
プレート１１，１２及びプレート１１，１１は、互いに隣接するプレートの結晶のｃ軸の方向が接合面に対して面対称になるように配置される。
ここで、図１（ａ）の左右方向である常光の光軸方向であるプレートの板面に垂直な方向を厚さ方向もしくはｘ軸方向、紙面に垂直な方向を幅方向もしくはｙ軸方向、上下方向を高さ方向もしくはｚ軸方向とすると、プレート１２１のｃ軸とプレート１１２，１１４のｃ軸とは、厚さ方向に平行な面（z-x面）内において、厚さ方向に対し反時計回りに位相整合角θだけ傾いている。一方、プレート１２２のｃ軸とプレート１１１，１１３のｃ軸とは、厚さ方向に平行な面（z-x面）内において、厚さ方向に対し（π−θ）だけ傾いている。位相整合角θは非線形光学結晶の種類や入射する波長によっても異なるが、ＢＢＯの場合位相整合角θは例えば４５°〜５０°の範囲にある。
【００１４】
次に、図２を参照して上記構成からなる波長変換デバイス１０の動作を説明する。
レーザー装置２０から照射された波長がλ1＝532nmのレーザー光は、波長変換デバイス１０の入射端面である入射側プレート１２１のレーザー装置２０側の板面に垂直に入射する。この入射光は入射側プレート１２１の入射端面において複屈折して常光（o-ray）と異常光（e-ray）とに分離する。常光（o-ray）の屈折率ｎoは入射光の光軸に対する角度依存はないが、異常光（e-ray）の屈折率ｎeは入射光の光軸と結晶の光学軸であるｃ軸との成す角度によって変化するので、常光（o-ray）はレーザー光の入射方向に直進し、異常光（e-ray）は−ｚ方向に屈折する。
入射側プレート１２１のｃ軸はＢＢＯの位相整合角θだけ傾いているので、常光（o-ray）と異常光（e-ray）とは位相整合する。その結果、第２のプレート１１１の出射端面からは基本波であるλ1＝532nmのレーザー光の第２高調波（ＳＨ；波長λ2＝266nm）が出射される。常光（o-ray）と異常光（e-ray）との成す角度であるウォークオフ角をρとすると、入射側プレート１２１におけるウォークオフ量はΔＺ＝（ｄ/２）・tanρとなる。
入射側プレート１２１から出射した常光（o-ray）と異常光（e-ray）とはレーザー装置２０側の中間プレート１１１に入射し、常光（o-ray）はレーザー光の入射方向に直進する。
一方、中間プレート１１１では、ｃ軸の方向が隣接する入射側プレート１２１のｃ軸と接合面に対して面対称になるように配置されているので、異常光（e-ray）は＋ｚ方向、すなわち、常光（o-ray）の進行方向に屈折する。これにより、相互作用長が長くなるので変換効率が向上する。
中間プレート１１１での異常光（e-ray）のズレ量はΔｚ’＝ｄ・tanρと入射側プレート１２１のウォークオフ量ΔＺの２倍になるが、常光（o-ray）の光軸方向とのズレ量であるウォークオフ量ΔＺ’はΔＺ’＝（ｄ/２）・tanρで入射側プレート１２１におけるウォークオフ量ΔＺと等しい。
【００１５】
同様に、中間プレート１１２，１１３，１１４では、それぞれ、ｃ軸の方向が隣接する中間プレート１１１，１１２，１１３のｃ軸の方向と接合面に対して面対称になるように配置されているので、異常光（e-ray）は、中間プレート１１２では−ｚ方向に、中間プレート１１３では＋ｚ方向に、中間プレート１１４では−ｚ方向に屈折する。このとき、中間プレート１１２，１１３，１１４での異常光（e-ray）のズレ量はいずれも、Δｚ’＝ｄ・tanρとなる。また、ウォークオフ量ΔＺ’は入射側プレート１２１及び中間プレート１１１におけるウォークオフ量ΔＺと等しくなる。
端部側の中間プレート１１４から出射した常光（o-ray）と異常光（e-ray）とは出射側プレート１２２に入射し、常光（o-ray）はレーザー光の入射方向に直進して出射側プレート１２２のレーザー装置２０とは反対側の板面から出射される。出射側プレート１２２の結晶のｃ軸の方向は端部側の中間プレート１１４のｃ軸と接合面に対して面対称になるように配置されているので、異常光（e-ray）は＋ｚ方向に屈折して出射される。
出射側プレート１２２は、厚さが中間プレート１１４の半分であるので、異常光（e-ray）のズレ量Δｚもウォークオフ量ΔＺもΔｚ＝ΔＺ＝（ｄ/２）・tanρとなる。
このように、波長変換デバイス１０では、中間プレートとして４枚の厚さがｄのプレート１１１〜１１４を使用していても、ウォークオフ量を厚さがｄ/２のプレートを使用した場合と同じΔＺ＝（ｄ/２）・tanρにすることができるので、少ないプレート数でウォークオフを効果的に低減することができる。
【００１６】
次に、本発明の波長変換デバイス１０の製造方法について、図３のフローチャートに基づき説明する。始めに、ＣＺ法（チョコラスキー法）もしくはフラックス法で成長させたＢＢＯの単結晶から厚さがｄとｄ/２（ここでは、１ｍｍと０．５ｍｍ）の所定の面積（ここでは、一辺が５ｍｍ）の正方形板状のプレートを複数枚切り出す（ステップＳ１０）。
ＢＢＯの結晶のウエハーは、通常、図４に示すように、ｃ軸の方向がウエハー５５の厚さ方向であるｐ方向を向いているので、切り出し方向をｑ方向とすると、ｐ方向とｑ方向のなす角度が（９０°−θ）となるように切り出せばよい。これにより、切り出し後のｃ軸の方向が接合面となる切り出し面に垂直な面内で厚さ方向ｘに対して位相整合角θだけ傾いたプレートを得ることができる。
なお、ここでは、厚さがｄの４枚のプレートを中間プレートとし、厚さがｄ/２の２枚のプレートを端部側（入射側と出射側）プレートとし、これらのプレートを、図５に示すような、真空チャンバー３１と、真空チャンバー３１内に設置された第１及び第２の試料ホルダー３２，３３と、第１及び第２の試料ホルダー３２，３３の側面側に設置されたビーム源３４とを備えた常温接合装置３０を用いて接合する。
まず、前記プレートのうち中間プレートとなる２枚のプレート１１１，１１２を第１及び第２の試料ホルダー３２，３３の試料取付面３２ａ，３３ａにそれぞれ取付ける（ステップＳ１１）。このとき、プレート１１１，１１２を当該プレート１１１，１１２の結晶のｃ軸の方向が接合面に対して対称になるように対向して取付ける。ここで、第１及び第２の試料ホルダー３２，３３の試料取付面３２ａ，３３ａを水平面とし、この面に垂直な方向を上下方向とする。なお、本例では、第１の試料ホルダー３２を可動ホルダーとし、第２の試料ホルダー３３を固定ホルダーとした。第１の試料ホルダー３２は、図示しない昇降機構により、第２の試料ホルダー３３方向に上下動する。
ビーム源３４は、プレートの接合予定面にＡｒビームを照射する装置で、照射されるＡｒビームの中心が固定ホルダーである第２の試料ホルダー３３の試料取付面３３ａから所定距離離れた位置になるよう配置される。
【００１７】
プレート１１１，１１２の取付けが終了すると、真空チャンバー３１を閉じ、図示しない真空ポンプにより、真空チャンバー３１内を１０-5Ｐａ以下の高真空になるまで真空引きする（ステップＳ１２）とともに、可動ホルダーである第１の試料ホルダー３２を、固定ホルダーである第２の試料ホルダー３３方向に下降させた後、プレート１１１の表面１１１ａとプレート１１２の表面１１２ａとの距離が所定の距離ｄになった位置で保持する（ステップＳ１３）。
そして、真空チャンバー３１内が所定の真空度に到達してから、図６（ａ）に示すように、ビーム源３４を作動させて、Ａｒビームをプレート１１１，１１２の表面１１１ａ，１１２ａに所定時間照射して、表面１１１ａ，１１２ａをエッチングする（ステップＳ１４）。これにより、プレート１１１，１１２の表面１１１ａ，１１２ａを活性化処理することができる。
前記活性化処理の条件としては、Ａｒビームの広がり角をω＝１０°〜３０°、２枚のプレート１１１，１１２の間隔ｄを１〜５ｍｍ、Ａｒビームの照射エネルギー密度としては９０〜１２００Ｊ/ｃｍ2の範囲とすることが好ましい。これにより、プレート１１１，１１２の表面１１１ａ，１１２ａを均一にエッチングできるだけでなく、ケミカルエッチングのように、不要に深くエッチングすることがないので、表面１１１ａ，１１２ａを適正に活性化処理することができる。したがって、原子レベルでの接合を確実に行うことができ、変換効率を向上させることができる。
【００１８】
前記プレート１１１，１１２の表面１１１ａ，１１２ａの活性化処理が終了すると、図６（ｂ）に示すように、Ａｒビームの照射を停止するとともに、第２の試料ホルダー３３を第１の試料ホルダー３２方向に下降させて、プレート１１１の表面１１１ａとプレート１１２の表面１１２ａとを密着させて、プレート１１１とプレート１１２とを常温接合する（ステップＳ１５）。本例では、２枚のプレート１１１，１１２の間隔ｄを１〜５ｍｍとしているので、接合を１〜３秒程度の短時間で行うことができる。
その後、真空ポンプを停止させるとともに、真空チャンバー３１内に不活性ガスを導入して、真空チャンバー３１内を大気圧に戻した後、前記真空チャンバー３１を開けて、プレート１１１とプレート１１２とが接合された複合プレート１０Ａを取り出す（ステップＳ１６）。
【００１９】
次に、この複合プレート１０Ａを第１の試料ホルダー３２に取付け、第２の試料ホルダー３３には、新たなプレート１１３を取り付ける（ステップＳ１７）。このとき、第２の試料ホルダー３３に取付けられた新たなプレート１１３の結晶のｃ軸の方向と第１の試料ホルダー３２に取付けられた複合プレート１０Ａの接合予定面側のプレート１１２のｃ軸の方向とが接合面に対して対称になるように対向して取付ける。
そして、前記ステップＳ１２〜ステップＳ１４までの操作を行い、図６（ｃ）に示すように、新たなプレート１１３の表面１１３ａと複合プレート１０Ａの表面とを活性化処理した後、ステップＳ１５に進み、図６（ｄ）に示すように、新たなプレート１１３と複合プレート１０Ａとを常温接合して３枚のプレート１１１，１１２，１１３を接合した複合プレート１０Ｂを得る。
同様の操作を繰り返すことにより、４枚の中間プレート１１１〜１１４を接合した複合プレート１０Ｃを得る（複合プレート１０Ｃについては、図６（ｅ）を参照）。
【００２０】
次に、図６（ｅ）に示すように、複合プレート１０Ｃと端部側プレート１２のうちの一方の（入射側プレート１２１もしくは出射側プレート１２２）を常温接合する（ステップＳ１８）。このとき、端部側プレート１２の入射端面もしくは出射端面となる面を予め無反射コーティング処理する。そして、端部側プレート１２の結晶のｃ軸の方向と第１の試料ホルダー３２に取付けられた複合プレート１０Ｃの接合予定面側のプレート１１１のｃ軸の方向とが接合面に対して対称になるように、複合プレート１０Ｃを第１の試料ホルダー３２に取付け、前記ステップＳ１２〜ステップＳ１４までの操作を行うことで、端部側プレート１２の表面と複合プレート１１ａの表面とを活性化処理する。その後、ステップＳ１５に進み、端部側プレート１２と複合プレート１１ｂとを常温接合して、端部側プレート１２と中間プレート１１１〜１１４とから成る複合プレート１０Ｄを得る。
最後に、図６（ｆ）に示すように、端部側プレート１２のうちの他方のプレートと複合プレート１０Ｄとを常温接合する（ステップＳ１９）ことで、図１に示すような、波長変換デバイス１０を得ることができる。
【００２１】
図７は、常温接合装置３０を用いて作製した、厚さが１ｍｍの４枚のプレートと厚さが０．５ｍｍの２枚のプレートから成る全長が５ｍｍの波長変換デバイスに、波長がλ1＝532nmのレーザー光（基本波）を入射し、波長がλ2＝266nmである前記レーザー光の第２高調波（ＳＨ）を発生させたときの基本波のパワー（Fundamental Power；［Ｗ］） と第２高調波（ＳＨ）のパワー（SH Power；［μＷ］）との関係を示すグラフで、比較例として、バルク結晶を用いて作製した波長変換デバイスの測定結果を合わせて記した。なお、この時のウォークオフ角は、約４．８°である。
また、本発明による波長変換デバイスの作製条件は以下の通りである。
真空度……２．０×１０-6Ｔｏｒｒ
Ａｒビーム……電流：２ｍＡ、電圧：５ｋＶ、
広がり角：２０°、照射時間：６０秒
試料間距離……２ｍｍ
ビーム−試料間の距離……１０ｍｍ
接合時間……２秒
図７のグラフから、本願発明による波長変換デバイスは、バルク状の結晶を用いて作製した波長変換デバイスに比較して約２倍の出力が得られることがわかる。これにより、少ないプレート数で効率良くウォークオフを低減することのできる複屈折位相整合波長変換デバイスを容易に製造することができることが確認された。
【００２２】
なお、前記実施の形態では、２枚の端部側プレートと４枚の中間プレート１１とにより波長変換デバイス１０を構成したが、これに限るものではなく、プレートの厚さを薄くして接合枚数を更に増やすようにすれば、ウォークオフを更に低減して変換効率を向上させることができる。なお、この場合にも、結晶のｃ軸を厚さ方向に平行な面内において厚さ方向に対して位相整合角θだけ傾かせ、かつ、互いに隣接する２枚のプレートのｃ軸の方向が接合される面に対して面対称になるように配置するとともに、端部側プレート１２の厚さを中間プレート１１の厚さの半分に設定することはいうまでもない。
また、前記例では、始めに中間プレート１２を常温接合し、その後、常温接合した中間プレートと端部側プレートとを常温接合したが、常温接合する順番はこれに限るものではなく、端部側プレートから順に常温接合してもよい。
また、前記例では、非線形光学結晶としてβ−ＢＢＯ結晶を用いたが、ＬＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶、あるいは、ＫＴＰ結晶などの他の非線形光学結晶を用いてもよい。中でも、β−ＢＢＯ結晶やＬＢＯ結晶は、高品質の結晶が得られ易く損傷閾値も高いので、変換効率の高くかつ安定した性能を得ることができる。
また、前記例では、プレート１１，１２の表面をＡｒの原子ビームでエッチングしたが、分子ビーム、もしくは、イオンビームを用いてもよい。
【００２３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。
【００２４】
本発明によれば、少ないプレート数でウォークオフを効果的に低減することができるので、複屈折位相整合波長変換デバイスの生産性を向上させることができる。また、プレート同士を常温接合したので、変換効率の高くかつ安定した性能を有する複屈折位相整合波長変換デバイスを容易に提供することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１０ 複屈折位相整合波長変換デバイス、１１，１１１〜１１４ 中間プレート、
１２，１２１，１２２ 端部側プレート、２０ レーザー装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに接合され、結晶のｃ軸が厚さ方向に平行な面内において厚さ方向に対して傾く非線形光学結晶から成る複数のプレートを備え、
前記複数のプレートの配置が互いに隣接するプレートのｃ軸の方向が接合面に対して面対称であり、
前記複数のプレートにおけるレーザー光の入射側端部の入射側プレートと、前記レーザー光の高調波を出射する出射側端部の出射側プレートとの間に位置するプレートの厚さが同一であり、前記入射側プレート及び出射側プレートの厚さが、入射側プレートと出射側プレートとの間に位置するプレートの厚さの１/２である
複屈折位相整合波長変換デバイス。
【請求項２】
前記非線形光学結晶がβ−ＢＢＯ結晶又はＬＢＯ結晶である請求項１に記載の複屈折位相整合波長変換デバイス。
【請求項３】
結晶のｃ軸が厚さ方向に平行な面内において厚さ方向に対して傾く非線形光学結晶から成るプレート同士をｃ軸の方向が接合面に対して面対称となるように対向させ、前記プレート同士の接合面となる表面に原子ビーム、分子ビーム、イオンビームのうちいずれかを照射して表面を活性化処理する工程と、
活性化処理されたプレート同士の表面を常温にて接合する工程と、
を備えた複屈折位相整合波長変換デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記接合されたプレート群の両端部に、
当該プレート群を構成する各プレートの１/２の厚さを有し、結晶のｃ軸が厚さ方向に平行な面内において厚さ方向に対して傾く非線形光学結晶から成るプレートを接合するに際し、
１/２の厚さを有するプレートをｃ軸の方向が接合面に対して面対称となるように対向させ、プレート同士の接合面となる表面に原子ビーム、分子ビーム、イオンビームのうちいずれかを照射して表面を活性化処理する工程と、
活性化処理されたプレート同士の表面を常温にて接合する工程と、
を備えた請求項３記載の複屈折位相整合波長変換デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記１/２の厚さを有するプレートにおける入射端面となる面と出射端面となる面のみを無反射コーティング処理する工程を備えた請求項４記載の複屈折位相整合波長変換デバイスの製造方法。
【請求項１】
互いに接合され、結晶のｃ軸が厚さ方向に平行な面内において厚さ方向に対して傾く非線形光学結晶から成る複数のプレートを備え、
前記複数のプレートの配置が互いに隣接するプレートのｃ軸の方向が接合面に対して面対称であり、
前記複数のプレートにおけるレーザー光の入射側端部の入射側プレートと、前記レーザー光の高調波を出射する出射側端部の出射側プレートとの間に位置するプレートの厚さが同一であり、前記入射側プレート及び出射側プレートの厚さが、入射側プレートと出射側プレートとの間に位置するプレートの厚さの１/２である
複屈折位相整合波長変換デバイス。
【請求項２】
前記非線形光学結晶がβ−ＢＢＯ結晶又はＬＢＯ結晶である請求項１に記載の複屈折位相整合波長変換デバイス。
【請求項３】
結晶のｃ軸が厚さ方向に平行な面内において厚さ方向に対して傾く非線形光学結晶から成るプレート同士をｃ軸の方向が接合面に対して面対称となるように対向させ、前記プレート同士の接合面となる表面に原子ビーム、分子ビーム、イオンビームのうちいずれかを照射して表面を活性化処理する工程と、
活性化処理されたプレート同士の表面を常温にて接合する工程と、
を備えた複屈折位相整合波長変換デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記接合されたプレート群の両端部に、
当該プレート群を構成する各プレートの１/２の厚さを有し、結晶のｃ軸が厚さ方向に平行な面内において厚さ方向に対して傾く非線形光学結晶から成るプレートを接合するに際し、
１/２の厚さを有するプレートをｃ軸の方向が接合面に対して面対称となるように対向させ、プレート同士の接合面となる表面に原子ビーム、分子ビーム、イオンビームのうちいずれかを照射して表面を活性化処理する工程と、
活性化処理されたプレート同士の表面を常温にて接合する工程と、
を備えた請求項３記載の複屈折位相整合波長変換デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記１/２の厚さを有するプレートにおける入射端面となる面と出射端面となる面のみを無反射コーティング処理する工程を備えた請求項４記載の複屈折位相整合波長変換デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１８１４３８（Ｐ２０１２−１８１４３８Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４５４５４（Ｐ２０１１−４５４５４）
【出願日】平成２３年３月２日（２０１１．３．２）
【出願人】（５９９０１１６８７）学校法人 中央大学 (110)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２日（２０１１．３．２）
【出願人】（５９９０１１６８７）学校法人 中央大学 (110)
【Ｆターム（参考）】
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