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フェムト秒レーザー照射による分極反転構造の作成方法

国内特許コード P03A002032
整理番号 E060P11
掲載日 2003年10月1日
出願番号 特願2001-094346
公開番号 特開2002-287191
登録番号 特許第4578710号
出願日 平成13年3月28日(2001.3.28)
公開日 平成14年10月3日(2002.10.3)
登録日 平成22年9月3日(2010.9.3)
発明者
  • 細野 秀雄
  • 河村 賢一
  • 平野 正浩
  • 市川 潤一郎
  • 永田 裕俊
  • 八木 美紀
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
  • 住友大阪セメント株式会社
発明の名称 フェムト秒レーザー照射による分極反転構造の作成方法
発明の概要 【課題】分極反転周期構造の作成には、多くの方法が開発されているが、光を用いた方法はこれまで開発されていなかった。
【構成】 0.1TW/cm2以上の高密度フェムト秒レーザーパルスを強誘電体に照射することにより5~0.5μm径の局所的ドメイン反転構造を強誘電体中に作成することを特徴とするフェムト秒レーザー照射による分極反転構造の作成方法。または、0.1TW/cm2以上の高エネルギー密度を有し、互いに干渉した2つのフェムト秒レーザーパルスを強誘電体に照射することにより5~0.5μmの間隔を持つ短周期ドメイン反転構造を強誘電体中に作成することを特徴とするフェムト秒レーザー照射による分極反転構造の作成方法。強誘電体として、LiNbO3、MgドープLiNbO3、LiTaO3、KTiOPO4(KTP)、β―Ba223(BBO)、またはLiB25(LBO)を用いる。この方法で作成された短周期ドメイン反転構造を用いることを特徴とする高調波発生素子、和周波発生素子、または差周波発生素子。
従来技術、競合技術の概要


非線形光学効果を利用した波長変換では、基本波と波長変換波の間の位相整合を取る必要があるが、強誘電体中のドメインの分極方向を周期的に反転させることにより、擬似的に位相整合させ、波長変換を行うこともできる。こうした擬似位相整合素子では、適用できる材料や基本波波長に関する制限を取り除くことができる。



また、導波路型素子では、長い伝播距離に亘って、光密度を高く保つことができるので、「導波路型擬似位相変換素子」は、高効率で波長変換を実現することができる。



ドメイン分極反転周期をΛ としたとき、第二高調波が発生するための擬似位相整合条件は、(1)式で与えられる。



Λ =(2m+1)λp/2(n(λp)-n(λsh)) (1)
ここで、λp:基本波の波長、λsh:第二高調波の波長、n(λp)、n(λsh)は、各波長に対する実効屈折率、m:整数である。



周期反転構造を強誘電体に作製する方法として、
(1)LiNbO3結晶にTiないしLi2Oを拡散させ、1000~1100℃で熱処理する方法[非特許文献1、2]、
(2)LiNbO3の-Zに、ピロ燐酸を用い、260℃程度の温度処理で、プロトン交換を行い、その後、500~600℃で熱処理する方法[非特許文献3]、また、KTiOPO4(KTP)結晶をRb/Ba塩によりイオン交換する方法[非特許文献4]、
(3)LiNbO3、LiTaO3結晶の-z面上に室温で、収束電子ビームを照射する方法[非特許文献5]およびイオンビームを照射する方法[非特許文献6]、
(4)zカットLiNbO3、LiTaO3結晶の片面に周期電極、反対面に一様電極を設け、パルス電圧を印加する方法[非特許文献7]、
が報告されている。
【非特許文献1】
西原ほか Opt.Lett.16 (1991)375
【非特許文献2】
J.Webjornほか IEEE Photonics Tech Lett.1(1989)316
【非特許文献3】
K.Mizuuchiほか Appl.Phys.Lett. 60(1992) 1283
【非特許文献4】
C.van der Poel Appl.Phys.Lett. 57(1990) 2074
【非特許文献5】
M.Yamadaほか Electron.Lett.27(1991)1868
【非特許文献6】
K.MizuuchiほかElectron.Lett. 29(1993)2064
【非特許文献7】
M.Yamadaほか Appl.Phys.Lett.62(1993)435

産業上の利用分野


本発明は、高エネルギー密度を有する干渉したフェムト秒レーザーパルス光により、強誘電体中に周期分極反転構造、特に、微細な周期間隔を有する分極反転構造を作成する方法、およびその周期分極反転構造を応用した波長変換光素子に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
0.1TW/cm2以上の高エネルギー密度を有し、互いに干渉した2つのフェムト秒レーザーパルスを強誘電体結晶のz面に、干渉レーザー光の電気ベクトルが該結晶の分極方向に平行になる様に照射することにより該強誘電体結晶表面に5~0.5μmの間隔を持つ短周期ドメイン反転構造を強誘電体結晶表面に形成された回折格子の下側に作成することを特徴とするフェムト秒レーザー照射による分極反転構造の作成方法。

【請求項2】
強誘電体結晶に光導波路を形成し、該光導波路上に該レーザーパルスを照射することを特徴とする請求項1記載の分極反転構造の作成方法。

【請求項3】
強誘電体として、LiNbO3、MgドープLiNbO3、LiTaO3、KTiOPO4(KTP)、β―Ba223(BBO)、またはLiB25(LBO)を用いることを特徴とする請求項1または2に記載するフェムト秒レーザー照射による分極反転構造の作成方法。

【請求項4】
請求項記載の方法で作成された短周期ドメイン反転構造を用いることを特徴とする高調波発生素子、和周波発生素子、または差周波発生素子。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2001094346thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) ERATO 細野透明電子活性プロジェクト 領域
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