マイクロ引下げ法による青色SHG用KLM単結晶の実用化研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555096
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 福田 承生 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30199236)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 今井 克宏 日本ガイシ(株)第2研究所, 研究員 ; 今枝 美能留 日本ガイシ(株)第2研究所, グループリーダー ; 島村 清史 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (90271965)
• Keywords: 第2高調波発生 / 青色レーザー / 非線形光学結晶 / 単結晶成長 / マイクロ引下げ法 / 連続チャージ法 / 光学特性評価

Research Abstract

マイクロ引下げ(μ-PD)法作成K_3Li_<2-x>Nb_<5+x>O_<15+2x> (KLN)マイクロ単結晶を用いた青色第2高調波発生(SHG)デバイス実用化のため、その結晶作成条件、及び特性の均質等の検討を行った。
結晶作成条件検討として引下げ速度、成長方位、出発原料組成のそれぞれを検討した。引下げ速度6〜90mm/hrの条件下で結晶形の均一な無色透明、クラックのない高品質単結晶が作成できた。また成長方位の検討も行った結果、<100>、<110>および<001>とあらゆる方位で単結晶が作成できた。出発原料組成を変化させると、組成によっては作成結晶中にクラックが発生したが、引下げ速度を遅くすることでクラックのない高品質単結晶が作成できた。
SHG特性の均質化を検討するために作成結晶の成長方向に沿った位相整合波長の測定を行った結果、結晶全域に渡り、それぞれの引下げ速度において位相整合波長にほぼ変化がなかった。同様に成長軸に沿って化学組成分析を行った結果、各構成元素は均一に分布していることがわかった。これらの結果と連続チャージ法の併用によりSHGデバイス実用レベルの高品質単結晶の大型化、長尺化が可能であることがわかった。
作成結晶の位相整合波長許容幅等の非線形光学特性の詳細検討をおこなった結果、KLNの角度及び温度許容範囲はそれぞれ44mrad・cm、2.1℃・cmであることがわかり、従来の材料と比較し大きな角度・温度許容範囲を持つことがわかった。
以上より、マイクロ引下げ法によりKLN高品質単結晶作成が可能となった。更に特性の均質化にも成功したことから、結晶材料選択の幅が広がり、特に小型化が要求される光エレクトロニクス分野で、新しい高機能性結晶実用化へに道が開かれた。

Research Products

• [Publications] K.Imai, M.Imaeda, S.Uda, K.Shimamura, T.Taniuchi and T.Fukuda: "Homogeneity and SHG Properties of K_3Li_<2-x>Nb_<5+x>O_<15+2x> Single Crystals Grown by Micro-Pulling-Down Technique" Journal of Crystal Growth. (accepted). (1997)