[發明專利]波長轉換元件

無效

• 申請號: 200680009683.0
• 申請日: 2006-03-24
• 公開（公告）號: CN101147098A
• 公開（公告）日: 2008-03-19
• 發明（設計）人: 古屋博之;水內公典;山本和久
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: G02F1/37
• 分類號: G02F1/37
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 王瑋

技術領域

本發明涉及非線性光學元件。本發明具體地涉及用于光波長轉換的波長轉換元件。

背景技術

近年來，已經專注于高輸出激光光源作為用于處理應用、激光顯示等的光源。諸如YAG激光器的固態激光器、使用具有諸如Yb和Nd之類的稀土元素光纖的光纖激光器已經發展成為紅外光區域中的激光光源。另一方面，在可見光區域的激光光源中，具體地已經發展了紅光和藍光區的激光光源、使用砷化鎵和氮化鎵等的半導體激光器，并且也已經研究了這些光源的高輸出性能。然而，仍然難以從半導體激光器直接產生綠光。因此，通常使用的方法包括：使用上述固態激光器或光纖激光器以首先獲得紅外光激光器；然后將紅外光通過非線性光學晶體的波長轉換元件以實現波長轉換；從而獲得綠光激光。

回到在開發上述半導體激光器之前的年代，除了使用非線性光學晶體的波長轉換之外，幾乎沒有從可見光區域產生紫外區域激光的方法。在這種技術背景下，已經積極地開發和利用了諸如鈮酸鋰(LiNbO₃)、鉭酸鋰(LiTaO₃)、三硼酸鋰(LiB₃O₅)、β-硼酸鋇(β-BaB₂O₄)、磷酸鈦氧基鉀(KTiOPO₄：KTP)和硼酸銫鋰(CsLiB₆O₁₀：CLBO)。

在作為以上示例取得的多種光學材料中，具體地公知的是鈮酸鋰晶體具有較大的非線性光學常數。因為其較大的非線性光學常數，包含鈮酸鋰晶體的非線性光學晶體表現出較高的轉換效率，并且另外能夠簡單地構造使用該晶體的設備。因此，在具有100mW量級輸出的設備中頻繁使用采用鈮酸鋰晶體的偏振反轉技術來形成準相位匹配(QPM)波長轉換元件。

例如，使用鈮酸鋰(LN)晶體或鉭酸鋰(LT)晶體的準相位匹配(QPM)鈮酸鋰元件(QPM-LN元件)具有比LBO晶體或KTP晶體更大的非線性光學常數。因此，高效率和高輸出的波長轉換是可能的。然而，QPM-LN元件要求將光能量會聚到較窄的區域中。同樣充分地，由基波和在晶體內部根據基波產生的二次諧波引起的晶體損壞和解構(destruction)與KTP晶體等的晶體損壞和解構相比易于出現。

此外，具有幾W量級輸出的設備使用諸如硼酸鋰(LBO)和磷酸鈦氧基鉀(KTP)之類的非線性光學晶體。前一種LBO晶體具有下述有利的特征：由基波和在晶體內部根據基波產生的二次諧波引起的晶體損壞和解構幾乎不會出現。然而，所述晶體的非線性光學常數較小。因此，為了獲得高轉換效率，配置了諧振器，并且將所述晶體放置在諧振器中。因此，設備的結構變得復雜，并且所述設備也具有需要精細調節的缺點。后一種KTP晶體的非線性光學常數與LBO晶體的非線性光學常數相比較大。因此，KTP晶體與LBO晶體不同，可以無需諧振器就獲得高轉換效率。然而，KTP晶體具有以下缺點：由基波和在晶體內部根據基波產生的二次諧波引起的晶體損壞和解構易于出現。

上述晶體解構包括由光(光折射)引起的折射率變化。通常為了限制作為晶體解構的一種的光折射，盡可能地去除在晶體內部產生吸收峰的雜質；為了補償甚至當進行去除時產生的空穴或者由對位缺陷(anti-site?defect)產生的電荷的目的，所述對位缺陷是在其中最初組成晶體的另一種元素已經存在的位置存在的不同元素，通常執行由氧化鎂或氧化鋅的摻雜實現的透射率的吸收端向短波長區域移動的控制、或者可見光區域透射率的改善。

JP06-016500A(專利文獻1)通過向晶體(鈮酸鋰LN和鉭酸鋰LT)中引入添加劑來嘗試限制由光(光折射)引起的折射率改變，以及JP2002-072266A(專利文獻2)也通過使用能夠使晶體成分接近理想成分(化學計量法：按化學計量組成所需的成分)的方法生長晶體來嘗試進行限制。

然而目前，甚至在以上專利文獻1和2中的嘗試還沒有完全地限制晶體損壞和解構。

如上所述，每一種非線性光學晶體均具有優點和缺點。在目前還沒有成功地限制這些確定的情況下，非線性光學晶體的優點和缺點是一種折衷的關系。因此目前我們不得不在考慮這種折衷關系的同時根據應用來確定將要使用的晶體。