專利名稱：光學元件、發(fā)光器件、以及制造光學元件的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用非線性光學效應實現光波長轉換的光學元件、一種用于所發(fā)出的光可被所述光學元件轉換波長的發(fā)光器件、以及制造該光學元件的方法。
本申請要求享有2002年6月26日在日本提交的專利申請2002-186697號的優(yōu)先權。該申請被引入本申請中作為參考。
背景技術：
作為小型短波長激光器或波長轉換激光器，有OPO(光學參數振蕩器)激光器，它是采用非線性光學晶體的SHG(二次諧波發(fā)生)激光器的代表。這種激光器有一個規(guī)定波長的基波激光束，將該基波光束轉換成波長不同于該基波波長的激光束，并輸出轉換后的光束。實現所述波長轉換的激光器可用于各種光盤裝置或光通信模塊等等的光源。
這種激光器采用了在內腔型OPO激光器中放入固態(tài)激光晶體的方法，其中非線性光學晶體放置在腔內，且半導體激光器輸出的激光束可以入射到固態(tài)激光器晶體側的一個端面上，以激勵固態(tài)激光晶體并產生基波光束。
在此情況下，所述激光器使放置在腔內的全部光學元件相接觸或粘接，以形成由激光束輸入端的端面與激光輸出端的端面構成的激光腔。于是，可以制成小型化的器件。而且，可以不必調整光學元件，這類器件可以用于各種用途。而且不僅可使所述激光器小型化，還可以通過基波光束在腔內多次反射而提高轉換效率。
在制造用于這種激光器的光學元件的方法中，較大晶片的兩個晶體部件通過粘結劑彼此疊置，然后形成光學薄膜等等，并將得到的產品切割成芯片。
在此方法中，由于晶片可以在沒有因光學薄膜應力而發(fā)生彎曲的狀態(tài)下彼此粘接，因此可以得到厚度均勻的粘合劑層。據此，不僅可改善光學部件的各種特性，而且還能抑制切割的芯片的不均勻問題。
在所述用于制造光學元件的方法中，形成光學薄膜時粘合劑層暴露于高溫之下。于是，該粘合劑層有可能脫落，或由于兩晶體部件的線膨脹系數不同而引起晶體部件損傷。
在這種用半導體激光器所發(fā)出激光束作為泵浦而發(fā)出基波光束的激光器中，激光束將加熱光學元件。因此，當激光束輸出提高時，粘合劑層可能脫落，或因兩晶體部件線膨脹系數不同而使兩晶體部件受損。
特別是，當兩個線膨脹系數顯著不同的晶體部件彼此粘接的時候，粘合劑層脫落或晶體部件受損的可能性更大。
當出現粘合劑層脫落或晶體部件損壞的情況時，要考慮以下現象。當兩個線膨脹系數顯著不同的晶體部件彼此粘接、且在兩晶體部件彼此粘接的條件下暴露于高溫環(huán)境時，由于線膨脹系數之差將在粘合劑層內產生應力。當粘合劑層緩解了所述應力時，粘合劑層將不脫落，也不損壞基底。當粘合劑層不能緩解所述應力時，則首先在強度最低的部件處發(fā)生脫落或損壞。決定粘合劑層是否從晶體部件上脫開或晶體部件是否損壞的因素取決于粘合劑層的粘合強度與晶體部件脆性之間的關系。這里，粘合劑層是否能緩解應力，取決于固化后粘合劑層本身的機械性能和包括粘合劑層厚度和粘合面積在內的幾何參數。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠解決所述光學元件中問題的新的光學元件、采用這種光學元件的發(fā)光器件以及制造該光學元件的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種不會因線膨脹系數不同而使粘合劑層脫落或使晶體部件損壞的光學元件、和具有這類光學元件的發(fā)光器件。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種用于制造不因線膨脹系數不同而發(fā)生粘合劑層脫落或晶體部件損壞的光學元件的方法。
為了實現所述目的，根據本發(fā)明的光學元件可用于將來自光源的具有規(guī)定波長的光轉換成波長不同于該規(guī)定波長的光，并輸出具有轉換后波長的光。該光學元件包括包含KTiOPO4或石英的第一晶體部件；包含摻釹(Nd)的YVO4的第二晶體部件；和使第一晶體部件粘接到第二晶體部件上的粘合劑層。第一晶體部件和第二晶體部件的經由粘合劑層彼此相對的表面具有相差5ppm或更大的線膨脹系數，且將所述經由粘合劑層彼此相對的表面設置成包含晶軸。粘合劑層通過光照法固化玻璃轉化點為75℃或更低的丙烯酸類粘合劑而形成，其中固化后的粘合劑層的折射率為1.52或更低。
在本發(fā)明的光學元件中，分別具有彼此相對的表面且其線膨脹系數相差5ppm或更大的第一晶體部件和第二晶體部件，它們被布置成使彼此相對的表面包含晶軸。玻璃轉化點為75℃或更低的丙烯酸類粘合劑涂覆在第一晶體部件或第二晶體部件的表面上，以使第一晶體部件與第二晶體部件鄰接。用光照射該粘合劑使其固化。于是，因第一晶體部件與第二晶體部件相互的相對表面之間線膨脹系數不同而引起的粘合劑層脫落或第一晶體部件和/或第二晶體部件的損壞可以得到抑制。
本發(fā)明的發(fā)光器件包括一發(fā)射具有規(guī)定波長光的光源；和一光學元件，其中該光學元件包括含有KTiOPO4或石英的第一晶體部件、含有摻Nd的YVO4的第二晶體部件、和使第一晶體部件粘接到第二晶體部件上的粘合劑層，并將光源發(fā)出的光的波長轉換成波長不同于所述規(guī)定波長的光進行輸出。第一晶體部件和第二晶體部件經由粘合劑層彼此相對的表面具有相差5ppm或更大的線膨脹系數。所述經由粘合劑層彼此相對的表面設置成包含晶軸。借助于用光照法固化玻璃轉化點為75℃或更低的丙烯酸類粘合劑形成粘合劑層，其中固化后的粘合劑層的折射率為1.52或更低。
在本發(fā)明的發(fā)光器件中，分別具有彼此相對的表面且其線膨脹系數相差5ppm或更大的第一晶體部件和第二晶體部件，它們被布置成使彼此相對的表面包含晶軸。將玻璃轉化點為75℃或更低的丙烯酸類粘合劑涂覆在第一晶體部件或第二晶體部件的所述表面上，以使第一晶體部件與第二晶體部件鄰接。用光照射粘合劑使其固化。于是，因第一晶體部件與第二晶體部件相對表面之間線膨脹系數不同而引起的粘合劑層脫落或第一晶體部件和/或第二晶體部件的損壞可以得到抑制。
本發(fā)明的用于制造將光源發(fā)出的規(guī)定波長光轉換成波長不同于該規(guī)定波長的光而輸出的光學元件的方法包括拋光步驟，對含有KTiOPO4或石英的第一晶體部件和含有摻Nd的YVO4的第二晶體部件進行光學拋光，以使得彼此相對的表面具有相差5ppm或更大的線膨脹系數并且所述彼此相對的表面包含晶軸；涂覆步驟，在第一晶體部件或第二晶體部件的所述表面上涂覆玻璃轉化點為75℃或更低的丙烯酸類粘合劑；粘接步驟，借助于涂覆步驟涂覆的粘合劑使第一晶體部件與第二晶體部件鄰接，并用光照射所述粘合劑使其固化并形成具有1.52或更低折射率的粘合劑層；以及切割步驟，將借助粘合劑層而彼此粘接在一起的第一晶體部件和第二晶體部件切割成所需的尺寸。
在制造本發(fā)明光學元件的方法中，分別具有彼此相對的表面且其線膨脹系數相差5ppm或更大的第一晶體部件和第二晶體部件，它們被布置成使彼此相對的表面包含晶軸。將玻璃轉化點為75℃或更低的丙烯酸類粘合劑涂覆在第一晶體部件或第二晶體部件的表面上，以使第一晶體部件與第二晶體部件鄰接。用光照射所述粘合劑使其固化，并將第一晶體部件粘接到第二晶體部件上。將彼此粘接的第一晶體部件和第二晶體部件切割成所需尺寸的光學元件。按此方式制造的光學元件中，因第一晶體部件與第二晶體部件之間線膨脹系數不同而引起的粘合劑層脫落或第一晶體部件和/或第二晶體部件的損壞可以得到抑制。
本發(fā)明的其他目的和本發(fā)明的具體優(yōu)點可以通過下文參考附圖對實施方式的描述更清楚地獲知。


圖1是應用本發(fā)明的激光指示器結構的側視圖；圖2示出了構成波長轉換元件的粘合劑層的各粘合劑試樣判定結果的圖表；圖3是表示判定結果的圖表，表中示出了構成波長轉換元件的粘合劑層的粘合劑試樣中丙烯酸類試樣與玻璃轉化點Tg的關系；圖4是表示判定結果的圖表，它示出了構成波長轉換元件的粘合劑層的各粘合劑試樣中丙烯酸類試樣和玻璃轉化點為75℃或更低的試樣與固化后的粘合劑折射率nd的關系。
具體實施例方式
下文將描述用于激光指示器的本發(fā)明的實施方式。
應用本發(fā)明的激光指示器可以轉換由半導體激光器發(fā)出的激光束的波長，并輸出具有更短波長的激光束。用戶可以用所述激光束標記所需的位置。
對此，普通激光指示器采用的波長大約為600nm或更長的紅色波段的激光束。應用本發(fā)明的激光指示器發(fā)出的是比紅色波段可見度更高的500nm左右的綠色波段的激光束。
如圖1所示，應用本發(fā)明的激光指示器1包括用于發(fā)出激光束的半導體激光器10、用于轉換半導體激光器10所發(fā)出的激光并輸出轉換后的激光束的波長轉換元件11、用于對經波長轉換元件11轉換的激光束實施整形的發(fā)射透鏡12、以及用于為驅動半導體激光器10供電的電池13。
半導體激光器10例如是用于發(fā)射具有大約808nm波長的激光束的半導體激光器。
波長轉換元件11是用于轉換半導體激光器10所發(fā)出的激光束波長以輸出大約532nm波長激光束(下文稱為轉換的激光束)的元件。
發(fā)射透鏡12是用來對轉換的激光束進行整形的透鏡元件。在發(fā)射透鏡12中，例如可以沿光軸方向調整位置，以調節(jié)光束的半徑。
電池13是為驅動半導體激光器10供電的電池。為了使激光指示器1的結構緊湊，采用的是小型電池。當下述激光指示器1的外殼為柱形時，優(yōu)選電池13也為柱形，以使得電池與外殼相配。
在具有所述結構的激光指示器1中，半導體激光器10、波長轉換元件11、發(fā)射透鏡12和電池13被固定在圖中未示出的外殼中。激光指示器1可構造成例如基本上為柱形，即所謂筆形。
波長轉換元件11包括第一晶體部件20、第二晶體部件21、通過固化第一晶體部件20與第二晶體部件21之間的粘合劑而得到的粘合劑層22、以及在第一晶體部件20和第二晶體部件21之間構成一對光學薄膜的第一選擇性透射膜23和第二選擇性透射膜24，由此形成一腔體。
第一晶體部件20例如可由摻釹的YVO4(釩酸釔)制成。透過第一選擇性透射膜23的激光束可以入射到第一晶體部件上，通過該激光束的激勵而輸出具有大約1064nm波長的激光束(稱為基波光束)。
第二晶體部件21例如可由KTiPO4(下文稱為KTP)制成，它將第一晶體部件20輸出的基波光束轉換成具有1/2所述基波波長的激光束，即用SHG轉換光束并將大約532nm的轉換光束輸出到第二選擇性透射膜24。
第一晶體部件20和第二晶體部件21具有彼此相對的表面，它們的線膨脹系數相差5ppm或更大。第一和第二晶體部件20和21配置成包含它們的c-軸的表面彼此相對的結構，以獲得實現SHG的相位匹配優(yōu)化條件。
這里，當波長轉換元件11用于SHG激光器時，使YVO4粘接到KTP上。至于它們的結晶軸的關系，由于KTP的c-軸和YVO4的a/c組合軸相互粘接，因此它們之間的線膨脹系數之差大到-0.65(KTP)-7.9(YVO4)＝8.55ppm。
通過用紫外光或可見光照射具有透光特性且玻璃轉化點Tg為75℃或更低的丙烯酸類粘合劑并使其固化而形成粘合劑層22，該粘合劑層的折射率約為1.52或更低。特別是，粘合劑層22至少對所述激光束和基波光束的波長具有高的透過率。
第一選擇性透射膜23是用作透射激光束而反射基波光束的光學薄膜，且被設計成根據激光束和基波光束的波長而具有不同透射率和反射率。即，根據半導體激光器10、第一晶體部件20和第二晶體部件21之間的關系，第一選擇性透射膜23可以透過波長約為808nm的激光束而反射波長約為1064nm的激光束。
第二選擇性透射膜24是用作透射基波束而反射轉換光束的光學薄膜，且被設計成根據基波光束和轉換光束的波長而具有不同透射率和反射率。即，根據半導體激光器10、第一晶體部件20和第二晶體部件21之間的關系，第二選擇性透射膜24可以透過波長約為1064nm的激光束而反射波長約為532nm的激光束。
下文將就具有所述結構的波長轉換元件11的激光指示器1中的光路進行描述，其中半導體激光器10發(fā)出的激光束被變成轉換光束發(fā)射出去。
由半導體激光器10發(fā)出的具有大約808nm波長的激光束從第一選擇性透射膜23入射到波長轉換元件11上，該激光束透過第一選擇性透射膜23而入射到第一晶體部件20上，并激勵第一晶體部件20產生波長約為1064nm的基波光束。
然后，從第一晶體部件20輸出的波長約為1064nm的基波光束入射到粘合劑層22上，并穿過該粘合劑層22。隨后，基波光束入射到第二晶體部件21上，并由第二晶體部件21按規(guī)定的轉換效率進行轉換波長，以得到大約為所述波長1/2倍的、約532nm波長的轉換光束。
此外，在第二晶體部件21中未被轉換的波長為1064nm的剩余基波光束入射到第二選擇性透射膜24上，并被第二選擇性透射膜24反射。然后，所述剩余基波光束在第一選擇性透射膜23與第二選擇性透射膜24之間多次反射，直至所述基波光束轉換成具有大約532nm波長的轉換光束為止。
隨后，從第二晶體部件21輸出的波長基本為532nm的轉換光束被入射到第二選擇性透射膜24上，并透射過該第二選擇性透射膜24。然后，轉換光束入射到發(fā)射透鏡12上，并以規(guī)定光束形式從激光指示器1發(fā)射到所需的地方。
如上所述，在本發(fā)明的激光指示器1中，半導體激光器10發(fā)出的波長約為808nm的激光束被轉換成波長約為1064nm的基波光束，然后再轉換成波長約為532nm的轉換光束，并輸出所述轉換光束。
現在，詳細描述粘合劑層22。
如上所述，通過用紫外光或可見光照射玻璃轉化點為75℃或更低的丙烯酸類粘合劑并使其固化形成粘合劑層22，該粘合劑層的折射率為1.52或更低。
這里，丙烯酸類粘合劑代表這樣的粘合劑其具有由丙烯酸衍生物組成的官能團、如丙烯酸酯基團、甲基丙烯酸酯基團、尿烷丙烯酸酯基團等的分子結構的粘合劑分子被鍵合在一起，并通過在丙烯酸衍生物中的雙鍵上進行自由基引發(fā)聚合、陰離子催化聚合、陽離子催化聚合等使其固化。
作為用于粘合劑層22的粘合劑，采用了表1中所示的試樣1至試樣34的粘合劑。于是，可以對當規(guī)定輸出的激光束照射到波長轉換元件11上時所出現的粘合劑層22脫落、和第一晶體部件20和/或第二晶體部件21損壞作出評價。然后，采用評價結果好的粘合劑。表1的結果用圖2的曲線表示。表和圖2中所示的○表示粘合劑層22未脫落，第一晶體部件20和/或第二晶體部件21未損壞。×表示粘合劑層22脫落或第一晶體部件20和/或第二晶體部件21損壞。
表1

試樣1至試樣4所示的粘合劑是丙烯酸類粘合劑，分別為Adell Co.，Ltd公司生產的UT-20(商品名)、V300(商品名)、HV153(商品名)、HR154(商品名)。試樣5所示的粘合劑是Chemitec Co.，Ltd公司生產的丙烯酸類粘合劑U471(商品名)。試樣6所示的粘合劑是Daikin Industries，Ltd公司生產的UV3000(商品名)丙烯酸類粘合劑。試樣7至試樣9所示的粘合劑分別是Nagase & Co.，Ltd公司(DENA)生產的XNR5472F(商品名)、XNR5520(商品名)和T695/UR(商品名)丙烯酸類粘合劑。試樣10至試樣14所示的粘合劑分別是Denki Kagaku Kogyo(DENKA)K.K公司生產的OP1080L(商品名)、OP1030K(商品名)、OP1030M(商品名)、OP1030MS(商品名)和OP3010P(商品名)丙烯酸類粘合劑。試樣15所示的粘合劑是Henkel Japan Ltd公司生產的363(商品名)丙烯酸類粘合劑。試樣16和試樣17所示的粘合劑分別是Sunrise MSI Corporation公司生產的PH150(商品名)和PH300(商品名)丙烯酸類粘合劑。試樣18至試樣21所示的粘合劑分別是Kyoritsu Chemical&Co.，Ltd公司生產的801seL6(商品名)、XVL90(商品名)、8807L5(商品名)和X8750LK5(商品名)丙烯酸類粘合劑。
試樣22至試樣24所示的粘合劑分別是Daikin Industries，Ltd公司生產的UV3 100(商品名)、UV3200(商品名)和UV4000(商品名)環(huán)氧類粘合劑。試樣25所示的粘合劑是Nagase&Co.，Ltd公司(DENA)生產的XNR5507FL(商品名)環(huán)氧類粘合劑。
試樣26和試樣27所示的粘合劑分別是SAN-EI TECH(EMI)Co.，Ltd公司生產的3505(商品名)和3507(商品名)環(huán)氧類粘合劑。試樣28所示的粘合劑是Daizo(EPOTEK)Corporation公司生產的OG146(商品名)環(huán)氧類粘合劑。試樣29至試樣33所示的粘合劑分別是SAN-EI TECH(NORLAND)Co.，Ltd公司生產的NOA61(商品名)、NOA71(商品名)、NOA73(商品名)、NOA81(商品名)和NOA88(商品名)環(huán)氧類粘合劑。試樣34所示的粘合劑是Three bond Co.，Ltd公司生產的TB3121(商品名)環(huán)氧類粘合劑。
從表1和圖2中可獲知，丙烯酸類粘合劑包括沒有發(fā)生粘合劑層22脫落或第一晶體部件20和/或第二晶體部件21損壞的試樣。但是，在環(huán)氧類粘合劑中，所有的試樣都發(fā)生粘合劑層22脫落或第一晶體部件20和第二晶體部件21損壞現象。
現在，根據表1，選出評價結果好的丙烯酸類粘合劑。于是，每個試樣的玻璃轉化點Tg與粘合劑層22脫落和晶體部件損壞之間的關系曲線表示在圖3中。O表示未出現粘合劑層22脫落或第一晶體部件20和/或第二晶體部件21損壞?！帘硎境霈F粘合劑層22脫落或第一晶體部件20和/或第二晶體部件21損壞。而且，圖3中各試樣的次序表示的是表1所示丙烯酸類粘合劑試樣按照玻璃轉化點Tg排序的情況。
注意圖3中每個試樣的玻璃轉化點Tg。在玻璃轉化點Tg為75℃或更低的粘合劑中，包括未出現粘合劑層22脫落或第一晶體部件20和/或第二晶體部件21損壞的試樣。但是，在玻璃轉化點Tg為75℃或更高的粘合劑中，所有試樣都發(fā)生粘合劑層22脫落或第一晶體部件20和第二晶體部件21損壞現象。
現在根據圖3所示的結果，選出具有良好評價結果且玻璃轉化點為75℃或更低的丙烯酸類粘合劑。于是，在圖4中表示出每個試樣的折射率nD與粘合劑層22脫落及晶體部件損壞之間關系的曲線。在圖4中，○表示未出現粘合劑層22脫落或第一晶體部件20和/或第二晶體部件21損壞?！帘硎境霈F粘合劑層22脫落或第一晶體部件20和/或第二晶體部件21損壞。而且，圖4中各試樣的次序表示的是表1所示玻璃轉化點Tg為75℃或更低的丙烯酸類粘合劑試樣按照折射率nD排序的情況。
注意圖4中每個試樣的折射率nD。在折射率為1.52或更低的粘合劑中，所有試樣都未出現粘合劑層22脫落或第一晶體部件20和/或第二晶體部件21損壞。但是，在折射率高于1.52的粘合劑中，所有試樣都出現了粘合劑層22脫落或第一晶體部件20和/或第二晶體部件21損壞。
從表1和圖2至4所示的結果可知，對于形成粘合劑層22的粘合劑而言，具有透光特性、且玻璃轉化點Tg大約為75℃或更低、經紫外光或可見光照射固化后的折射率約為1.52或更低的丙烯酸類粘合劑顯然是優(yōu)選的。
尤其是，就形成粘合劑層22的粘合劑而言，表1中所示的試樣5、16、17、19和20是優(yōu)選的，且完全滿足所述條件。
如上所述，通過用紫外光或可見光照射并固化具有透光特性且玻璃轉化點Tg大約為75℃或更低的丙烯酸類粘合劑而形成粘合劑層22，該粘合劑固化后的折射率為1.52或更低。
在如上所述構造成的激光指示器1中，如上所述選擇的粘合劑用于波長轉換元件11。因此，可以抑制粘合劑層22脫落或第一晶體部件20和/或第二晶體部件21損壞的發(fā)生。因而，可以延長產品的壽命，可以提高產品的可靠性。
此外，在激光指示器1中，也可以抑制粘合劑層22脫落或第一晶體部件20和/或第二晶體部件21損壞的發(fā)生。因此，可以輸入高輸出的激光束，并提高轉換光束的輸出量。
而且，在這種激光指示器1中，轉換光束的波段、即輸出的激光束可以轉換成高可視性的綠光波段。因此，即使比普通紅光波段輸出量低的激光束也可以輸出明亮清晰的激光束，以更好地滿足用戶的需求。
再者，在激光指示器1中，由于光學元件粘合在一起構成如上所述的波長轉換元件11，因此可得到能減少部件數量且不必調整的簡單器件。因此，可以降低制造成本。
在如上所述的激光指示器1中，對轉換光束波長大約為532nm的器件結構作了說明。當然，半導體激光器10、第一晶體部件20和第二晶體部件21、以及第一選擇性透射膜23和第二選擇性透射膜24的特征或質量可根據轉換光束的所需波段進行選擇。而且，第一晶體部件20和第二晶體部件21可以摻雜諸如任意濃度的釹，并根據用途來確定。此外，第一晶體部件20和第二晶體部件21可以是平板形的、彎曲的或球形的，而且可以是疊層結構。當然不限于這些形狀。
現在將在下文中描述制造用于所述激光指示器1中的波長轉換元件11的方法。
最初，光學拋光第一晶體部件20的晶片和第二晶體部件21的晶片，以使它們的線膨脹系數相差5ppm或更大的彼此相對的表面包含各自的晶軸。
然后，在第一晶體部件20的晶片或第二晶體部件21的晶片的相對表面上涂覆所述粘合劑，以粘接第一晶體部件20的晶片和第二晶體部件21的晶片。用光照射所述粘合劑使其固化，并形成粘合劑層22。
隨后，分別在第一晶體部件20的晶片和第二晶體部件21的晶片的與粘合劑層22相反的表面上形成第一選擇性透射膜23和第二選擇性透射膜24。然后將得到的部件切割成所需的尺寸。
如上所述制造出波長轉換元件11。具體地說，將根據例1至例24和比較例1至比較例13描述波長轉換元件11。
表2




在表2中的150℃/100H情況下，將例1至例24中和比較例1至比較例13中形成的波長轉換元件11放置在恒溫容器中，容器的溫度控制在150℃，放置100小時。然后，觀察粘合劑層22的脫落情況。
在表2中的200℃/4H情況下，將例1至例24中和比較例1至比較例13中形成的波長轉換元件11放置在恒溫容器中，容器的溫度控制在200℃，放置4小時。然后，觀察粘合劑層22的脫落情況。
此外，在表2中的250℃/4H情況下，將例1至例24中和比較例1至比較例13中形成的波長轉換元件11放置在恒溫容器中，容器的溫度控制在250℃，放置4小時。然后，觀察粘合劑層22的脫落情況。
表2中的○表示粘合劑層22未發(fā)生脫落?！鞅硎菊澈蟿?2部分脫落?！帘硎菊澈蟿?2脫落了一半或更多。
例1在例1中，按足以滿足激光振蕩要求的精度分別對下述晶片進行光學拋光以相位匹配角切割的基本呈矩形、尺寸約1.5cm×3.0cm的KTP晶體的晶片、和切割成直徑大約為2.5cm的圓形YVO4晶體晶片而得到的晶片，其中的圓形晶片是在包含a-軸的平面(即a-平面)上沿相對于c-軸傾斜45°的方向切割一半而成的。
然后，將所述試樣20的粘合劑涂覆到光學拋光的KTP晶體晶片的粘接表面上以粘接KTP晶體和YVO4晶體，使得KTP晶體的c-軸與YVO4晶體的c-軸傾斜45°。其中，調節(jié)粘合劑的涂覆量，使得粘合劑層22的厚度為6μm。
接著，用1mW/cm2光強的紫外光照射所述粘合劑使其固化。
例2在例2中，形成波長轉換元件11，并在除了采用試樣17之外與例1相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
例3在例3中，形成波長轉換元件11，并在除了用5mW/cm2光強的紫外光照射粘合劑使其固化之外與例1相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
例4在例4中，形成波長轉換元件11，并在除了用試樣17作為粘合劑之外與例3相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
例5在例5中，形成波長轉換元件11，并在除了粘合劑層22厚度為3μm之外與例1相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
例6在例6中，形成波長轉換元件11，并在除了用試樣17作為粘合劑之外與例5相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
例7在例7中，形成波長轉換元件11，并在除了用5mW/cm2光強的紫外光照射粘合劑使其固化和粘合劑層22的厚度為3μm之外與例1相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
例8在例8中，形成波長轉換元件11，并在除了用試樣17作為粘合劑之外與例7相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
例9在例9中，形成波長轉換元件11，并在除了光學拋光厚度大約為1mm、基本為方形、尺寸約15mm×15mm的石英片和厚度約2mm、基本為矩形、尺寸約19mm×25mm的BK7光學玻璃并將它們粘接在一起之外與例1相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
例10在例10中，形成波長轉換元件11，并在除了用試樣17作為粘合劑之外與例9相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
例11在例11中，形成波長轉換元件11，并在除了用5mW/cm2光強的紫外光照射粘合劑使其固化之外與例9相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
例12在例12中，形成波長轉換元件11，并在除了用試樣17作為粘合劑之外與例11相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
例13在例13中，形成波長轉換元件11，并在除了粘合劑層厚度為3μm之外與例9相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
例14在例14中，形成波長轉換元件11，并在除了用試樣17作為粘合劑之外與例13相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
例15在例15中，形成波長轉換元件11，并在除了用5mW/cm2光強的紫外光照射粘合劑使其固化和粘合劑層22的厚度為3μm之外與例9相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
例16在例16中，形成波長轉換元件11，并在除了用試樣17作為粘合劑之外與例15相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
例17在例17中，形成波長轉換元件11，并在除了以下情況之外與例1相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22分別光學拋光在在a-平面上切下一半而成的直徑大約2.5cm的基本為圓形的YVO4晶體的晶片而得到的晶片、和基本為矩形、尺寸約1.5cm×3.0cm的石英片；并以滿足激光振蕩要求的精度使其粘接在一起。
當YVO4晶體與石英片粘接時，它們彼此之間的線膨脹系數之差為11.37(YVO4的c-軸)-0.58(石英)＝9.78ppm例18在例18中，形成波長轉換元件11，并在除了用試樣17作為粘合劑之外與例17相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
例19在例19中，形成波長轉換元件11，并在除了用5mW/cm2光強的紫外光照射粘合劑使其固化之外與例17相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
例20在例20中，形成波長轉換元件11，并在除了用試樣17作為粘合劑之外與例19相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
例21在例21中，形成波長轉換元件11，并在除了粘合劑層22的厚度為3μm之外與例17相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
例22在例22中，形成波長轉換元件11，并在除了用試樣17作為粘合劑之外與例21相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
例23在例23中，形成波長轉換元件11，并在除了用5mW/cm2光強的紫外光照射粘合劑使其固化和粘合劑層22的厚度為3μm之外與例17相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
例24在例24中，形成波長轉換元件11，并在除了用試樣17作為粘合劑之外與例23相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
比較例1在比較例1中，形成波長轉換元件11，并在除了用試樣1作為粘合劑之外與例1相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
比較例2在比較例2中，形成波長轉換元件11，并在除了用試樣10作為粘合劑之外與例1相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
比較例3在比較例3中，形成波長轉換元件11，并在除了用試樣28作為粘合劑之外與例1相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
比較例4在比較例4中，形成波長轉換元件11，并在除了用試樣1作為粘合劑之外與例9相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
比較例5在比較例5中，形成波長轉換元件11，并在除了用試樣10作為粘合劑之外與例9相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
比較例6在比較例6中，形成波長轉換元件11，并在除了用試樣28作為粘合劑之外與例9相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
比較例7在比較例7中，形成波長轉換元件11，并在除了用試樣1作為粘合劑之外與例17相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
比較例8在比較例8中，形成波長轉換元件11，并在除了用試樣10作為粘合劑之外與例17相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
比較例9在比較例9中，形成波長轉換元件11，并在除了用試樣28作為粘合劑之外與例17相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
比較例10在比較例10中，形成波長轉換元件11，并在除了用20mW/cm2光強的紫外光照射使其固化之外與例1相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
比較例11在比較例11中，形成波長轉換元件11，并在除了用試樣17作為粘合劑之外與例10相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
比較例12在比較例12中，形成波長轉換元件11，并在除了粘合劑層22厚度為2μm之外與例1相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
比較例13在比較例13中，形成波長轉換元件11，并在除了用試樣17作為粘合劑之外與比較例12相同的條件下觀察所形成的波長轉換元件11中的粘合劑層22。
在表2的結果中，當采用玻璃轉化點Tg為75℃或更低且材料固化后折射率nD為1.52或更低的丙烯酸類粘合劑時，粘合劑層22在150℃/100H和200℃/4H條件下不脫落。而且，在更嚴酷的250℃/4H條件下，當紫外光強度為5mW/cm2或更低且膜厚度為3μm或更厚時，也不發(fā)生粘合劑層22脫落等現象。
另一方面，玻璃轉化點Tg高于75℃的粘合劑，折射率nD大于1.52的粘合劑，或環(huán)氧類粘合劑在150℃/100H、200℃/4H和250℃/4H任意一種條件下都不能保持足夠的粘合性，且粘合劑層22發(fā)生脫落。
如表2所示結果表明的那樣，玻璃轉化點Tg為75℃或更低的丙烯酸類粘合劑能夠減小由于熱膨脹而在粘合劑層22中產生的應力。而且可以知道，采用5mW/cm2或更低強度紫外光照射而固化的粘合劑，可以使第一晶體部件20與第二晶體部件21相互高精確度地粘接起來，而不會因受熱由第一晶體部件和第二晶體部件的各向異性導致彎曲。此外，從表2所示的結果可知，當涂覆粘合劑使得粘合劑層22的厚度為3μm或更厚時，第一晶體部件和第二晶體部件可以高精確度地粘接在一起，而不會因受熱由其各向異性導致彎曲。
在本發(fā)明采用的制造波長轉換元件11的方法中，晶體部件可以彼此粘接在一起，而不存在因第一選擇性透射膜23與第二選擇性透射膜24的應力導致晶片彎曲。因此，可得到厚度均勻的粘合劑層22。于是，制造出的波長轉換元件11不僅能夠提高各種特性，而且可以抑制波長轉換元件11切割特性方面的不均勻問題。此外，可以大量生產優(yōu)質的波長轉換元件11，因而可提高生產率，降低成本。
如上所述，粘合劑層22的厚度可以調整到大于1μm。但是，當膜厚度大時，粘合劑層22膜厚度的平行精度將變劣。所以，粘合劑層22的厚度優(yōu)選為20μm或更小。
再者，在所述例子中，采用的是受紫外光或可見光照射而固化的粘合劑。應當理解，也可以采用熱固化的粘合劑。
此外，作為紫外光或可見光固化粘合劑的條件，可以采用置于光源下的方式，如金屬鹵燈，黑光燈，汞燈，自然光等等。尤其是，作為照射條件，可以采用0.1mW/cm2-200mW/cm2范圍的光強。作為紫外光或可見光的照射條件，粘合劑合乎要求的照射條件是具有等于或大于0.1mW/cm2及等于或小于5mW/cm2范圍光強的光，而且具有制造者指定的光照射量。為了提高粘合劑的粘接強度，可以在紫外光或可見光照射之后再完成熱固步驟。
顯然，對所屬領域的普通技術人員而言，在不超出權利要求書的保護范圍和構思的前提下可對本發(fā)明作出各種變化、替換或等同變換。
工業(yè)實用性如上所述，根據本發(fā)明，在光學元件中，包括KTiOPO4或石英的第一晶體部件和包括摻釹YVO4的第二晶體部件的彼此相對的表面具有5ppm或更大的線膨脹系數差，用玻璃轉化點Tg為75℃或更低且材料固化后折射率為1.52或更低的丙烯酸類粘合劑將它們粘接在一起。在本光學元件中，粘合劑層減小了因熱膨脹差而引起的應力。因此，抑制了粘合劑層從第一晶體部件或第二晶體部件上的脫落或者第一晶體部件或第二晶體部件的損壞。
所以，光學元件的可靠性得到提高，可以使輸入光束的輸出提高。
權利要求
1.一種用于將光源所發(fā)出的規(guī)定波長光轉換成不同于該規(guī)定波長的光束進行輸出的光學元件，該光學元件包括一包含KTiOPO4或石英的第一晶體部件；一包含摻釹YVO4的第二晶體部件；以及一用于將所述第一晶體部件粘接到所述第二晶體部件上的粘合劑層，其中，所述第一晶體部件和第二晶體部件的經由該粘合劑層彼此相對的表面具有5ppm或更大的線膨脹系數之差，且將所述經由該粘合劑層彼此相對的表面設置成包含晶軸，而且通過光照使玻璃轉化點為75℃或更低的丙烯酸類粘合劑固化而形成所述粘合劑層，固化后該粘合劑層的折射率為1.52或更低。
2.根據權利要求1所述的光學元件，其中，所述粘合劑層是通過用具有5mW/cm2或更低輸出的紫外光或可見光照射所述粘合劑而形成的。
3.根據權利要求1所述的光學元件，其中，所述粘合劑層厚度為3μm或更厚。
4.根據權利要求1所述的光學元件，其中，還包括一對光學薄膜，它們用于透過轉換成波長不同于所述規(guī)定波長的光，并反射波長未被轉換的光。
5.一種發(fā)光器件，包括用于發(fā)出規(guī)定波長光束的光源；和一光學元件，它包括一包含KTiOPO4或石英的第一晶體部件；一包含摻釹YVO4的第二晶體部件；以及一用于將所述第一晶體部件粘接到所述第二晶體部件上的粘合劑層；該光學元件將光源所發(fā)出的規(guī)定波長光轉換成不同于該規(guī)定波長的光束進行輸出，其中，所述第一晶體部件和第二晶體部件的經由所述粘合劑層彼此相對的表面具有5ppm或更大的線膨脹系數之差，且將所述經由粘合劑層彼此相對的表面設置成包含晶軸，而且通過光照使玻璃轉化點為75℃或更低的丙烯酸類粘合劑固化而形成所述粘合劑層，固化后該粘合劑層的折射率為1.52或更低。
6.根據權利要求5所述的發(fā)光器件，其中，所述粘合劑層是通過用具有5mW/cm2或更低輸出的紫外光或可見光照射所述粘合劑而形成的。
7.根據權利要求5所述的發(fā)光器件，其中，所述粘合劑層厚度為3μm或更厚。
8.根據權利要求5所述的發(fā)光器件，其中，還包括一對光學薄膜，它們用于透過轉換成波長不同于所述規(guī)定波長的光，并反射波長未被轉換的光。
9.根據權利要求5所述的發(fā)光器件，其中，還包括用于調整從所述光學元件中輸出的波長轉換成不同于所述規(guī)定波長的光束形狀的一發(fā)射透鏡。
10.一種制造光學元件的方法，該光學元件用于將光源所發(fā)出的規(guī)定波長光轉換成不同于該規(guī)定波長光束進行輸出，該方法包括拋光步驟，對包含KTiOPO4或石英的第一晶體部件和包含摻釹YVO4的第二晶體部件進行光學拋光，以使得具有5ppm或更大的線膨脹系數之差的表面彼此相對，且使所述彼此相對的表面包含晶軸；涂覆步驟，在所述第一晶體部件或第二晶體部件的表面上涂覆玻璃轉化點為75℃或更低的丙烯酸類粘合劑；粘接步驟，借助于在所述涂覆步驟中涂覆的粘合劑使所述第一晶體部件粘接到第二晶體部件上，并用光照射所述粘合劑使其固化，形成折射率為1.52或更低的粘合劑層；和切割步驟，將借助所述粘合劑層彼此粘結在一起的第一晶體部件和第二晶體部件切割成所需的尺寸。
11.根據權利要求10所述的制造光學元件的方法，其中，在所述粘接步驟中，所述粘合劑用具有5mW/cm2或更低輸出的紫外光或可見光照射。
12.根據權利要求10所述的制造光學元件的方法，其中，在所述涂覆步驟中，所述粘合劑層厚度為3μm或更厚。
13.根據權利要求10所述的制造光學元件的方法，其中，還包括在所述切割步驟之前形成薄膜的步驟，以便在所述第一晶體部件和第二晶體部件的與所述表面相反的另外表面上形成一對光學薄膜，所述光學薄膜用于透過轉換成波長不同于所述規(guī)定波長的光，并反射波長未被轉換的光。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光學元件，它能夠將光源所發(fā)出的規(guī)定波長光在輸出之前轉換成不同波長光束進行輸出。本發(fā)明還公開了制造這種光學元件的方法，它包括如下步驟對相互相對表面的線膨脹系數相差5ppm或更大的第一晶體部件(20)和第二晶體部件(21)進行拋光，以使所述相互相對表面包含晶軸；將玻璃轉化點為75℃或更低的丙烯酸類粘合劑涂覆到第一晶體部件(20)或第二晶體部件(21)的粘合表面上；使第一晶體部件(20)粘接到第二晶體部件(21)上；用光照射粘合劑使其硬化，以形成折射率為1.52或更低的粘合劑層(22)，并按規(guī)定尺寸切割已粘接的晶體部件，由此得到的光學元件可抑制用于連接第一晶體部件和第二晶體部件的粘合劑層(22)脫落和晶體損壞。
文檔編號H01S3/06GK1552115SQ0380099
公開日2004年12月1日 申請日期2003年6月18日 優(yōu)先權日2002年6月26日
發(fā)明者毛塚浩一郎, 毛 浩一郎, 佐佐木裕人, 裕人 申請人:索尼株式會社