JP2002131795A - 波長変換素子及びその製造方法 - Google Patents
波長変換素子及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 基板に対する基本波と第２高調波の垂直横モ
ードのピークを合わせると共に、変換効率を高くし、さ
らにレンズや光ファイバーの結合が良好なビーム形状を
得る。 【解決手段】 イオン注入において、光学結晶基板１０
の表面と光学結晶基板１０のＣ軸のなす角度をθ、反転
ドメイン１４が形成される周期をｐ、光学結晶基板１０
の表面に形成された反転ドメイン１４を形成するための
櫛形電極の先端からイオン注入によって形成される導波
路１６の中心位置までの距離をＧとした場合、イオン注
入の濃度ピークを光学結晶基板の表面から略（Ｇ・ｔａ
ｎθ＋ｐ／４）の距離に形成する。
ードのピークを合わせると共に、変換効率を高くし、さ
らにレンズや光ファイバーの結合が良好なビーム形状を
得る。 【解決手段】 イオン注入において、光学結晶基板１０
の表面と光学結晶基板１０のＣ軸のなす角度をθ、反転
ドメイン１４が形成される周期をｐ、光学結晶基板１０
の表面に形成された反転ドメイン１４を形成するための
櫛形電極の先端からイオン注入によって形成される導波
路１６の中心位置までの距離をＧとした場合、イオン注
入の濃度ピークを光学結晶基板の表面から略（Ｇ・ｔａ
ｎθ＋ｐ／４）の距離に形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、波長変換素子及び
その製造方法に係り、特に、基本波と第２高調波の基板
に対する垂直横モードのピークを合わせ、波長変換効率
の向上とビーム形状の改善を図った波長変換素子及びそ
の製造方法に関する。
その製造方法に係り、特に、基本波と第２高調波の基板
に対する垂直横モードのピークを合わせ、波長変換効率
の向上とビーム形状の改善を図った波長変換素子及びそ
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】非線形
光学効果を有する強誘電体、例えばＬｉＮｂ０3やＬｉ
Ｔａ０3のような結晶の自発分極を周期的に反転させた
領域（反転ドメイン）を設けた素子を用いて、基本波を
第２高調波に波長変換する、波長変換素子が従来作製さ
れている。
光学効果を有する強誘電体、例えばＬｉＮｂ０3やＬｉ
Ｔａ０3のような結晶の自発分極を周期的に反転させた
領域（反転ドメイン）を設けた素子を用いて、基本波を
第２高調波に波長変換する、波長変換素子が従来作製さ
れている。
【０００３】ここで用いられる反転ドメインは、原理的
にＣ軸に沿って分極反転が進むという特徴がある。Ｚ板
のようにＣ軸が基板表面と垂直な場合、反転ドメインは
基板内部に形成されるが、この表面に導波路を形成して
も、ＴＥモードとの結合が悪くなるため、半導体レーザ
を効率よく結合することが難しい。この半導体レーザと
の結合をよくするためには、Ｘ板を用いることがよい
が、Ｘ板のようにＣ軸が基板表面と平行な場合、反転ド
メインはＣ軸に沿って形成されるために表面近傍のみに
形成される。このため導波路に対して浅い位置にしか反
転ドメインが形成されず、基本波と反転ドメイン部分と
の重なりが小さくなり、波長変換効率が低くなるという
問題があった。
にＣ軸に沿って分極反転が進むという特徴がある。Ｚ板
のようにＣ軸が基板表面と垂直な場合、反転ドメインは
基板内部に形成されるが、この表面に導波路を形成して
も、ＴＥモードとの結合が悪くなるため、半導体レーザ
を効率よく結合することが難しい。この半導体レーザと
の結合をよくするためには、Ｘ板を用いることがよい
が、Ｘ板のようにＣ軸が基板表面と平行な場合、反転ド
メインはＣ軸に沿って形成されるために表面近傍のみに
形成される。このため導波路に対して浅い位置にしか反
転ドメインが形成されず、基本波と反転ドメイン部分と
の重なりが小さくなり、波長変換効率が低くなるという
問題があった。
【０００４】そこで、特開平９−２１８４３１号公報で
は、基板の自発分極の向きがその一表面に対して所定の
角度なすものを用いる導波路波長変換素子を提案した。
この波長変換素子はＣ軸を基板表面から傾けることによ
り、基板内部に向かって反転ドメインを形成し、これに
より導波路と反転ドメインとの重なりを向上させ、波長
変換効率を向上させようとするものである。
は、基板の自発分極の向きがその一表面に対して所定の
角度なすものを用いる導波路波長変換素子を提案した。
この波長変換素子はＣ軸を基板表面から傾けることによ
り、基板内部に向かって反転ドメインを形成し、これに
より導波路と反転ドメインとの重なりを向上させ、波長
変換効率を向上させようとするものである。
【０００５】この波長変換素子は、導波路を作製する方
法として、プロトン交換アニール法を使用しているた
め、表面に高屈折率部分が形成された扁平導波路となっ
ている。このため、基本波と第２高調波のピークにずれ
が生じ、また、第２高調波のピークと反転ドメインがず
れてしまう。
法として、プロトン交換アニール法を使用しているた
め、表面に高屈折率部分が形成された扁平導波路となっ
ている。このため、基本波と第２高調波のピークにずれ
が生じ、また、第２高調波のピークと反転ドメインがず
れてしまう。
【０００６】―方、特開平９−２８１５３６号公報及び
特開平１１−７２８１０号公報に記載された発明は、基
板表面に高屈折率層を形成し、基本波の閉じ込めを強く
することにより、基本波と第２高調波の重なりを相対的
に改善し、変換効率とビーム形状を改善しようとするも
のである。しかし、これらの発明においても、屈折率分
布は表面近傍が高屈折率になる扁平導波路に変わりな
く、本質的な改善にはなっていない。
特開平１１−７２８１０号公報に記載された発明は、基
板表面に高屈折率層を形成し、基本波の閉じ込めを強く
することにより、基本波と第２高調波の重なりを相対的
に改善し、変換効率とビーム形状を改善しようとするも
のである。しかし、これらの発明においても、屈折率分
布は表面近傍が高屈折率になる扁平導波路に変わりな
く、本質的な改善にはなっていない。
【０００７】本発明は、上述した課題を解決するために
提案されたものであり、導波路のコア部分を基板内部に
形成することにより、基板に対する基本波と第２高調波
の垂直横モードのピークとを合わせると共に、そのピー
クを反転ドメインとも重なるようにすることで高い変換
効率と、レンズや光ファイバーとの結合が良好なビーム
形状を得られる波長変換素子及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。
提案されたものであり、導波路のコア部分を基板内部に
形成することにより、基板に対する基本波と第２高調波
の垂直横モードのピークとを合わせると共に、そのピー
クを反転ドメインとも重なるようにすることで高い変換
効率と、レンズや光ファイバーとの結合が良好なビーム
形状を得られる波長変換素子及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
光学結晶基板と、前記光学結晶基板の内部に形成された
反転ドメインと、イオン注入により形成され、前記反転
ドメインに交差した導波路と、を備えている。
光学結晶基板と、前記光学結晶基板の内部に形成された
反転ドメインと、イオン注入により形成され、前記反転
ドメインに交差した導波路と、を備えている。
【０００９】また、請求項３記載の発明は、光学結晶基
板の内部に反転ドメインを形成した後イオン注入を行う
ことで導波路を形成し、又は、光学結晶基板の内部にイ
オン注入を行って導波路を形成した後反転ドメインを形
成することを特徴としている。
板の内部に反転ドメインを形成した後イオン注入を行う
ことで導波路を形成し、又は、光学結晶基板の内部にイ
オン注入を行って導波路を形成した後反転ドメインを形
成することを特徴としている。
【００１０】前記導波路は、イオン注入により形成さ
れ、光学結晶基板の内部に屈折率のピークを有してい
る。この光学結晶基板内部の屈折率のピークの位置は、
注入イオンの濃度分布によって決まり、イオン注入エネ
ルギーを制御することにより所望の深度になるように調
整することができる。そこで、反転ドメインとの重なり
が最適化されるようにイオン注入して導波路を作製す
る。これにより、基板内部に略ガウス分布の屈折率分布
を持つ導波路が形成され、基本波と第２高調波の垂直横
モードのピークを合わせることができ、レーザのビーム
形状を良好にすることができる。なお、反転ドメインと
導波路の形成の順番は問わない。例えば、導波路を形成
してから反転ドメインを形成してもよい。このとき、予
め反転ドメインのピッチや最適な大きさを計算してお
き、この反転ドメインに合うようにイオン注入すればよ
い。
れ、光学結晶基板の内部に屈折率のピークを有してい
る。この光学結晶基板内部の屈折率のピークの位置は、
注入イオンの濃度分布によって決まり、イオン注入エネ
ルギーを制御することにより所望の深度になるように調
整することができる。そこで、反転ドメインとの重なり
が最適化されるようにイオン注入して導波路を作製す
る。これにより、基板内部に略ガウス分布の屈折率分布
を持つ導波路が形成され、基本波と第２高調波の垂直横
モードのピークを合わせることができ、レーザのビーム
形状を良好にすることができる。なお、反転ドメインと
導波路の形成の順番は問わない。例えば、導波路を形成
してから反転ドメインを形成してもよい。このとき、予
め反転ドメインのピッチや最適な大きさを計算してお
き、この反転ドメインに合うようにイオン注入すればよ
い。
【００１１】波長変換素子の製造方法としては、光学結
晶基板の内部に反転ドメインを形成し、前記反転ドメイ
ンが形成された光学結晶基板に、少なくとも導波路が形
成される領域が露出するように金属膜でパターニング
し、前記パターニングされた金属膜上にネガ型フォトレ
ジストを塗布し、前記ネガ型フォトレジストが塗布され
た光学結晶基板の裏面から紫外光を入射して、前記パタ
ーニングされた金属膜をマスクとして前記ネガ型フォト
レジストを露光し、その後現像して前記導波路が形成さ
れる領域上にレジストパターンを形成し、前記ネガ型フ
ォトレジストをマスクとし、前記パターニングされた金
属膜を電極として電界メッキにより金属膜を形成し、そ
の後前記ネガ型フォトレジストを除去し、前記光学結晶
基枚の前記ネガ型フォトレジストが除去された部分に、
前記電界メッキにより形成された金属膜をイオン注入マ
スクとして、イオン注入を行い、その後アニールを行う
ことにより光導波路を形成するのが好ましい。
晶基板の内部に反転ドメインを形成し、前記反転ドメイ
ンが形成された光学結晶基板に、少なくとも導波路が形
成される領域が露出するように金属膜でパターニング
し、前記パターニングされた金属膜上にネガ型フォトレ
ジストを塗布し、前記ネガ型フォトレジストが塗布され
た光学結晶基板の裏面から紫外光を入射して、前記パタ
ーニングされた金属膜をマスクとして前記ネガ型フォト
レジストを露光し、その後現像して前記導波路が形成さ
れる領域上にレジストパターンを形成し、前記ネガ型フ
ォトレジストをマスクとし、前記パターニングされた金
属膜を電極として電界メッキにより金属膜を形成し、そ
の後前記ネガ型フォトレジストを除去し、前記光学結晶
基枚の前記ネガ型フォトレジストが除去された部分に、
前記電界メッキにより形成された金属膜をイオン注入マ
スクとして、イオン注入を行い、その後アニールを行う
ことにより光導波路を形成するのが好ましい。
【００１２】前記イオン注入においては、前記光学結晶
基板の表面と前記光学結晶基板のＣ軸のなす角度をθ、
反転ドメインが形成される周期をｐ、前記光学結晶基板
表面に形成された反転ドメインを形成するための櫛形電
極の先端から前記イオン注入によって形成される導波路
の中心位置までの距離をＧとした場合、前記イオン注入
の濃度ピークが、前記光学結晶基板の表面から、略（Ｇ
・ｔａｎθ＋ｐ／４）の距離に形成されていることが好
ましい。
基板の表面と前記光学結晶基板のＣ軸のなす角度をθ、
反転ドメインが形成される周期をｐ、前記光学結晶基板
表面に形成された反転ドメインを形成するための櫛形電
極の先端から前記イオン注入によって形成される導波路
の中心位置までの距離をＧとした場合、前記イオン注入
の濃度ピークが、前記光学結晶基板の表面から、略（Ｇ
・ｔａｎθ＋ｐ／４）の距離に形成されていることが好
ましい。
【００１３】これにより、前記光学結晶基板の表面から
略（Ｇ・ｔａｎθ＋ｐ／４）の距離に、略ガウス分布の
屈折率分布を持つ導波路が形成される。この結果、基本
波と第２高調波の垂直横モードのピークを合わせること
ができ、レーザのビーム形状を良好にすることができ
る。
略（Ｇ・ｔａｎθ＋ｐ／４）の距離に、略ガウス分布の
屈折率分布を持つ導波路が形成される。この結果、基本
波と第２高調波の垂直横モードのピークを合わせること
ができ、レーザのビーム形状を良好にすることができ
る。
【００１４】また、前記電界メッキにより形成された金
属膜として、金膜を用いるのが好ましい。これは、金膜
はイオン阻止能が高く、また、イオン阻止の可能な膜厚
に金膜を形成することが最も容易な方法であることによ
る。
属膜として、金膜を用いるのが好ましい。これは、金膜
はイオン阻止能が高く、また、イオン阻止の可能な膜厚
に金膜を形成することが最も容易な方法であることによ
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。
て、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】図１に示すように、本発明の実施の形態に
係る波長変換素子１は、光学結晶基板１０の内部に所定
間隔で形成された複数の反転ドメイン１４と、各反転ド
メイン１４に直交する方向に形成された導波路１６とを
備えている。
係る波長変換素子１は、光学結晶基板１０の内部に所定
間隔で形成された複数の反転ドメイン１４と、各反転ド
メイン１４に直交する方向に形成された導波路１６とを
備えている。
【００１７】図２は、図１に示す波長変換素子１をＹ軸
方向からみたときの断面図である。光学結晶基板１０の
主面１１には、櫛形の反転電極１２が形成されている。
各反転電極１２間のピッチｐは、基本波と第２高調波の
位相整合波長から計算することができる。ピッチｐが求
まると、反転ドメイン１４の効率を最適化する領域の大
きさを決定することができる。通常、反転ドメイン１４
の領域の大きさは、ピッチｐの１／２になるように設定
される。
方向からみたときの断面図である。光学結晶基板１０の
主面１１には、櫛形の反転電極１２が形成されている。
各反転電極１２間のピッチｐは、基本波と第２高調波の
位相整合波長から計算することができる。ピッチｐが求
まると、反転ドメイン１４の効率を最適化する領域の大
きさを決定することができる。通常、反転ドメイン１４
の領域の大きさは、ピッチｐの１／２になるように設定
される。
【００１８】図３は、図１に示す波長変換素子１をＹ面
方向からみたときの断面図である。この光学結晶基板１
０の内部には、主面１１に対して角度θをなすように反
転ドメイン１４が形成されている。なお、主面１１に平
行な方向において、反転電極１２の端から反転ドメイン
１４の中心位置までの距離をＧとすると、主面１１から
反転ドメイン１４の中心位置までの距離は（Ｇ・ｔａｎ
θ＋ｐ／４）である。
方向からみたときの断面図である。この光学結晶基板１
０の内部には、主面１１に対して角度θをなすように反
転ドメイン１４が形成されている。なお、主面１１に平
行な方向において、反転電極１２の端から反転ドメイン
１４の中心位置までの距離をＧとすると、主面１１から
反転ドメイン１４の中心位置までの距離は（Ｇ・ｔａｎ
θ＋ｐ／４）である。
【００１９】導波路１６は、イオン注入によって光学結
晶基板１０内部に濃度ピークを有するように形成されて
いる。イオン注入による注入イオンのピーク濃度は、チ
ャネリングが無いような条件で行えば、注入イオン種と
基板の種類及び注入エネルギーで決定される。従って、
注入イオン種をプロトンとし、基板をＭｇＯドープＬｉ
Ｎｂ０3とした場合には、ピーク濃度は注入エネルギー
により決定されるため、前記反転ドメインの中心部分の
深さ、すなわち（Ｇ・ｔａｎθ＋ｐ／４）の位置に濃度
ピークがくるよう、イオン注入エネルギーを制御し、反
転ドメインとイオン注入導波路の重なりを最適化する。
その後、熱処理を行うことにより、イオン注入による結
晶のダメージを回復し、導波路の光伝搬損失を改善させ
る。
晶基板１０内部に濃度ピークを有するように形成されて
いる。イオン注入による注入イオンのピーク濃度は、チ
ャネリングが無いような条件で行えば、注入イオン種と
基板の種類及び注入エネルギーで決定される。従って、
注入イオン種をプロトンとし、基板をＭｇＯドープＬｉ
Ｎｂ０3とした場合には、ピーク濃度は注入エネルギー
により決定されるため、前記反転ドメインの中心部分の
深さ、すなわち（Ｇ・ｔａｎθ＋ｐ／４）の位置に濃度
ピークがくるよう、イオン注入エネルギーを制御し、反
転ドメインとイオン注入導波路の重なりを最適化する。
その後、熱処理を行うことにより、イオン注入による結
晶のダメージを回復し、導波路の光伝搬損失を改善させ
る。
【００２０】つぎに、この波長変換素子１の製造方法に
ついて説明する。
ついて説明する。
【００２１】基板表面（主面）に対して、Ｃ軸が３度傾
斜したＭｇＯをドープしたＬｉＮｂＯ3からなる光学結
晶基板１０に、櫛形の反転電極１２を形成する。そし
て、電極間に所定の高電圧（例えば２ｋＶ）を印加し
て、図４に示すように、反転ドメイン１４を光学結晶基
板１０の内部に形成する。このとき、電圧の印加時間等
を調整して、反転ドメイン１４の領域が反転ピッチｐの
略１／２（例えば波長９４６ｎｍに対して２．３８μ
ｍ）にする。
斜したＭｇＯをドープしたＬｉＮｂＯ3からなる光学結
晶基板１０に、櫛形の反転電極１２を形成する。そし
て、電極間に所定の高電圧（例えば２ｋＶ）を印加し
て、図４に示すように、反転ドメイン１４を光学結晶基
板１０の内部に形成する。このとき、電圧の印加時間等
を調整して、反転ドメイン１４の領域が反転ピッチｐの
略１／２（例えば波長９４６ｎｍに対して２．３８μ
ｍ）にする。
【００２２】そして、図５に示すように、導波路形成位
置、すなわち主面１１上の反転電極１２の端から距離Ｇ
（ここでは８μｍ）の位置に、導波路（ＷＧ）用レジス
トパターン２１を形成する。このレジストパターン２１
は、図３に示した導波路１６の横幅を決定するものであ
り、ここでは７μｍである。
置、すなわち主面１１上の反転電極１２の端から距離Ｇ
（ここでは８μｍ）の位置に、導波路（ＷＧ）用レジス
トパターン２１を形成する。このレジストパターン２１
は、図３に示した導波路１６の横幅を決定するものであ
り、ここでは７μｍである。
【００２３】つぎに、図６に示すように、レジストパタ
ーン２１の上から主面全体に、Ｃｒ／Ａｕを蒸着して、
Ｃｒ／Ａｕパターン（Ｃｒ：１０ｎｍ／Ａｕ：１００ｎ
ｍ）２２を形成する。そして、リフトオフすることによ
って、図７に示すように、レジストパターン２１が溶解
して除去される。
ーン２１の上から主面全体に、Ｃｒ／Ａｕを蒸着して、
Ｃｒ／Ａｕパターン（Ｃｒ：１０ｎｍ／Ａｕ：１００ｎ
ｍ）２２を形成する。そして、リフトオフすることによ
って、図７に示すように、レジストパターン２１が溶解
して除去される。
【００２４】さらに、図８に示すように、主面１１側に
厚膜のネガ型フォトレジスト２３を５μｍ塗布し、光学
結晶基板１０の裏面から紫外線を当てて露光する。これ
により、Ｃｒ／Ａｕパターン２２によって露光されなか
ったネガ型フォトレジスト２３が除去される。すなわ
ち、図９に示すように、厚膜のネガ型フォトレジスト２
３が現像され、導波路形成位置にレジストパターン２４
が形成される。
厚膜のネガ型フォトレジスト２３を５μｍ塗布し、光学
結晶基板１０の裏面から紫外線を当てて露光する。これ
により、Ｃｒ／Ａｕパターン２２によって露光されなか
ったネガ型フォトレジスト２３が除去される。すなわ
ち、図９に示すように、厚膜のネガ型フォトレジスト２
３が現像され、導波路形成位置にレジストパターン２４
が形成される。
【００２５】つぎに、Ｃｒ／Ａｕパターン２２の上に電
界メッキを行い、図１０に示すように、プロトン
（Ｈ+）注入を阻止できる厚さ（例えば３μｍ）の金属
膜であるＡｕ膜２５を形成する。そして、光学結晶基板
１０をレジスト剥離液に浸し、図１１に示すように、図
９に示したレジストパターン２４を除去する。
界メッキを行い、図１０に示すように、プロトン
（Ｈ+）注入を阻止できる厚さ（例えば３μｍ）の金属
膜であるＡｕ膜２５を形成する。そして、光学結晶基板
１０をレジスト剥離液に浸し、図１１に示すように、図
９に示したレジストパターン２４を除去する。
【００２６】そして、電界メッキによりマスクされた光
学結晶基板１０に、Ｘ軸に対して５〜１０°傾けてプロ
トン注入を行う。このとき、プロトン注入により光学結
晶基板１０が熱を持ち、この熱で注入プロトンが拡散す
ることやヒートショックによる破損を防止するため、光
学結晶基板１０は冷却しながら行う。
学結晶基板１０に、Ｘ軸に対して５〜１０°傾けてプロ
トン注入を行う。このとき、プロトン注入により光学結
晶基板１０が熱を持ち、この熱で注入プロトンが拡散す
ることやヒートショックによる破損を防止するため、光
学結晶基板１０は冷却しながら行う。
【００２７】注入エネルギーは、濃度ピークが基板表面
より約（Ｇ・ｔａｎθ＋ｐ／４）の深さ、ここでは１．
８μｍになるように選ぶ。このときの注入エネルギー
は、ＬＳＳ理論に基づくシミュレーターを使用しても良
いし、注入エネルギーをパラメータとしてＳＩＭＳ分析
でピーク位置を測定し、その結果から決定してもよい。
より約（Ｇ・ｔａｎθ＋ｐ／４）の深さ、ここでは１．
８μｍになるように選ぶ。このときの注入エネルギー
は、ＬＳＳ理論に基づくシミュレーターを使用しても良
いし、注入エネルギーをパラメータとしてＳＩＭＳ分析
でピーク位置を測定し、その結果から決定してもよい。
【００２８】また、プロトン注入量は、屈折率分布と導
波光の波長により規定されるが、この波長（９００ｎｍ
〜１．１μｍ）においては５×１０16〜１×１０18／ｃ
ｍ2の範囲が経験的に選ばれる。ここでは、注入エネル
ギーは３００ｋｅＶ、注入量は２×１０17／ｃｍ2にな
る。
波光の波長により規定されるが、この波長（９００ｎｍ
〜１．１μｍ）においては５×１０16〜１×１０18／ｃ
ｍ2の範囲が経験的に選ばれる。ここでは、注入エネル
ギーは３００ｋｅＶ、注入量は２×１０17／ｃｍ2にな
る。
【００２９】イオン注入後、図１３に示すように、Ａｕ
／Ｃｒパターン２２をエッチングで除去し、さらに、ア
ニールを４００℃で１時間行って光学結晶基板１０の結
晶ダメージの回復を行う。その後、従来法と同様に素子
化を行う。
／Ｃｒパターン２２をエッチングで除去し、さらに、ア
ニールを４００℃で１時間行って光学結晶基板１０の結
晶ダメージの回復を行う。その後、従来法と同様に素子
化を行う。
【００３０】以上のような製造方法によれば、図２及び
図３に示すように、光学結晶基板１０の主面１１から
（Ｇ・ｔａｎθ＋ｐ／４）の位置に導波路を形成するた
めに注入イオンエネルギーを設定することによって、反
転ドメイン１４と導波路１６を容易に同じ位置に製造す
ることができる。逆に、Ｇ及びθの値を選ぶことによっ
て、光学結晶基板１０の主面１１から導波路１６を形成
する位置を基板内部に設計することができ、導波路の屈
折率分布を略ガウス分布とすることによりレーザ光を単
峰性にすることができる。
図３に示すように、光学結晶基板１０の主面１１から
（Ｇ・ｔａｎθ＋ｐ／４）の位置に導波路を形成するた
めに注入イオンエネルギーを設定することによって、反
転ドメイン１４と導波路１６を容易に同じ位置に製造す
ることができる。逆に、Ｇ及びθの値を選ぶことによっ
て、光学結晶基板１０の主面１１から導波路１６を形成
する位置を基板内部に設計することができ、導波路の屈
折率分布を略ガウス分布とすることによりレーザ光を単
峰性にすることができる。
【００３１】すなわち、このように製造された波長変換
素子１は、所望の深度にピークがある導波路１６が形成
されるので、反転ドメイン１４と導波路１６の重なりを
最適化し、基本波と反転ドメイン１４の重なりを改善す
ることにより波長変換効率を向上することができる。ま
た、導波路１６の屈折率分布をガウス分布にすることに
より、従来に比べてビーム形状を改善することができ、
レンズやファイバーへの結合を容易にすることができ
る。
素子１は、所望の深度にピークがある導波路１６が形成
されるので、反転ドメイン１４と導波路１６の重なりを
最適化し、基本波と反転ドメイン１４の重なりを改善す
ることにより波長変換効率を向上することができる。ま
た、導波路１６の屈折率分布をガウス分布にすることに
より、従来に比べてビーム形状を改善することができ、
レンズやファイバーへの結合を容易にすることができ
る。
【００３２】なお、従来の波長変換素子は、光学結晶基
板の表面に導波路が形成されるので、反転ドメインとの
重なりを確保するために反転電極近傍に導波路を設けて
いた。これにより、高電圧を印加する際のダメージに起
因して櫛型電極先端に導波損失が発生していた。
板の表面に導波路が形成されるので、反転ドメインとの
重なりを確保するために反転電極近傍に導波路を設けて
いた。これにより、高電圧を印加する際のダメージに起
因して櫛型電極先端に導波損失が発生していた。
【００３３】これに対して、この波長変換素子１は、高
電圧印加のダメージの影響のない領域に導波路を設ける
ことができるので、従来に比べて導波損失を大幅に減少
させることもできる。
電圧印加のダメージの影響のない領域に導波路を設ける
ことができるので、従来に比べて導波損失を大幅に減少
させることもできる。
【００３４】また、波長変換素子１は、光学結晶基板１
０の内部に導波路１６を設けているので、素子化の工程
で端面研磨する際のエッジ部分のチッピングの影響を低
減し、歩留まりを向上させることができる。
０の内部に導波路１６を設けているので、素子化の工程
で端面研磨する際のエッジ部分のチッピングの影響を低
減し、歩留まりを向上させることができる。
【００３５】さらに、波長変換素子１は、図示しないレ
ーザダイオードとの直接接合の際、レーザダイオードの
発光部に接触する部分が面になるために、組立時、特に
アライメント時のレーザダイオードのダメージを低減し
て、歩留まりを向上させることができる。
ーザダイオードとの直接接合の際、レーザダイオードの
発光部に接触する部分が面になるために、組立時、特に
アライメント時のレーザダイオードのダメージを低減し
て、歩留まりを向上させることができる。
【００３６】なお、上述した実施の形態では反転ドメイ
ン１４と導波路１６の最適化の一例について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではない。また、上
記実施の形態では反転ドメイン１４を形成してから導波
路１６を作製したが、この逆、すなわち導波路１６を形
成してから反転ドメイン１４を形成してもよい。このと
き予め反転ドメインのピッチや最適な領域の大きさを計
算しておき、この反転ドメインに合うようにイオン注入
を行えばよい。
ン１４と導波路１６の最適化の一例について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではない。また、上
記実施の形態では反転ドメイン１４を形成してから導波
路１６を作製したが、この逆、すなわち導波路１６を形
成してから反転ドメイン１４を形成してもよい。このと
き予め反転ドメインのピッチや最適な領域の大きさを計
算しておき、この反転ドメインに合うようにイオン注入
を行えばよい。
【００３７】さらに、上記実施の形態では傾斜した光学
結晶基板１０を用いているが、Ｚ板のようなバルク反転
ドメインにおいても同様に導波路を作製してもよい。こ
れにより、従来のバルク反転ドメイン導波路波長変換素
子についてもビーム形状を改善することができる。
結晶基板１０を用いているが、Ｚ板のようなバルク反転
ドメインにおいても同様に導波路を作製してもよい。こ
れにより、従来のバルク反転ドメイン導波路波長変換素
子についてもビーム形状を改善することができる。
【００３８】
【発明の効果】本発明に係る波長変換素子は、光学結晶
基板の内部に形成された反転ドメインと、イオン注入に
より形成され反転ドメインに交差した導波路と、を備え
たことによって、高い波長変換効率でレンズや光ファイ
バーとの結合が容易なビーム形状のレーザを出射するこ
とができる。
基板の内部に形成された反転ドメインと、イオン注入に
より形成され反転ドメインに交差した導波路と、を備え
たことによって、高い波長変換効率でレンズや光ファイ
バーとの結合が容易なビーム形状のレーザを出射するこ
とができる。
【００３９】本発明に係る波長変換素子の製造方法は、
光学結晶基板にイオン注入を行って基板内部に屈折率分
布のピークを持つ導波路を作製することによって、波長
変換効率が高く、レンズや光ファイバーとの結合が容易
なビーム形状のレーザを出射する波長変換素子を製造す
ることができる。
光学結晶基板にイオン注入を行って基板内部に屈折率分
布のピークを持つ導波路を作製することによって、波長
変換効率が高く、レンズや光ファイバーとの結合が容易
なビーム形状のレーザを出射する波長変換素子を製造す
ることができる。
【００４０】また、本発明に係る波長変換素子の製造方
法は、イオン注入マスクとして例えば金膜を用いてい
る。これは、透過性の高いプロトンの進入を阻止するた
め、イオン阻止能の高い金属膜を阻止可能な膜厚で形成
することが最も容易な方法であることによる。
法は、イオン注入マスクとして例えば金膜を用いてい
る。これは、透過性の高いプロトンの進入を阻止するた
め、イオン阻止能の高い金属膜を阻止可能な膜厚で形成
することが最も容易な方法であることによる。
【００４１】さらに、本発明の波長変換素子の製造方法
は、金膜の形成の際に裏面より露光したネガ型フォトレ
ジストパターンをマスクとしている。これは、単純に電
界メッキした場合、回り込みにより導波路が形成される
領域にも金膜が成長し、導波路幅の制御が困難になるこ
とを防止する効果がある。
は、金膜の形成の際に裏面より露光したネガ型フォトレ
ジストパターンをマスクとしている。これは、単純に電
界メッキした場合、回り込みにより導波路が形成される
領域にも金膜が成長し、導波路幅の制御が困難になるこ
とを防止する効果がある。
【００４２】なお、従来のメッキの回り込み防止として
は、単純に、基板全面にＣｒ／Ａｕ膜を形成し、導波路
形成領域を厚膜レジストでパターニングし、その後Ｃｒ
／Ａｕを電極としてＡｕメッキし、レジストを除去した
後Ｃｒ／Ａｕをエッチング除去するという方法がある。
しかし、この方法では、厚膜レジストのパターニングで
導波路幅が決定されるため、高い精度で厚膜レジストの
パターニングをする必要があり、技術的に難しい。ま
た、Ｃｒ／Ａｕのエッチング際には、メッキ部分もエッ
チングされるため、このときにも導波路幅が変化するこ
とから、ここでも高精度のエッチングが必要となり、技
術的に難しくなる。
は、単純に、基板全面にＣｒ／Ａｕ膜を形成し、導波路
形成領域を厚膜レジストでパターニングし、その後Ｃｒ
／Ａｕを電極としてＡｕメッキし、レジストを除去した
後Ｃｒ／Ａｕをエッチング除去するという方法がある。
しかし、この方法では、厚膜レジストのパターニングで
導波路幅が決定されるため、高い精度で厚膜レジストの
パターニングをする必要があり、技術的に難しい。ま
た、Ｃｒ／Ａｕのエッチング際には、メッキ部分もエッ
チングされるため、このときにも導波路幅が変化するこ
とから、ここでも高精度のエッチングが必要となり、技
術的に難しくなる。
【００４３】一方、本発明に係る波長変換素子の製造方
法は、導波路を形成する工程では比較的薄い膜厚のネガ
型フォトレジストで作製することができ、高精度のパタ
ーニングが可能である。また、ネガ型フォトレジストで
マスクを作製する工程では、金属膜をマスクとしてパタ
ーニングするため、原理的に位置ずれがなく、また、ア
ライメントがないため、露光作業自体容易となる。
法は、導波路を形成する工程では比較的薄い膜厚のネガ
型フォトレジストで作製することができ、高精度のパタ
ーニングが可能である。また、ネガ型フォトレジストで
マスクを作製する工程では、金属膜をマスクとしてパタ
ーニングするため、原理的に位置ずれがなく、また、ア
ライメントがないため、露光作業自体容易となる。
【図１】本発明の実施の形態に係る波長変換素子の概略
的な斜視図である。
的な斜視図である。
【図２】波長変換素子の要部断面図である。
【図３】波長変換素子の要部断面図である。
【図４】波長変換素子の製造方法を説明する図である。
【図５】波長変換素子の製造方法を説明する図である。
【図６】波長変換素子の製造方法を説明する図である。
【図７】波長変換素子の製造方法を説明する図である。
【図８】波長変換素子の製造方法を説明する図である。
【図９】波長変換素子の製造方法を説明する図である。
【図１０】波長変換素子の製造方法を説明する図であ
る。
る。
【図１１】波長変換素子の製造方法を説明する図であ
る。
る。
【図１２】波長変換素子の製造方法を説明する図であ
る。
る。
【図１３】波長変換素子の製造方法を説明する図であ
る。
る。
１ 波長変換素子 １０ 光学結晶基板 １４ 反転ドメイン １６ 導波路
Claims (7)
- 【請求項１】 光学結晶基板と、 前記光学結晶基板の内部に形成された反転ドメインと、 イオン注入により形成され、前記反転ドメインに交差し
た導波路と、 を備えた波長変換素子。 - 【請求項２】 前記導波路は、プロトン注入により形成
されたこと を特徴とする請求項１記載の波長変換素子。 - 【請求項３】 光学結晶基板の内部に反転ドメインを形
成した後イオン注入を行うことで導波路を形成し、又
は、光学結晶基板の内部にイオン注入を行って導波路を
形成した後反転ドメインを形成する波長変換素子の製造
方法。 - 【請求項４】 光学結晶基板の内部に反転ドメインを形
成し、 前記反転ドメインが形成された光学結晶基板に、少なく
とも導波路が形成される領域が露出するように金属膜で
パターニングし、 前記パターニングされた金属膜上にネガ型フォトレジス
トを塗布し、 前記ネガ型フォトレジストが塗布された光学結晶基板の
裏面から紫外光を照射して、前記パターニングされた金
属膜をマスクとして前記ネガ型フォトレジストを露光
し、 その後現像して前記導波路が形成される領域上にレジス
トパターンを形成し、 前記ネガ型フォトレジストをマスクとし、前記パターニ
ングされた金属膜を電極として電界メッキにより金属膜
を形成し、 その後前記ネガ型フォトレジストを除去し、 前記光学結晶基枚の前記ネガ型フォトレジストが除去さ
れた部分に、前記電界メッキにより形成された金属膜を
イオン注入マスクとして、イオン注入を行い、 その後アニールを行うことにより光導波路を形成するこ
とを特徴とする波長変換素子の製造方法。 - 【請求項５】 前記イオン注入において、前記光学結晶
基板の表面と前記光学結晶基板のＣ軸のなす角度をθ、
反転ドメインが形成される周期をｐ、前記光学結晶基板
表面に形成された反転ドメインを形成するための櫛形電
極の先端から前記イオン注入によって形成される導波路
の中心位置までの距離をＧとした場合、 前記イオン注入の濃度ピークが、前記光学結晶基板の表
面から、略（Ｇ・ｔａｎθ＋ｐ／４）の距離に形成され
ていることを特徴とする請求項４記載の波長変換素子の
製造方法。 - 【請求項６】 前記電界メッキにより形成される金属膜
は金膜であることを特徴とする請求項４または５記載の
波長変換素子の製造方法。 - 【請求項７】 前記イオン注入において、プロトンを注
入することを特徴とする請求項３から６のいずれか１項
記載の波長変換素子の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000323922A JP2002131795A (ja) | 2000-10-24 | 2000-10-24 | 波長変換素子及びその製造方法 |
| US09/983,057 US6917463B2 (en) | 2000-10-24 | 2001-10-23 | Wavelength converting element and method of manufacture thereof |
| US11/142,253 US7336880B2 (en) | 2000-10-24 | 2005-06-02 | Wavelength converting element and method of manufacturing thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000323922A JP2002131795A (ja) | 2000-10-24 | 2000-10-24 | 波長変換素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002131795A true JP2002131795A (ja) | 2002-05-09 |
Family
ID=18801530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000323922A Pending JP2002131795A (ja) | 2000-10-24 | 2000-10-24 | 波長変換素子及びその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6917463B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002131795A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109147469A (zh) * | 2018-07-09 | 2019-01-04 | 安徽慧视金瞳科技有限公司 | 一种书法练习方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2002131795A (ja) * | 2000-10-24 | 2002-05-09 | Fuji Photo Film Co Ltd | 波長変換素子及びその製造方法 |
| EP1737522A1 (en) * | 2004-03-17 | 2007-01-03 | Cook Critical Care Incorporated | Medical devices for selectively and alternatively isolating bronchi or lungs |
| JP2020112626A (ja) * | 2019-01-09 | 2020-07-27 | 住友電気工業株式会社 | 波長変換光デバイスおよびその製造方法 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE462352B (sv) * | 1988-10-25 | 1990-06-11 | Optisk Forskning Inst | Vaagledare samt foerfarande foer framstaellning av saadan |
| US5113469A (en) * | 1990-03-02 | 1992-05-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Optical wavelength-converting device for guided-wave second-harmonic generation in cerenkov radiation mode |
| JPH04335330A (ja) * | 1991-05-13 | 1992-11-24 | Shimadzu Corp | 第２高調波発生素子の製造方法 |
| JP3036255B2 (ja) * | 1992-01-27 | 2000-04-24 | 松下電器産業株式会社 | 光波長変換素子およびそれを用いた短波長レーザ光源および短波長レーザ光源を用いた光情報処理装置および光波長変換素子の製造方法 |
| JP3578469B2 (ja) * | 1993-02-18 | 2004-10-20 | 富士写真フイルム株式会社 | 光波長変換素子およびその作成方法 |
| US5434700A (en) * | 1993-12-16 | 1995-07-18 | Bell Communications Research, Inc. | All-optical wavelength converter |
| US5652674A (en) * | 1994-08-31 | 1997-07-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for manufacturing domain-inverted region, optical wavelength conversion device utilizing such domain-inverted region and method for fabricating such device |
| DE69529378T2 (de) * | 1994-09-14 | 2003-10-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Verfahren zur Stabilisierung der Ausgangsleistung von höheren harmonischen Wellen und Laserlichtquelle mit kurzer Wellenlänge die dasselbe benutzt |
| JP3199305B2 (ja) | 1995-12-08 | 2001-08-20 | 富士写真フイルム株式会社 | 光波長変換素子およびその作成方法並びに光波長変換モジュール |
| JP3907762B2 (ja) | 1995-12-28 | 2007-04-18 | 松下電器産業株式会社 | 光波長変換素子、短波長光発生装置および光ピックアップ |
| US5875053A (en) * | 1996-01-26 | 1999-02-23 | Sdl, Inc. | Periodic electric field poled crystal waveguides |
| JP4084460B2 (ja) | 1997-06-19 | 2008-04-30 | 松下電器産業株式会社 | 光導波路と、この光導波路を用いた光波長変換素子、短波長光発生装置および光ピックアップ |
| JP2002131795A (ja) * | 2000-10-24 | 2002-05-09 | Fuji Photo Film Co Ltd | 波長変換素子及びその製造方法 |
-
2000
- 2000-10-24 JP JP2000323922A patent/JP2002131795A/ja active Pending
-
2001
- 2001-10-23 US US09/983,057 patent/US6917463B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2005
- 2005-06-02 US US11/142,253 patent/US7336880B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109147469A (zh) * | 2018-07-09 | 2019-01-04 | 安徽慧视金瞳科技有限公司 | 一种书法练习方法 |
| CN109147469B (zh) * | 2018-07-09 | 2021-07-30 | 安徽慧视金瞳科技有限公司 | 一种书法练习方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US7336880B2 (en) | 2008-02-26 |
| US6917463B2 (en) | 2005-07-12 |
| US20050225838A1 (en) | 2005-10-13 |
| US20020054425A1 (en) | 2002-05-09 |
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