JP2002258340A - 光波長変換素子、その製造方法、短波長光源及び光学システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プロトン交換光導波路におけるプロトン濃度
分布は、基板表面でプロトン濃度が最大となる拡散分布
を有する。プロトン交換導波路における表面近傍の高濃
度プロトン交換部分が光導波路の伝搬損失および光損傷
の原因となり、出力の不安定性および変換効率低下の原
因となっていた。 【解決手段】 プロトン交換光導波路３の表面近傍のプ
ロトン濃度を一部低減した層５を設けることで、光導波
路の伝搬損失を低減し、光波長変換素子の変換効率を大
幅に向上させることが可能となった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光情報処理および
光通信分野で利用される光波長変換素子およびその製造
方法および短波長光源および光学システムに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】光情報処理分野において、光ディスクの
高密度化およびディスプレイの高繊細化を実現するた
め、小型の短波長光源が必要とされている。短波長化技
術として、半導体レーザーと擬似位相整合（Quasi-Phas
e-Match／以下、ＱＰＭと記す）方式の光導波路型波長
変換（山本他、Optics Letters Vol.16, No.15, 1156
(1991)）デバイスを用いた第２高調波発生（Second-Har
monic-Generation／以下、ＳＨＧと記す）がある。ＱＰ
Ｍ−ＳＨＧ素子は周期状の分極反転構造と光導波路から
なり、分極反転構造を利用した擬似位相整合を用いて、
導波路を伝搬する基本波ＳＨＧに変換する。このタイプ
の光波長変換素子の変換効率は、光導波路を伝搬する光
と周期状の分極反転構造間のオーバラップに大きく依存
する。このため、高効率の光波長変換素子を実現するた
め、周期的分極反転構造の厚みを増大し、光導波路との
オーバラップを高める構造が提案されている。

【０００３】分極反転構造の厚みを増大させる方法とし
て、基板の結晶軸を基板平面に対して、わずかに傾ける
方法が公知となっている。強誘電体結晶の分極反転部は
結晶軸に沿って成長するので、基板のＣ軸を結晶表面か
ら３°傾けた基板を用いると、分極反転は結晶内部に向
かって成長していくので、深い分極反転構造が形成可能
となる。従来の光波長変換素子としては、特開平９−２
１４８４３１号公報に記載されている。基板にＭｇドー
プＬｉＮｂＯ₃を用い、基板結晶のＸ軸を基板の法線に
対して３°程度傾けている。この基板に周期状の分極反
転構造を形成することで深い分極反転が形成される。周
期状の分極反転構造に対し光導波路を形成することで深
い分極反転構造と光導波路のオーバラップを増大させる
ことが可能となり、高効率の光波長変換素子が構成でき
る。

【０００４】光導波路型波長変換デバイスを用いた短波
長光源の概略構成図を図９に示す。半導体レーザとし
て、分布ブラッグ反射（Distributed Bragg reflector
／以下、ＤＢＲと記す）領域を有する波長可変ＤＢＲ半
導体レーザが用いられている。ＤＢＲ領域を有する波長
可変半導体レーザを以下、波長可変ＤＢＲ半導体レーザ
と記す。３０は０．８５μｍ帯の１００ｍＷ級ＡｌＧａ
Ａｓ系ＤＢＲ半導体レーザで、活性層領域３１とＤＢＲ
領域３２から構成される。ＤＢＲ領域３２への注入電流
を可変することにより、発振波長を可変することができ
る。波長変換素子である光導波路型波長変換デバイス３
３は、Ｘ板ＭｇＯドープＬｉＮｂＯ₃基板上に形成され
た光導波路３４と周期的な分極反転領域３５より構成さ
れている。ＤＢＲ半導体レーザ３０の出射面より得られ
たレーザ光は、光導波路型波長変換デバイス３３の光導
波路３４に結合される。１００ｍＷのレーザ出力に対し
て６０ｍＷのレーザ光が光導波路に結合した。波長可変
ＤＢＲ半導体レーザ３０のＤＢＲ領域３２への注入電流
量を制御し、発振波長を光導波路型波長変換デバイス３
３の位相整合波長許容度内に固定し、波長４２５ｎｍの
ブルー光が１０ｍＷ程度得られている。

【０００５】ＳＨＧブルー光源を光ディスクに応用する
場合、光ピックアップに搭載されて用いられる。モジュ
ールから出射したブルー光は、コリメートレンズでコリ
メートされ、プリズムペアによりビーム整形され、偏光
ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと記す）およびλ／４
板を透過後、立ち上げミラーにより９０度曲げられ、対
物レンズにより光ディスク上に集光される。光ディスク
からの反射光は、ＰＢＳで９０度曲げられ、検出レンズ
とシリンドリカルレンズにより、フォトディテクタ（以
下、ＰＤと記す）に導かれ、信号検出が行われる。この
光ピックアップを用いることにより、１０ＧＢ以上の高
密度光ディスクの再生が実現される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】プロトン交換導波路に
おいてプロトン濃度に依存した光導波路の伝搬損失が存
在する。このため光導波路の伝搬損失により光波長変換
素子の変換効率が低下するという課題があった。また、
結晶軸を基板の法線から傾けたオフカット基板を用いた
光波長変換素子において、プロトン交換により光導波路
を形成すると光導波路の伝搬損失が大幅に増大するとい
う課題があった。

【０００７】オフカット基板を用いた光波長変換素子か
ら出射されるＳＨＧ光の偏光軸が傾いている。このた
め、偏光を利用した分離光学系を利用する場合、偏光軸
の傾きにより偏光分離の分離率が低下する。従来の構成
図では、光源からの光が光ディスク面で反射されること
で、λ／４板を往復して偏光が９０°回転して、偏光プ
リズムで反射されてディテクタで検出される。ＳＨＧ光
の偏光が傾いていることで、偏光成分が増大しノイズが
増える。また磁界変調方式の光ディスクの場合、ディス
クからの信号検出は、偏光の回転角度により検出する。
このため光の偏光角の傾きは信号光の劣化の原因とな
る。

【０００８】そこで、本発明は、上記の課題を解決し、
短波長光源を実現できる光波長変換素子および波長光源
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の光波長変換素子は、ＬｉＮｂ_xＴａ_(1-x)Ｏ
₃（０≦ｘ≦１）基板と、前記基板表面近傍に形成した
周期状分極反転構造と、前記基板表面近傍に形成したプ
ロトン交換導波路とを備え、前記プロトン交換導波路の
表面近傍の少なくとも一部に前記プロトン交換導波路の
中心部に対してプロトン濃度が低い部分を有している光
波長変換素子である。

【００１０】また、本発明の光波長変換素子は、ＬｉＮ
ｂ_xＴａ_(1-x)Ｏ₃（０≦ｘ≦１）基板と、前記基板表面
近傍に形成した周期状分極反転構造と、光導波路とを備
え、前記基板のＣ軸が前記基板表面に対し０．５°〜２
°傾いていることを特徴とする。

【００１１】また、本発明の光波長変換素子の製造方法
は、ＬｉＮｂ_xＴａ_(1-x)Ｏ₃（０≦ｘ≦１）基板を酸中
で熱処理して基板中のＬｉと酸中のプロトンとを交換し
基板表面にプロトン交換層を形成する第１プロトン交換
工程と、前記基板をＬｉ塩中で熱処理して前記プロトン
交換層中のプロトンとＬｉ塩中のＬｉをイオン交換する
第１の逆プロトン交換工程とを有する。

【００１２】また、本発明の短波長光源は、前記光波長
変換素子と、半導体レーザと、サブマウントとを備え、
前記サブマウント上に前記半導体レーザと前記光波長変
換素子を固定し、前記半導体レーザからの光を前記光波
長変換素子により波長変換している。

【００１３】また、本発明の光学システムは、前記短波
長光源と、集光光学系と、記録媒体とを備え、前記短波
長光源からの光を前記記録媒体に照射することを特徴と
する。

【００１４】

【発明の実施の形態】従来の光波長変換素子は、結晶軸
を基板の法線に対し３°傾けることで分極反転の厚みを
増大し、高効率の光波長変換素子を実現していた。しか
しながら、結晶軸を基板の法線に対し傾けることで光波
長変換素子および光波長変換素子を用いた光源において
以下の課題を有することが明らかになった。発明者は、
ＬｉＮｂＯ₃を主成分とする非線形光学結晶基板に周期
的分極反転構造と光導波路からなる光波長変換素子の特
性を調べることで、以下の問題点が存在することを明ら
かにした。

【００１５】１）プロトン交換濃度に依存して伝搬損失
が増大する。

【００１６】２）結晶軸を傾けることで光導波路の伝搬
損失が増大する。

【００１７】３）光導波路の導波損失の増大と共に耐光
損傷強度の劣化が生じる 光波長変換素子において、光導波路の伝搬損失は、変換
効率に大きな影響を与える。２次の非線形光学効果を利
用した光波長変換素子は、変換する入射光の２乗に比例
してＳＨＧ出力が増大する。このため、伝搬損失が増大
すると変換効率は伝搬損失に比例して減少することとな
り、光波長変換素子の特性を大きく劣化させる原因とな
っている。さらに伝搬損失の増大は導波光の吸収の増加
に影響し、吸収された光は光損傷や熱分布により光波長
変換素子の安定性を著しく損なう結果となる。特に高出
力のＳＨＧ光を得る場合には、光の吸収や光損傷は大き
な問題となる。光波長変換素子に利用されるプロトン交
換導波路の伝搬損失は１ｄＢ／ｃｍ程度であり、１０ｍ
Ｗ程度のＳＨＧ出力に対しては、大きな問題とならな
い。ところが１０ｍＷ以上の高出力光を得るには、伝搬
損失を半分以下に大幅に低減する必要があることが実験
上明らかになった。

【００１８】本実施の形態では、光導波路の伝搬損失を
低減する新たな導波路構造を提案することで上記問題を
解決使用とするものである。

【００１９】（実施の形態１）図１に本実施の形態の光
波長変換素子を示す。ＭｇドープＬｉＮｂＯ₃基板１上
に周期的分極反転領域２とプロトン交換光導波路３が形
成されている。基板表面には高屈折率クラッド層４が形
成され、導波路の表面近傍にはプロトン濃度の低い層５
が形成されている。基板のＣ軸は結晶表面に対し１．５
°傾いている。プロトン交換導波路は、プロトン交換と
アニール処理により形成されており、プロトン濃度は表
面から基板内部に向かってグレーディッドに減少してい
るが、プロトン交換層の表面近傍にはプロトン濃度の低
い層５を形成しているのがポイントである。

【００２０】プロトン交換導波路は、ＬｉＮｂＯ₃基板
を酸中で熱処理することで基板中のＬｉと酸中のプロト
ンを交換することで形成される。その後アニール処理す
ることでプロトン濃度を低減して形成する。プロトン交
換層をアニール処理することで、低損失のプロトン交換
導波路の形成が可能となるが、アニール処理によるプロ
トン交換濃度の低減には限界がある。これは、プロトン
濃度はプロトン交換層の屈折率変化に比例するためであ
る。アニール処理によりプロトン濃度を下げすぎると光
導波路の屈折率変化が小さくなり、導波する光を十分閉
じ込めることが難しくなる。光導波路として存在する程
度にしかプロトン濃度の低減は難しい。

【００２１】またプロトン交換層をアニール処理すると
熱拡散によりプロトンが基板に拡散するが、この時のプ
ロトン濃度分布は図２（ｂ）に示すようなグレーディッ
ドな分布形状を有する。図２（ａ）のアニール前のプロ
トン濃度分布からアニール処理により（ｂ）の濃度分布
に変換する。このとき（ａ）の初期プロトン交換部分に
プロトン濃度の高い部分が形成され、この部分の導波損
失が特に大きい。図から分かるようにプロトン濃度分布
は基板表面が最大で内部に行くに従い減少する。プロト
ン交換導波路の屈折率分布はプロトン交換濃度分布に依
存する。即ち、光導波路として機能する程度のプロトン
濃度分布を維持するためには、プロトン交換導波路の表
面近傍にかなりプロトン濃度の高い部分を存在させる必
要がある。この部分がプロトン交換導波路の伝搬損失に
大きな影響を与えている。

【００２２】本発明では、このプロトン濃度の高い光導
波路表面近傍に着目し、図３に示すように、光導波路の
表面近傍において、プロトン濃度を下げることで、光導
波路の伝搬損失を大幅に低減することを可能にした。さ
らに、光導波路表面のプロトン交換濃度を低減すること
で耐光損傷強度を向上させ、高出力な光波長変換素子の
作製を可能にした。特に初期プロトン交換を行った部分
の厚みにおけるプロトン濃度を低減することが有効であ
った。

【００２３】また、オフカット基板においてはプロトン
濃度に対する導波損失の依存性が顕著に現れることが分
かった。Ｘ板（基板表面の法線がＸ軸と平行）の結晶軸
をわずかに傾けたオフカット基板ではプロトン濃度によ
る伝搬損失の増大が通常のＸ板に比べて顕著に現れた。
Ｘ板におけるプロトン交換導波路ではプロトン濃度がア
ニール前に比べて２０％程度以下に低下すれば、プロト
ン濃度に依存した導波損失はほとんど無視できる程度に
低下する。これに対してオフカット基板ではアニール前
に比べてプロトン濃度が１５％以下になっても、かなり
の導波損失が存在し、さらなるプロトン濃度の低減が必
要となることが分かった。しかしながら、さらなるプロ
トン濃度の低減は光導波路の屈折率変化の大幅な低減を
必要とし、その結果光導波路の閉じ込めを極端に低下さ
せる結果となった。

【００２４】具体的には、Ｘ板の結晶において結晶Ｙ軸
を中心にＸ、Ｚ軸をθ°回転させた。Ｘオフカット基板
について調べたところ。θが０．５°以上でオフカット
基板とＸカット基板との伝搬損失に差が観測された。１
°以上で伝搬損失は１０％以上増大し、オフカット角度
と共に伝搬損失は増大した。すなわち、・アニールした
プロトン交換導波路においては表面近傍に存在するプロ
トン交換濃度の高い部分が、光導波路の伝搬損失となっ
ている。

【００２５】・オフカット基板においては、プロトン交
換濃度の増大による伝搬損失が顕著になり、アニール処
理による伝搬損失の低減に限界がある。の２点が、新し
い課題として見いだされた。

【００２６】これらの課題を解決するため、本発明では
新たな導波路構造について提案する。即ち、オフカット
基板におけるプロトン交換導波路の表面近傍においてプ
ロトン濃度の低い層を形成する構成である。この構成
で、上記の２点の課題が解決することを見いだした。光
導波路表面近傍のプロトン濃度を低減することで、光導
波路の屈折率変化を維持し、同時に伝搬損失の主原因と
なっている表面近傍の層を除去することが可能となる。
この効果は特にオフカット基板に対して顕著に現れた。

【００２７】また表面のプロトン濃度の高い層をエッチ
ング等によって除去する方法も考えられるが、エッチン
グ等により表面除去を行うとプロトン交換導波路にエッ
チングによるダメージが残る。特に周期状の分極反転構
造は反転部と非反転部間でエッチング特性が異なるた
め、分極反転構造に従った凹凸が生じる。その結果、新
たな伝搬損失の発生を伴うという問題が生じた。また、
表面のプロトン交換濃度を低減することで、光導波路が
埋め込み型となり導波モードが基板の深さ方向で対称構
造となり、半導体レーザ、光ファイバ、導波路、レンズ
による結合等の光結合の効率が大幅に向上した。

【００２８】図２（ｂ）に示したように従来のプロトン
交換導波路では屈折率分布が深さ方向に非対称なため導
波路を伝搬する導波光のモードプロファイルは非対称構
造となっていた。このため対称構造の電界分布を有する
半導体レーザ、光ファイバ、レンズ等との結合におい
て、モードのミスマッチによる結合効率の劣化が生じて
いた。これに対しプロトン交換導波路表面のプロトンを
低減することで、導波路の屈折率分布が基板の厚み方向
に対称に近くなった。このため結合効率を大幅に増大す
ることが可能となった。

【００２９】次に、本発明の光導波路の作製方法につい
て述べる。従来のプロトン交換導波路をアニールする方
法ではプロトン交換層の表面近傍においてプロトン濃度
を低減させるのは不可能である。そこでＬｉ塩中でプロ
トン交換層を熱処理することでプロトン交換層のプロト
ンとＬｉ塩中のＬｉの交換を行い、プロトン交換層表面
プロトン交換濃度を低減する方法を導入した。

【００３０】作製方法は図４に示すように（ａ）ＬｉＮ
ｂＯ₃基板表面２１にＴａのマスクパターン２２を形成
する。（ｂ）基板をピロ燐酸中で２００℃７ｍｉｎ程度
熱処理して、非マスク部分に選択的にプロトン交換層２
３を形成する。（ｃ）Ｔａマスクを除去後、３３０℃で
２時間程度アニール処理しする。（ｄ）Ｌｉ塩（ここで
はＬｉＮＯ₃を用いた）中で２５０℃１時間程度熱処理
しプロトン交換濃度の低い部分２４を形成する。（ｅ）
３３０℃で１時間程度アニール処理する。（ｄ）の熱処
理でプロトン交換中のプロトンがＬｉ塩中のＬｉと交換
されて（逆プロトン交換）、プロトン交換層の表面近傍
のプロトン濃度を低減できる。

【００３１】この方法によりプロトン交換導波路を作製
して伝搬損失を比較した。オフカット基板においては伝
搬損失に大きな差が見られた。１．５°オフカットの基
板を用いたところ、表面のプロトン交換層を低減するこ
とで、伝搬損失は２ｄＢ／ｃｍから１ｄＢ／ｃｍ以下に
なり、伝搬損失が大幅に低減されるのが確認された。ま
た、逆プロトン交換することで、プロトン交換により劣
化した結晶性が回復するため、非線形光学効果、電気光
学効果、音響光学効果等の確定数が増大し、特性の向上
が図れた。

【００３２】次に、高屈折率クラッド構造について述べ
る。光波長変換素子の変換効率向上を目的として、光導
波路の表面に導波層より高い屈折率を有するクラッド層
（以下、高屈折率クラッドとする）を堆積した構造が提
案を提案している。高屈折率クラッド層により光の閉じ
込めを強化し、かつ基本波と高調波間のオーバラップを
増大することが可能となり、変換効率の向上が図れる。
しかしながら、プロトン交換導波路に高屈折率クラッド
層を適用することは、伝搬損失の点から見ると適切では
ない。先述したように、アニール処理したプロトン交換
導波は表面近傍にプロトン濃度が高く伝搬損失の大きな
層を有する。

【００３３】図５に示すように、高屈折率クラッドをも
たない光導波路における電界分布（ａ）に比べ、高屈折
率クラッド層を備えた光導波路における導波光の電界分
布（ｂ）は、屈折率の高い表面近傍に引き上げ閉じ込め
を強化する。しかしながら、高屈折率クラッドにより、
プロトン交換導波路の伝搬損失の大きな表面層における
電界分布の割合が大きくなり導波損失を増大させる。高
屈折率クラッド層を有する光導波路において、プロトン
交換導波路の表面近傍にプロトン濃度を低減すること
は、伝搬損失低減と高効率化を達成できるという利点を
有するため非常に好ましい。また、高屈折率クラッドと
表面プロトン濃度を低減した導波路を組み合わせること
で閉じ込めの強い光導波路の実現が可能となる。

【００３４】プロトン交換導波路の表面近傍においてプ
ロトン濃度を低減すると光導波路の実効屈折率が大幅に
減少し導波路の閉じ込めが劣化する。これはプロトン交
換導波路における屈折率分布は表面近傍のプロトン濃度
の高い層が最も大きな屈折率を有し、光導波路の実効屈
折率の増大を実現しているからである。表面プロトン濃
度を低減することは、この層を除去することに相当する
ため導波路の実効屈折率は大幅に低減する。これを補
い、さらに実効屈折率を増大させる手段として高屈折率
クラッド層を有する導波路構造は最適な構造である。

【００３５】高屈折率クラッドは表面のプロトン濃度を
低減した光導波路と組み合わせることにより、高い閉じ
込めと低損失な光導波路構造を実現できる有効な構造と
なる。高屈折率クラッドの材料としてはＮｂ₂Ｏ₅を主成
分とした酸化物膜が有効である。Ｎｂ₂Ｏ₅は短波長域ま
での優れた透過特性を有し、基板であるＬｉＮｂＯ₃よ
り高い屈折率を有する。さらに、通常のスパッタ装置に
より容易に光学薄膜が堆積可能であるため、非常に好ま
しい。またＧａＮ，ＡｌＮ等の窒化物膜も透過特性に優
れているため好ましい。

【００３６】次に高屈折率クラッド層の吸収係数につい
て述べる。高屈折率クラッド層を光導波路上に形成する
ことで、光導波路の閉じ込めが強化される。導波光のパ
ワー密度が増大することで、光波長変換素子の変換効率
を大幅に向上させることが可能となる。しかしながら、
光波長変換素子への高屈折率クラッドの適用において
は、その吸収係数の低減が大きな課題となることが、明
らかになった。周期状の分極反転構造を利用した光波長
変換素子は、位相整合波長許容度が非常に狭く半値全幅
で０．１ｎｍ程度である。このため素子全長に渡る温度
の均一性は数℃以下に均一化する必要がある。温度分布
が大きくなると位相整合状態の不均一が生じ変換効率が
大幅に低下する。高屈折率クラッド層に吸収が存在する
と導波光による温度分布が発生する。光波長変換素子に
おいて発生する第二高調波は伝搬方向に対して距離の２
乗に比例して増大する。

【００３７】従って、伝搬方向に距離の２乗特性に比例
したＳＨＧ光の分布が生じる。このためＳＨＧ光の吸収
が存在すると光導波路の伝搬方向に温度分布が発生す
る。この温度分布が光波長変換素子の特性劣化の要因と
なる。具体的に示すとクラッド層に求められるのはＳＨ
Ｇ光、特に４５０〜４００ｎｍの波長に対する吸収係数
の低減である。クラッド層に存在する導波光の電界分布
の割合は全体数％である。クラッドの吸収によるＳＨＧ
パワーの減衰を計算すると、クラッドの級数係数ｋ＝１
０^-3のときで１ｍｍあたり５０％程度、ｋ＝１０^-4のと
きでも５％以上の光が吸収される。ＳＨＧ出力１０ｍＷ
以上発生した場合に、クラッドの吸収による光導波路の
温度分布を数℃以下に低減するには吸収係数を最低でも
ｋ＝１０^-4以下に押さえないと吸収による光波長変換素
子の温度分布は発生し、特性劣化が発生することが分か
った。

【００３８】従って、高屈折率クラッドに要求されるの
はＳＨＧ光の波長４００〜４５０ｎｍに対して吸収係数
を１０^-4以下の特性である。そのためには、まず短波長
域における吸収が非常に少ない材料を用いる。また、成
膜条件に対しても低損失化を実現するための条件設定が
必要となる。このような短波長における低吸収特性を実
現する材料としては、Ｎｂ₂Ｏ₅を主成分とする酸化膜が
非常に好ましい。またＧａＮ，ＡｌＮ等の窒化物膜も透
過特性に優れているため好ましい。

【００３９】次に、耐光損傷特性について述べる。光損
傷とは光の強度により光導波路の屈折率に変化が生じる
現象でＬｉＮｂＯ₃において顕著に現れる。光損傷は光
導波路を利用する場合に問題となる現象で、屈折率変化
や屈折率分布を生じることで光導波路を利用したデバイ
ス特性の不安定性や特性劣化の原因となる。光損傷の発
生するパワー（耐光損傷強度）を増大させることは、光
導波路の安定性にとって重要な課題である。表面層のプ
ロトン濃度を低減することで耐光損傷強度の大幅な増大
が可能となった。プロトン濃度の増大は光導波路の伝搬
損失の増大と共に伝搬光に対する吸収損失の増大を引き
起こす。

【００４０】伝搬光の吸収は導波路の温度分布差増大の
要因となり、さらに光損傷による屈折率変化の原因とな
る。我々の実験では４００ｎｍ帯のＳＨＧ光を発生させ
た場合、通常の導波路においては１０ｍＷ程度の導波光
に対しては安定した出力動作を示したが、２０ｍＷ以上
のＳＨＧ光に対しては光損傷による導波光特性の不安定
化が生じた。これに対し、プロトン交換層の表面近傍の
プロトン濃度を低減した導波路構造を用いると、４０ｍ
Ｗ以上のＳＨＧ光の導波に対しても安定な導波特性を実
現できた。プロトン交換層の表面近傍のプロトン濃度を
低減することで、耐光損傷強度を大幅に向上することが
可能となった。

【００４１】次に、本発明の根拠となるプロトン交換濃
度と伝搬損失の関係について述べる。プロトン交換濃度
が光導波路の伝搬損失に影響を与えることは、公知であ
った。しかしながら、オフカット基板におけるプロトン
交換と伝搬損失の関係については明らかにされていな
い。通常のプロトン交換導波路はプロトン交換を施した
後、アニール処理を行い、プロトン濃度を低減すること
で、導波損失の低減を図っていた。プロトン交換導波路
の伝搬損失は、Ｚ板、Ｘ板、Ｙ板の順に大きくなり、３
次元導波路の場合は伝搬方向に依存して導波損失が決ま
る。半導体レーザとの直接結合における偏光方向の一致
を実現するにはＸ板またはＹ板が有効である。さらに伝
搬損失を考慮するとＸ板がもっとも望ましい。

【００４２】通常Ｘ板の場合、プロトン交換濃度をプロ
トン交換後の半分以下にアニール処理する程度で伝搬損
失の低減は完了し、その後アニール処理を続けても伝搬
損失の低減には効果がないことが知られていた。ところ
が、結晶軸のＸ板からわずかに傾けた、いわゆるオフカ
ット基板においては、この特性が大きく異なることが見
いだされた。使用した基板は３°オフカット基板のＭｇ
ドープＬｉＮｂＯ₃であった。プロトン交換を０．２μ
ｍ程度施し、アニール処理３３０℃２１０分間行うこと
でプロトン交換層を２μｍ程度まで拡大した。プロトン
はアニール処理により基板内部に熱拡散し、濃度分布は
表面から基板内部に向かってグレーディッドに減衰す
る。表面のプロトンの濃度はプロトン交換直後の１０％
以下に減衰していた。

【００４３】ところが、オフカット基板においてはプロ
トン濃度をアニール処理により極端に低下した。この様
な場合においても、プロトン濃度に依存する伝搬損失が
存在することが、発見された。特に初期のプロトン交換
が形成された表面の０．２μｍ程度の領域において化学
損傷による伝搬損失増大が顕著に存在することが分かっ
た。オフカット基板においては、プロトン交換表面近傍
の伝搬損失低減が重要であることが分かった。さらに、
この表面層における伝搬損失を大幅に低減する方法とし
て表面近傍のプロトン交換濃度を低減させる方法が非常
に有効であることが見いだされた。すなわち、プロトン
交換層の表面近傍におけるプロトン濃度をプロトン交換
層内部の濃度に対し低減することで、光導波路の伝搬損
失を大幅に低減することが可能となった。

【００４４】なお、本発明の光波長変換素子の導波路構
造は、図１に示すようにプロトン交換交換導波路の表面
全体を逆プロトン交換することで、光導波路の表面全体
にプロトン濃度の低い逆プロトン交換層を形成する構造
であったが、さらに、逆プロトン交換層を図６に示すよ
うに、導波路の中心部分に限って形成すると、より高効
率の光波長変換素子の構成が可能となる。光導波路の伝
搬損失の主な要因となっているのは、アニール前のプロ
トン交換部分であり、アニール処理により拡大したプロ
トン交換導波路におけるプロトン濃度の高い部分、即ち
導波路の中心部分である。従って、この部分を逆プロト
ン交換することで、導波路の低損失化が可能となる。さ
らに、逆プロトン交換部分を導波路中心部分に限ること
で、逆プロトン交換の面積を最低限に押さえることが可
能となる。逆プロトン交換はプロトン交換による屈折率
変化を低減させるため、導波路の実効屈折率の低下を招
き、導波路の閉じ込めを劣化させる。

【００４５】従って、逆プロトン交換の面積を導波路中
央部に限ることで、逆プロトン交換面積を制限し、プロ
トン交換層の屈折率低下を抑圧できる。その結果、より
強い閉じ込めを有する光導波路の形成が可能となり、高
効率の光波長変換素子が形成できた。作製プロセスはプ
ロトン交換用のマスクを逆プロトン交換に適用すること
でアライメンフリーの作製が可能となる。具体的には図
４に示した作製プロセスとほぼ同じである。変更する点
は（ｃ）のアニール工程において、Ｔａの選択マスクを
除去せずにアニール処理する点である。プロトン交換層
は、導波路深さ方向、幅方向に２倍以上に拡散する。そ
の後、Ｌｉ塩中で熱処理すると導波路表面の中心近傍に
逆プロトン交換層（プロトン濃度の低い層）が形成され
る。

【００４６】（実施の形態２）ここでは、本発明の他の
光波長変換素子の構造について述べる。光波長変換素子
の高効率化のためオフカット基板が使用されている。オ
フカット基板を用いることで分極反転厚みが増大し、光
導波路とのオーバラップの増加が可能となるため、変換
効率の向上が図れる。Ｘ板の結晶において結晶Ｙ軸を中
心にＸ、Ｚ軸をθ°回転させたときのθをオフカット角
度とすると、分極反転層厚みはオフカット角と共に増大
する。厚い分極反転構造を形成するためにはオフカット
角の大きな結晶が必要となる。通常３°程度のオフカッ
ト基板が使用されている。ところが、前述したようにプ
ロトン交換導波路を利用する場合には、オフカット角度
の増大と共に、伝搬損失の大幅な増大が観測された。さ
らに、高屈折率クラッドとプロトン交換導波路を併用す
る場合にはさらに導波損失が増大する結果となった。オ
フカット基板について調べたところ。θが０．５°以上
でオフカット基板とＸカット基板との伝搬損失に差が観
測された。また、θが３°以上の結晶では、伝搬損失は
２ｄＢ／ｃｍ以上あった。そこで、オフカット角度を
１．５°にすると導波損失は１ｄＢ／ｃｍ以下に低減す
ることが可能となった。

【００４７】一方、深い分極反転を形成する観点から見
ると、形成される分極反転厚みはθの減少と共に小さく
なる。θが０．５°以下になると通常のＸ板と同等の分
極反転厚みしか得られなくなるため、分極反転厚みを考
慮すると０．５°以上のオフカット角が必要である。さ
らに伝搬損失を考慮すると基板のオフカット角は０．５
〜２°が最も望ましい。反転厚みの増大による光波長変
換素子の高効率化を実現するには、１°〜２°がさらに
好ましい。また、オフカット角度を２°以下にすると耐
光損傷強度の向上も図れた。光導波路の伝搬損失の低減
により光損傷の発生が抑圧された結果である。

【００４８】また、プロトン交換導波路表面のプロトン
濃度を低減するとさらに導波損失の低減が図れた。ま
た、前述したようにオフカットの基板を用いる場合、高
屈折率クラッドの影響は大きい。オフカットの基板を用
いると導波モードの電界分布が基板表面に引きつけられ
る。このためオフカット基板を用いた場合の伝搬損失が
大幅に増大する結果となる。高屈折率クラッドを用いる
場合にオフカット角を２°以下に設定することは非常に
重要である。

【００４９】なお、本発明では、結晶のＸ軸が基板表面
と垂直なＸ板のＸ、Ｚ軸をＹ軸（基板に平行）を中心に
僅かに傾けたＸオフカット基板について述べた。Ｘ板は
Ｙ板に比べてプロトン交換時の化学損傷が少なく低損失
なプロトン交換導波路の形成が可能であるからである。
これに対し、Ｙ板結晶のＹＺ軸をＸ軸を中心に僅かに傾
けたＹオフカット基板の使用についても検討した。Ｙオ
フカット基板は結晶表面と結晶のＸ軸が平行な関係にあ
る。Ｙオフカット基板とＸオフカット基板の大きな違い
は形成される分極反転構造にある。Ｙオフカット基板の
分極反転はＸオフカット基板に比べ深い反転形成が可能
であり、かつ断面形状が左右対称な矩形形状に近い。こ
れに対してＸオフカット基板に形成される分極反転は断
面が三角形状であり左右非対称性を有している。

【００５０】光導波路と分極反転構造のオーバラップよ
り変換効率を計算すると、Ｙオフカットの分極反転構造
を用いるとＸオフカット分極反転に比べ１．５倍の変換
効率が得られることが分かった。結晶構造から考察する
とＸオフカットの結晶構造は左右対称構造であり、分極
反転構造も左右対称な分極反転構造が形成されると思わ
れたが、実際に形成された分極反転構造はＹオフカット
基板において高効率な反転構造が形成されることが見い
だされた。従って、Ｙオフカット基板を用いることでよ
り高効率な光波長変換素子が形成できた。Ｙオフカット
基板を用いる場合に問題となるのが、光導波路の伝搬損
失である。Ｙオフカット基板を用いて光導波路型の波長
変換素子を作製する場合に、低損失の光導波路の形成が
課題となる。

【００５１】Ｙ板はＸ板に比べて低損失のプロトン交換
導波路の形成が難しいからである。Ｙ板に低損失のプロ
トン交換を形成するには、プロトン交換時の化学損傷を
低減する必要がある。通常プロトン交換に用いられてい
るピロ燐酸、安息香酸等はプロトン交換時の解離定数が
大きいため化学損傷による導波損失増大が発生する。こ
のため、低損失化には酸性の弱い（解離定数の小さい）
酸が必要となる。ペーハで３以上の弱酸をプロトン交換
用の酸で用いることが好ましい。またプロトン交換以外
の方法で光導波路を形成することで化学損傷を低減でき
る。例えば、結晶を加工してそれ自体を光導波路として
用いる表面加工による導波路形成法を利用すれば、プロ
トン交換を用いず結晶自体を光導波路に利用できるため
低損失の光導波路形成が可能となる。

【００５２】Ｙオフカット基板はＸオフカット基板に比
べ化学損傷を受けやすいためプロトン濃度に依存する伝
搬損失の増大も顕著に現れる。このため、光導波路の表
面近傍のプロトン濃度の低減による導波路の低損失効果
はより顕著に現れた。通常Ｙオフカット板に形成した導
波路はＸオフカット基板に形成した導波路に対し１．５
倍以上の導波損失をもつが、逆プロトン交換処理により
表面近傍のプロトン濃度を低減することで、通常のＸオ
フカット基板よりも導波損失の小さな導波路が形成でき
ることを確認した。これによってＹオフカット基板にお
いても、低損失の導波路形成が可能となり高出力のＳＨ
Ｇ素子実現が可能となった。

【００５３】（実施の形態３）実施の形態１で示した光
波長変換素子の特性について述べる。図１に示した光波
長変換素子を作製し、その特性評価を行った。作製方法
は、周期状２．８μｍ程度の分極反転を電界印加法によ
り形成した。電極除去後に光導波路用のマスクパターン
を形成し、ピロ燐酸中で熱処理することで、深さ０．２
μｍ程度のプロトン交換層を形成する。アニール処理を
行いプロトン交換層を１μｍ程度に拡大した後、Ｌｉ塩
中で熱処理し、逆プロトン交換層を０．２μｍ程度形成
する。逆プロトン交換層を初期プロトン交換の厚み以上
に形成することで、光導波路の伝搬損失を大幅に低減で
きる。さらに光導波路をアニール処理して深さ２μｍ程
度の光導波路を形成する。導波路上にＮｂ₂Ｏ₅膜を０．
２μｍ程度堆積する。光導波路の両端面を光学研磨する
ことで光導波路の入射部および出射部を形成した。

【００５４】作製した光波長変換素子の特性を評価し
た。光波長変換素子に波長８２０ｎｍの基本波を入力す
ると波長４１０ｎｍのＳＨＧ光に波長変換することがで
きた。基本波６０ｍＷの入力に対し、３０ｍＷのＳＨＧ
出力が得られ変換効率５０％を達成した。作製した光波
長変換素子は基本波の伝搬損失を従来の１ｄＢ／ｃｍか
ら０．５ｄＢ／ｃｍに低減することが可能となった。Ｓ
ＨＧ光に対する伝搬損失も大幅に低減した結果、光波長
変換素子の変換効率を１．５倍に増大できた。さらに、
光損傷特性についても特性向上が観測された。本発明の
光波長変換素子の構造により、波長４１０ｎｍのＳＨＧ
伝搬損失が大幅に低減した。この結果、ＳＨＧ光の吸収
が低減され光導波路伝搬方向における温度分布の発生、
および光損傷の発生が飛躍的に低減された。従来の光波
長変換素子では１０〜２０ｍＷ以上のＳＨＧ光に対して
は、出力の不安定性が生じたが、本発明の光波長変換素
子においては４０ｍＷ以上の高出力ＳＨＧ光に対しても
安定な出力が得られた。

【００５５】（実施の形態４）ここでは本発明の光波長
変換素子の製造方法について述べる。プロトン交換した
ＬｉＮｂＯ₃基板をＬｉ塩中で熱処理することで結晶中
のプロトンがＬｉと交換される逆プロトン交換が可能と
なる。この現象を利用した高効率の光波長変換素子の製
造方法について述べる。

【００５６】まず、非線形光学定数の増大による高効率
化について述べる。通常のＬｉＮｂＯ₃結晶は、結晶育
成が容易なコングルエント組成の結晶である。これは、
結晶中のＬｉ／Ｎｂの比が完全結晶の１／１ではなく、
育成が容易は４８／５２程度の比率の結晶である。とこ
ろが最近になって、結晶育成技術の進歩によりＬｉ／Ｎ
ｂ比が１／１の完全結晶の育成が可能となり、その非線
形光学定数が従来のコングルエント組成のＬｉＮｂＯ₃
に比べ、１．２倍程度高いことが確認されている。しか
しながら、完全結晶の育成は難しく大型基板を入手する
ことは現在不可能である。

【００５７】我々は、逆プロトン交換工程を利用して完
全結晶に近い結晶をコングルエント組成のＬｉＮｂＯ₃
結晶から作製可能であることを見いだした。作製工程
は、ＬｉＮｂＯ₃結晶にプロトン交換を施し、さらにプ
ロトン交換層を逆プロトン交換する方法である。プロト
ン交換を行うと結晶内に過剰なプロトンが注入される。
これを逆プロトン交換することで結晶内のＬｉ濃度を高
めることが可能となった。この結果、結晶表面にＬｉ濃
度の高い層が形成され、この層の組成が完全結晶に近い
ことから非線形定数の大きな結晶表面層が形成できた。
さらにプロトン交換工程と逆プロトン交換工程を繰り返
すことで、より完全結晶に近い表面層の形成が可能とな
り、その層の厚みを深さ方向に増大することが可能とな
った。また形成した完全結晶に近い層にプロトン交換を
施して光導波路を形成する事で、高い非線形光学定数を
有する光波長変換素子の製造が可能となった。

【００５８】結晶表面に完全結晶層を形成することで、
この層を導波層とした高効率の光波長変換素子の形成が
可能となる。分極反転を形成した基板表面を本発明の方
法で完全結晶化し、これを薄膜化して導波路構造として
用いることで、周期状分極反転構造を有する完全結晶Ｌ
ｉＮｂＯ₃の形成が可能となる。光導波路を３次元化す
ることで高効率の光波長変換素子の形成も可能となる。
さらに、基板結晶としてオフカット基板を用いることで
周期状の分極反転構造の形成が容易になった。

【００５９】（実施の形態５）実施の形態２で示した光
波長変換素子を用いて短波長光源を作製した本発明の短
波長光源の断面図を図７に示す。Ｓｉサブマウント１０
上に、ＡｌＧａＡｓ系の波長可変ＤＢＲ半導体レーザ１
１と光波長変換素子１２を固定している。光波長変換素
子１２は、周期状の分極反転構造２とプロトン交換導波
路３から形成され、プロトン交換導波路のプロトン濃度
分布は表面近傍で小さくなっている。

【００６０】半導体レーザの導波光の電界分布は深さ方
向、厚み方向共に対称構造となっている。これに対し、
通常のプロトン交換とアニール処理により形成するプロ
トン交換導波路は、深さ方向にグレーディッドな屈折率
分布となっている。このためプロトン交換導波路を導波
する導波光の電界分布は深さ方向に非対称になってい
る。対称構造の電界分布を有する半導体レーザと、非対
称構造の電界分布を有するプロトン交換導波路を直接結
合で結合する場合、光の伝搬損失は結合部分で１ｄＢ以
上存在した。これに対しプロトン交換導波路の表面のプ
ロトン交換濃度を減少させることで、導波路の電界分布
を対称構造に近づけることが可能となった。この結果、
結合損失を０．５ｄＢ以下に大幅に低減することが可能
となり、高効率結合により光波長変換素子の出力特性を
１．２倍以上向上することが可能となった。また、作製
した光波長変換素子は、高効率で、耐損傷強度に優れる
ため、１００ｍＷ出力の半導体レーザを用いて３０ｍＷ
以上の高出力の短波長光源を実現することが可能となっ
た。

【００６１】また、光波長変換素子を構成する基板のオ
フカット角度も短波長光源の特性に大きな影響を与え
る。オフカット基板を用いると出射する光の偏光軸がオ
フカット角度に比例して傾く。このため出射光の偏光軸
に対して他の偏光成分が含まれることになる。例えば３
°以上のオフカット角を有する基板を用いる場合、ビー
ムの光軸を基に光学系を設計した場合、偏光成分として
５％以上の直交偏光成分が含まれる。偏光を利用する光
学系においては直交成分の光はノイズ成分となる。これ
に対し２°以下のオフカット角の基板を用いれば直交偏
光成分の光は３％以下となりノイズ成分を大幅に低減で
きた。

【００６２】さらに、プロトン交換導波路の表面近傍の
プロトン濃度を低減させることで、光導波路を伝搬する
光のモードプロファイルを導波路深さ方向に対して対称
な構造に近づけることが可能となった。この結果、本発
明の光波長変換素子を用いた短波長光源からの出射光ビ
ームは中心対称に近いビームとなり、集光特性が大幅に
向上した。従来の構成では、ビーム整形等によるビーム
品質の向上が必要であったが、本発明の短波長光源は、
ビーム整形を用いることなく、回折限界に近い集光特性
が得られた。出射ビームの品質が大幅に向上したためで
ある。

【００６３】光波長変換素子とサブマウントの接合にお
いて、熱伝導は光源の安定性に大きな影響を与える。前
述したように、光波長変換素子の出力安定化には結晶の
温度分布の均一化は必要である。光波長変換素子をサブ
マウントに接合する際には、光波長変換素子より熱伝導
度の高い接着剤を用いることで、光波長変換素子の温度
分布の勾配を低減できた。この結果高出力のＳＨＧ光に
対しても、安定な出力特性を有する短波長光源が実現で
きた。

【００６４】（実施の形態６）本発明の光学システムに
ついて図８を用いて説明する。図８に本発明の光情報処
理装置を示す。図８において、前述した短波長光源４０
から出た出力４０ｍＷのビームは偏光ビームスプリッタ
５１を透過し、λ／４偏光板５５を通った後、レンズ５
２により情報再生媒体である光ディスク５３に照射され
る。反射光は逆にレンズ５２によりコリメートされ、偏
光板５５、偏光ビームスプリッタ５１で反射され、光検
出器５４で信号が読みとられる。さらに、コヒーレント
光発生装置の出力を強度変調することで、光ディスク５
３に情報を書き込むことができる。本発明の光波長変換
素子は高効率、高出力特性を有するため、１００ｍＷの
半導体レーザを用いて４０ｍＷのＳＨＧ光の発生が可能
となる。このため、短波長光源を用いた光ディスクへの
情報の書き込みが容易に行えた。

【００６５】また、本発明の短波長光源はビームの対称
性に優れるため、ビーム整形を用いることなる、回折限
界に近い集光特性が得られた。また、光波長変換素子の
基板のオフカット角を２°以下に押さえることにより、
出射ビームの偏光の傾きを２°以下に押さえることが可
能となり、他の偏光成分の混入によるノイズの発生を抑
圧できた。さらに高出力の青色光の発生が可能となるた
め、読み取りだけでなく、光ディスクへ情報を書き込む
ことも可能となった。半導体レーザを基本波光源として
用いることで、非常に小型になるため、民生用の小型の
光ディスク読み取り、記録装置にも利用できる。

【００６６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、プロトン
交換導波路を利用した光波長変換素子において、プロト
ン交換導波路表面に一部にプロトン濃度の低い層を形成
することで、光導波路の低損失化が可能となり、耐光損
傷特性の大幅な向上も実現できた。その結果、光波長変
換素子の高効率化、高出力化が可能となり、その実用効
果は大きい。

【００６７】また基板のオフカット角を０．５〜２°の
基板を用いることで、プロトン交換導波路の低損失化が
可能となりその実用効果は大きい。

【００６８】またＬｉＮｂＯ₃基板をプロトン交換し、
その後逆プロトン交換を行うことで、基板表面に完全結
晶に近い結晶構造の形成が可能となり、高非線形な結晶
材料が容易に形成できるため、その実用効果は大きい。

【００６９】また、上述した光波長変換素子を半導体レ
ーザとモジュール化した短波長光源により、高出力の短
波長光源が実現可能となり、その実用効果は大きい。

【００７０】また、この短波長光源を用いた光学システ
ムを構成することで、高出力の短波長光源を用いた光記
録装置の実現が可能となり、その実用効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光波長変換素子の構成斜視図

【図２】プロトン交換導波路におけるプロトン濃度分布
を表す特性要因図

【図３】本発明の光導波路におけるプロトン濃度分布を
表す特性要因図

【図４】本発明の光波長変換素子の製造方法を示す図

【図５】（ａ）従来の光導波路における導波光の電界分
布を表す特性要因図 （ｂ）本発明の光導波路における導波光の電界分布を表
す特性要因図

【図６】本発明の他の光波長変換素子の構成斜視図

【図７】本発明の短波長光源の構成斜視図

【図８】本発明の光学システムの構成図

【図９】従来の短波長光源の構成図

【符号の説明】

１ ＭｇドープＬｉＮｂＯ₃基板 ２ 周期的分極反転領域 ３ プロトン交換光導波路 ４ 高屈折率クラッド層 ５ プロトン濃度の低い層 １０ Ｓｉサブマウント １１ ＤＢＲ半導体レーザ １２ 光波長変換素子 ２１ 基板 ２２ Ｔａ ２３ プロトン交換層 ２４ プロトン交換濃度の低い部分 ３０ ＤＢＲ半導体レーザ ３１ 活性層領域 ３２ ＤＢＲ領域 ３３ 光導波路型波長変換デバイス ３４ 光導波路 ３５ 周期的な分極反転領域 ４０ 短波長光源 ５１ 偏光ビームスプリッタ ５２ レンズ ５３ 光ディスク ５４ ディテクタ ５５ λ／４偏光板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森川 顕洋 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2K002 AA01 AA02 AB12 BA01 CA03 DA06 EA08 FA26 FA27 HA20

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＬｉＮｂ_xＴａ_(1-x)Ｏ₃（０≦ｘ≦１）基
   板と、 前記基板表面近傍に形成した周期状分極反転構造と、 前記基板表面近傍に形成したプロトン交換導波路とを備
   え前記プロトン交換導波路の表面近傍の少なくとも一部
   に前記プロトン交換導波路の中心部に対してプロトン濃
   度が低い部分を有している光波長変換素子。
2. 【請求項２】前記基板のＣ軸が前記基板表面に対し０．
   ５°以上傾いている請求項１記載の光波長変換素子。
3. 【請求項３】前記基板のＣ軸が前記基板表面に対し０．
   ５°〜２°傾いている請求項１記載の光波長変換素子。
4. 【請求項４】ＬｉＮｂ_xＴａ_(1-x)Ｏ₃（０≦ｘ≦１）基
   板と、 前記基板表面近傍に形成した周期状分極反転構造と、 光導波路とを備え 前記基板のＣ軸が前記基板表面に対し０．５°〜２°傾
   いていることを特徴とする光波長変換素子。
5. 【請求項５】前記基板表面が前記結晶のＸ軸と平行であ
   る請求項１または４記載の光波長変換素子。
6. 【請求項６】基板表面にクラッド層を有し、前記クラッ
   ド層の屈折率が前記光導波路の屈折率より大きいことを
   特徴とする請求項１または４記載の光波長変換素子。
7. 【請求項７】前記光導波路がプロトン交換導波路である
   請求項４記載の光波長変換素子。
8. 【請求項８】前記プロトン交換導波路の表面近傍にプロ
   トン濃度が低い層を有している請求項７記載の光波長変
   換素子。
9. 【請求項９】前記光導波路を伝搬する高調波に対する前
   記クラッド層の吸収係数が、波長４００〜４３０ｎｍの
   光に対して、１０^-4以下である請求項６記載の光波長変
   換素子。
10. 【請求項１０】前記高屈折率膜がＮｂ₂Ｏ₅を主成分とす
    るクラッド層である請求項６記載の光波長変換素子。
11. 【請求項１１】ＬｉＮｂ_xＴａ_(1-x)Ｏ₃（０≦ｘ≦１）
    基板を酸中で熱処理して基板中のＬｉと酸中のプロトン
    とを交換し基板表面に第１のプロトン交換層を形成する
    第１プロトン交換工程と、 前記基板をＬｉ塩中で熱処理して前記プロトン交換層中
    のプロトンとＬｉ塩中のＬｉをイオン交換し第１の逆プ
    ロトン交換層を形成する第１の逆プロトン交換工程とを
    有する光波長変換素子の製造方法。
12. 【請求項１２】前記基板のＣ軸が前記基板表面に対し
    ０．５°以上傾いている請求項１１記載の光波長変換素
    子の製造方法。
13. 【請求項１３】前記基板のＣ軸が前記基板表面に対し
    ０．５°〜２°傾いている請求項１１記載の光波長変換
    素子の製造方法。
14. 【請求項１４】前記工程に加えさらに第２のプロトン交
    換層を形成する第２のプロトン交換工程を有する請求項
    １１記載の光波長変換素子に製造方法。
15. 【請求項１５】前記第１のプロトン交換層の深さと前記
    第１の逆プロトン交換層の深さがほぼ等しい事を特徴と
    する請求項１１記載の光波長変換素子の製造方法。
16. 【請求項１６】前記第１のプロトン交換工程と前記第１
    の逆プロトン交換工程とを交互に繰り返し行う請求項１
    １記載の光波長変換素子の製造方法。
17. 【請求項１７】請求項１〜１０のいずれかに記載の光波
    長変換素子と、 半導体レーザと、 サブマウントとを備え、 前記サブマウント上に前記半導体レーザと前記光波長変
    換素子を固定し、 前記半導体レーザからの光を前記光波長変換素子により
    波長変換している短波長光源。
18. 【請求項１８】前記光波長変換素子の前記クラッド層と
    前記サブマウントが接着剤を介して接合され、 前記接着剤が前記光導波路より高い熱伝導率を有してい
    る請求項１６記載の短波長光源。
19. 【請求項１９】前記１７または１８記載の短波長光源
    と、 集光光学系と、 記録媒体とを備え、 前記短波長光源からの光を前記記録媒体に照射すること
    を特徴とする光学システム。