JP3946092B2

JP3946092B2 - Method for forming periodically poled structure

Info

Publication number: JP3946092B2
Application number: JP2002184969A
Authority: JP
Inventors: 省一郎山口; 真岩井; 隆智根萩
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2002-06-25
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2022-06-25
Also published as: JP2004029348A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周期分極反転構造の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光情報処理技術全般において、高密度光記録を実現するためには、波長４００−４３０ｎｍ程度の青色光を、３０ｍＷ以上の出力で安定的に発振する青色光レーザーが要望されており、開発競争が行われている。青色光光源としては、基本波として使用される赤外域レーザーと、ＱＰＭグレーディングを形成した波長変換素子とを組み合わせたSHG青色レーザが期待されている。
【０００３】
波長変換デバイスにおいては、所定の周期を有する周期分極反転構造によって、ＱＰＭグレーディングが実現されており、周期分極反転構造の形成方法としては、いわゆる電圧印加法が知られている。電圧印加法においては、金属で形成された電極パターンに沿って、周期分極反転構造が形成される。
【０００４】
例えば特許第３００５２２５号公報においては、単分域処理された強誘電体光学材料の一方の主面に第一の電極（櫛形電極）を配置し、他方の電極に第二の電極（一様電極）を配置し、第一の電極と第二の電極との間に電圧を印加して周期分極反転構造を形成している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法では、タンタル等からなる金属膜を強誘電体光学材料の表面に形成することによって電極を設ける必要がある。この電極膜は、電圧印加法によって周期分極反転構造を形成した後は不要となる。このため金属材料が無駄になる。また、周期分極反転構造を加工して例えば第二高調波発生素子を形成すると、金属膜が最終的な第二高調波発生素子中に残留し、素子の特性に悪影響を及ぼすおそれがある。更に、設計によっては、周期分極反転構造を形成した後に、電圧印加に使用した金属電極膜を除去する工程が必要であるが、この工程は煩雑であるし、金属電極膜除去後の表面には電極跡が残留する。
【０００６】
本発明の課題は、光部品用基材に、金属材料を直接適用する必要なしに低抵抗部を形成することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、マグネシウムのドープされたニオブ酸リチウム単結晶からなる光部品用基材に、プラズマエッチング方式でアルゴンイオンを照射することによって櫛形電極または一様電極を形成する工程、および
櫛形電極と一様電極との間に電圧を印加することによって、光部品用基材に周期分極反転構造を形成する工程
を有することを特徴とする、周期分極反転構造の形成方法に係るものである。
【０００８】
本発明者は、マグネシウムのドープされたニオブ酸リチウム単結晶からなる光部品用基材に、プラズマエッチング方式でアルゴンイオン照射することによって電極を生成させることに成功した。この電極は、例えば２０ｋΩ／□程度の通常の光部品基材に比べ4桁以上も低いシート抵抗値を有しており、櫛形電極、一様電極として使用することで周期分極反転構造を形成可能であった。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
例えば図１（ａ）に示すように、平板状の光部品用基材１の主面１ａにマスク２を形成する。本例ではマスク２にストライプ状の開口３が形成されている。この状態で基材１の主面１ａに向かって矢印Ａのようにイオンを照射する。すると、図１（ｂ）に示すように、マスク２の開口３内に所定パターンの低抵抗部４が形成される。次いで図１（ｃ）に示すようにマスク２を除去する。これによって、低抵抗部４が形成された光部品用基材１が得られる。
【００１０】
本発明において、光部品用基材とは、光部品に使用可能な基材を意味しており、その形態は問わない。光部品は波長変換素子、高調波発生素子であってよい。
【００１１】
ニオブ酸リチウム単結晶中には、ドープ成分として、希土類元素を含有させることができる。この希土類元素は、レーザー発振用の添加元素として作用する。この希土類元素としては、特にＮｄ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｐｒが好ましい。
【００１２】
マグネシウムのドープされたニオブ酸リチウム単結晶に対してプラズマエッチング方式でアルゴンイオンを照射することによって、電極を生成できる。
【００１３】
ここで、イオン照射の好適条件は以下のとおりである。
照射するイオンの種類アルゴン
イオンの照射エネルギー 100〜1000ワット
照射方式プラズマエッチング
【００１４】
電極のシート抵抗は、アルゴンイオン照射前の複合酸化物のシート抵抗に比べて低い。好ましくは、低抵抗部のシート抵抗は１０００ｋΩ／□以下であり、更に好ましくは１００ｋΩ／□以下である。また、比率（低抵抗部のシート抵抗／酸素欠損処理前の複合酸化物のシート抵抗）は、１／１０００以下であることが好ましく、１／１００００以下であることが更に好ましい。
【００１５】
前記複合酸化物の酸素欠損組成とは、例えば以下のものである。
LiNbO3-x （０＜ｘ≦０．５）
【００１６】
本発明では、周期分極反転構造を形成した後に、電極を除去する工程が不要である。また、本発明者の試験結果によれば、タンタル膜からなる電極を使用した場合と同等の形態を有する周期分極反転構造が形成可能であった。
【００１７】
図２は、波長変換デバイス製造工程の一例を説明するための図である。波長変換デバイス製造工程においては、まず、電圧印加法により平板状の光部品用基材１に周期分極反転構造を形成する。本例では、基材１としてMgOドープニオブ酸リチウムのオフカット基板を使用する。複合酸化物単結晶の分極方向Ｂは、表面１ａおよび裏面１ｂに対して所定角度、例えば５°傾斜しているので、この基材１は、オフカット基板と呼ばれている。
【００１８】
基材１の表面１ａに櫛形電極９および対向電極５を形成し、裏面１ｂに一様電極４Ａを形成する。櫛形電極９は、周期的に配列された複数の細長い電極片９ｃと、多数の電極片９ｃを接続する細長い給電電極９ａとからなる。対向電極５は、電極片９ｃの先端９ｂに対向するように設けられている。
【００１９】
本例においては、図２および図３（ａ）に示すように、櫛形電極９および対向電極５は金属膜からなる。一方、一様電極４Ａは、本発明に従い、基材１の裏面１ｂにおいて酸素欠損構造を有する部分を生成させることによって得られる。本例では、一様電極４Ａは裏面１ｂの略全面にわたって設けられている。従って、裏面１ｂ上にイオンを照射する際に、裏面１ｂにマスクを形成する必要はない。
【００２０】
最初に基板１の全体を方向Ｂ、すなわち非分極反転方向Ｄに向かって分極させておく。そして、例えば櫛型電極９と対向電極５との間にＶ１の電圧を印加し、櫛型電極９と一様電極４Ａとの間にＶ２の電圧を印加すると、分極反転部６が、各電極片９ｃの先端９ｂから、方向Ｂと平行に徐々に進展する。分極反転部６の分極の方向である分極反転方向Ｃは、非分極反転方向Ｄとは正反対になる。電極片９ｃに対応しない位置、すなわち隣接する分極反転部６の間には非分極反転部７が形成される。このようして、分極反転部６と非分極反転部７とが交互に配列された周期分極反転構造１３が形成される。
【００２１】
また、図３（ｂ）に示すように、基材１の表面１ａ側の表面領域に、本発明に従った低抵抗部４Ｂを形成できる。低抵抗部４Ｂは、全体として櫛形電極９を構成するようにパターニングする必要がある。この場合には、裏面１ｂ上に、金属膜からなる一様電極２６を形成できる。そして、櫛形電極４Ｂと一様電極２６との間に電圧を印加して周期分極反転構造を形成する。本例においては、周期分極反転構造を形成した後、金属膜からなる櫛形電極９を除去する工程が不要になる。
【００２２】
以下、図４および図５を参照しつつ、周期分極反転構造１３が形成された後の、波長変換デバイス製造工程について説明する。
【００２３】
図４は、波長変換デバイス製造工程において、基材１に固定用基板１６が接合された状態を示す。基材１の表面１ａに、固定用基板１６を接合層１５を介して接合する。図４では、図２とは異なり、表面１ａが下側を向いている。１４は、形成すべき三次元光導波路の平面的パターンを示す。固定用基板への接合後に基材１を裏面１ｂ側から加工し、薄くする。しかし、この段階では、光を厚さ方向に閉じ込め得る寸法まで基材１を薄くすることは困難である。このため、光導波路パターン１４の縁１４ｂから縁１４ｃまでを残して、その両端の除去部２５Ａおよび２５Ｂを一部または全部除去する。
【００２４】
この加工の際に光導波路１４ａの厚さを調節する。こうした加工は、例えばダイシング加工装置やレーザー加工装置によって可能である。
【００２５】
図５は、リッジ型の光導波路２０が形成された波長変換デバイス１７を示す図である。基材１から除去部２５Ａ、２５Ｂが除去された結果、三次元光導波路２０が形成されている。本例では、光導波路２０の両側には、それぞれ、相対的に薄い平板部２２が残留している。
【００２６】
むろん、基材１の表面１ａ側から加工を行い、光導波路を形成することもできる。また、光導波路は、プロトン交換光導波路のようなイオン交換法によって形成された光導波路であってよい。また、チタン拡散光導波路のような、内拡散法によって形成された光導波路であってよい。
【００２７】
上記の実施形態においては、基材１を接合層１５によって固定用基板１６に対して接着している。この場合には、接合層１５の屈折率は基材１の屈折率よりも低いことが好ましく、また接合層１５は非晶質であることが好ましい。接合層１５の屈折率と基材１の屈折率との屈折率差は、５％以上であることが好ましく、１０％以上であることが更に好ましい。
【００２８】
接合層１５の材質は、有機樹脂やガラス（特に好ましくは低融点ガラス）が好ましい。有機樹脂としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン樹脂等を例示できる。ガラスとしては、酸化珪素を主成分とする低融点ガラスが好ましい。
【００２９】
電極や周期分極反転構造１３を形成するためのマスクパターンを形成する材質としては、レジスト、ＳｉＯ_２、Ｔａ等を例示できる。マスクパターンを形成する方法としては、フォトリソグラフィー法を例示できる。
【００３０】
固定用基板１６の材質は特に限定されず、所定の構造強度を有していればよい。ただし、光導波路と熱膨張係数等の物性値が近い方が好ましく、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、ニオブ酸カリウムリチウム、タンタル酸カリウムリチウム、ニオブ酸カリウムリチウム−タンタル酸カリウムリチウム固溶体の各単結晶が特に好ましい。
【００３１】
本発明の素子を第二高調波発生装置として使用した場合には、高調波の波長は３３０−１６００ｎｍが好ましく、４００−４３０ｎｍが特に好ましい。
【００３２】
上記の各例においては、基材１を、例えば５°オフカット基板としたが、このオフカット角度は特に限定されない。特に好ましくは、オフカット角度は１°以上であり、あるいは、２０°以下である。
【００３３】
また、基材１として、いわゆるＸカット基板、Ｙカット基板、Ｚカット基板を使用可能である。Ｘカット基板やＹカット基板を使用する場合には、電極４Ａ、２６を裏面１ｂに設けず、表面１ａ上に設け、櫛形電極９、４Ｂと電極４Ａ、２６との間に電圧を印加することができる。この場合には、対向電極５はなくともよいが、浮動電極として残しておいても良い。また、Ｚカット基板を使用する場合には、一様電極４Ａ、２６を裏面１ｂ上に設け、櫛形電極９、４Ｂと一様電極４Ａ、２６との間に電圧を印加することができる。この場合には、対向電極５は必ずしも必要ないが、浮動電極として残しておいても良い。
【００３４】
【実施例】
以下、具体的な実験結果について述べる。
図１、図２および図３（ａ）を参照しつつ説明した方法に従い、周期分極反転構造を形成した。具体的には、直径φ３インチ×厚さ１．０ｍｍの、マグネシウムを５％ドープしたニオブ酸リチウム単結晶からなる基材１を準備した。この基材１を真空チャンバ内に設置し、アルゴンガスをチャンバに流量５０ｓｃｃｍで導入し、高周波プラズマを発生させた。この際、基材にバイアス電圧５０Ｗを印加することによって、アルゴンイオンを基材１の裏面１ｂ側に照射した。この処理を１０分間行うことによって、基材の裏面に低抵抗部４Ａを形成した。
【００３５】
なお、マグネシウムを５％ドープしたニオブ酸リチウム単結晶のシート抵抗は数百MΩ／□以上であり、低抵抗部４Ａのシート抵抗は２０ｋΩ／□であった。なお、タンタルのシート抵抗は２０Ω／□である。
【００３６】
フォトリソグラフィー法によって金属タンタルからなる櫛形電極９、対向電極５を形成した。電極片９ｃのピッチは、波長４００ｎｍ近辺のSHG光を得るために、３μｍとした。電源から４．０ｋＶのパルス状の電圧（パルス幅２０ｍｓｅｃ、２５ヘルツ、パルス回数６回、印加電流の上限値は２ｍＡ）を発生させ、周期分極反転構造１３を形成した。
【００３７】
この結果、一様電極４Ａをタンタル膜によって形成した場合と同等の輪郭を有する周期分極反転構造が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、マスク２の形成された光部品用基材１に対してイオンを照射している状態を示し、（ｂ）は、低抵抗部４が形成された基材１を示し、（ｃ）は，マスク２を除去した後の基材１を示す。
【図２】電圧印加法による周期分極反転構造の形成プロセスを説明するための、光部品用基材１の斜視図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、基材１、櫛形電極９、４Ｂおよび一様電極４Ａ、２６の形態を例示する断面図である。
【図４】周期分極反転構造が形成された後の基材１と、基材１に接合された固定用基板１６とを示す斜視図である。
【図５】リッジ型の三次元光導波路２０が形成された光導波路素子１７を示す斜視図である。
【符号の説明】
１光部品用基材１ａ光部品用基材１の表面１ｂ光部品用基材１の裏面２マスク３マスク２の開口４低抵抗部４Ａ一様電極として機能する低抵抗部４Ｂ櫛形電極として機能する低抵抗部５対向電極６分極反転部７非分極反転部９櫛形電極１３周期分極反転構造１４三次元光導波路の設計パターン１５接合層１６固定用基板１７光導波路素子２０三次元光導波路Ａイオン照射[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for forming a periodically poled structure .
[0002]
[Prior art]
In general optical information processing technology, in order to realize high-density optical recording, a blue light laser that stably oscillates blue light having a wavelength of about 400 to 430 nm with an output of 30 mW or more is required, and there is a competition for development. Has been done. As a blue light source, an SHG blue laser combining an infrared laser used as a fundamental wave and a wavelength conversion element formed with QPM grading is expected.
[0003]
In a wavelength conversion device, QPM grading is realized by a periodically poled structure having a predetermined period, and a so-called voltage application method is known as a method for forming a periodically poled structure. In the voltage application method, a periodic polarization inversion structure is formed along an electrode pattern formed of metal.
[0004]
For example, in Japanese Patent No. 3005225, a first electrode (comb-shaped electrode) is disposed on one main surface of a ferroelectric optical material that has been subjected to single domain processing, and a second electrode (uniform electrode) is disposed on the other electrode. ) And a voltage is applied between the first electrode and the second electrode to form a periodically poled structure.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this method, it is necessary to provide an electrode by forming a metal film made of tantalum or the like on the surface of the ferroelectric optical material. This electrode film becomes unnecessary after the periodic polarization inversion structure is formed by the voltage application method. For this reason, the metal material is wasted. Further, when the periodic polarization reversal structure is processed to form, for example, a second harmonic generation element, the metal film remains in the final second harmonic generation element, which may adversely affect the characteristics of the element. Furthermore, depending on the design, it is necessary to remove the metal electrode film used for voltage application after forming the periodically poled structure, but this process is complicated, and the surface after removing the metal electrode film is not suitable. Electrode traces remain.
[0006]
The subject of this invention is forming a low resistance part in the base material for optical components, without having to apply a metal material directly.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a step of forming a comb-shaped electrode or a uniform electrode by irradiating a substrate for optical parts made of magnesium-doped lithium niobate single crystal with argon ions by a plasma etching method , and
A step of forming a periodically poled structure on an optical component base material by applying a voltage between the comb electrode and the uniform electrode.
The present invention relates to a method for forming a periodic domain-inverted structure .
[000 8 ]
The present inventor has succeeded in producing an electrode by irradiating a substrate for optical parts made of magnesium doped lithium niobate single crystal with argon ions by a plasma etching method . This electrode has a sheet resistance value that is four digits or more lower than that of a normal optical component substrate of, for example, about 20 kΩ / □, and can be used as a comb electrode or a uniform electrode to form a periodically poled structure. It was .
[000 9 ]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
For example, as shown in FIG. 1A, a mask 2 is formed on a main surface 1a of a flat optical substrate 1 for optical components. In this example, a stripe-shaped opening 3 is formed in the mask 2. In this state, ions are irradiated as indicated by an arrow A toward the main surface 1a of the substrate 1. Then, as shown in FIG. 1B, a low resistance portion 4 having a predetermined pattern is formed in the opening 3 of the mask 2. Next, the mask 2 is removed as shown in FIG. Thereby, the optical component base material 1 in which the low resistance portion 4 is formed is obtained.
[001 0 ]
In this invention, the base material for optical components means the base material which can be used for an optical component, The form is not ask | required. The optical component may be a wavelength conversion element or a harmonic generation element.
[001 1 ]
The lithium niobate single crystal can contain a rare earth element as a doping component. This rare earth element acts as an additive element for laser oscillation. As this rare earth element, Nd, Er, Tm, Ho, Dy, and Pr are particularly preferable.
[001 2 ]
An electrode can be produced by irradiating a magnesium doped lithium niobate single crystal with argon ions by plasma etching .
[001 3 ]
Here, suitable conditions for ion irradiation are as follows.
Types of ions to be irradiated Argon ion irradiation energy 100 to 1000 watts Irradiation method Plasma etching [00 14 ]
The sheet resistance of the electrode is lower than the sheet resistance of the complex oxide before irradiation with argon ions . Preferably, the sheet resistance of the low resistance portion is 1000 kΩ / □ or less, more preferably 100 kΩ / □ or less. Further, the ratio (sheet resistance of the low resistance portion / sheet resistance of the composite oxide before the oxygen deficiency treatment) is preferably 1/1000 or less, and more preferably 1/10000 or less.
[00 15 ]
The oxygen deficient composition of the composite oxide is, for example, as follows.
LiNbO3-x (0 <x ≦ 0.5)
[00 16 ]
In the present invention, the step of removing the electrode is not required after forming the periodically poled structure. Further, according to the test results of the present inventor, it was possible to form a periodically poled structure having a form equivalent to that when using an electrode made of a tantalum film.
[00 17 ]
FIG. 2 is a diagram for explaining an example of a wavelength conversion device manufacturing process. In the wavelength conversion device manufacturing process, first, a periodically poled structure is formed on the plate-shaped optical component substrate 1 by a voltage application method. In this example, an MgO-doped lithium niobate offcut substrate is used as the base material 1. Since the polarization direction B of the complex oxide single crystal is inclined by a predetermined angle, for example, 5 °, with respect to the front surface 1a and the back surface 1b, the base material 1 is called an off-cut substrate.
[00 18 ]
The comb-shaped electrode 9 and the counter electrode 5 are formed on the front surface 1a of the substrate 1, and the uniform electrode 4A is formed on the back surface 1b. The comb-shaped electrode 9 includes a plurality of elongated electrode pieces 9c arranged periodically and an elongated feeding electrode 9a that connects many electrode pieces 9c. The counter electrode 5 is provided to face the tip 9b of the electrode piece 9c.
[00 19 ]
In this example, as shown in FIG. 2 and FIG. 3A, the comb electrode 9 and the counter electrode 5 are made of metal films. On the other hand, the uniform electrode 4A is obtained by generating a portion having an oxygen deficient structure on the back surface 1b of the substrate 1 according to the present invention. In this example, the uniform electrode 4A is provided over substantially the entire back surface 1b. Therefore, when irradiating ions on the back surface 1b, it is not necessary to form a mask on the back surface 1b.
[002 0 ]
First, the entire substrate 1 is polarized in the direction B, that is, in the non-polarization inversion direction D. For example, when a voltage V1 is applied between the comb-shaped electrode 9 and the counter electrode 5 and a voltage V2 is applied between the comb-shaped electrode 9 and the uniform electrode 4A, the polarization inversion unit 6 causes each electrode to It gradually develops in parallel with the direction B from the tip 9b of the piece 9c. The polarization inversion direction C, which is the direction of polarization of the polarization inversion unit 6, is opposite to the non-polarization inversion direction D. A non-polarization inversion portion 7 is formed at a position not corresponding to the electrode piece 9c, that is, between the adjacent polarization inversion portions 6. In this way, the periodically poled structure 13 in which the polarization inversion parts 6 and the non-polarization inversion parts 7 are alternately arranged is formed.
[002 1 ]
Moreover, as shown in FIG.3 (b), the low resistance part 4B according to this invention can be formed in the surface area | region by the side of the surface 1a of the base material 1. FIG. The low resistance portion 4B needs to be patterned so as to constitute the comb electrode 9 as a whole. In this case, the uniform electrode 26 made of a metal film can be formed on the back surface 1b. Then, a voltage is applied between the comb-shaped electrode 4B and the uniform electrode 26 to form a periodically poled structure. In this example, after the periodic domain-inverted structure is formed, the step of removing the comb-shaped electrode 9 made of a metal film becomes unnecessary.
[00 22 ]
Hereinafter, the wavelength conversion device manufacturing process after the periodic polarization reversal structure 13 is formed will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
[00 23 ]
FIG. 4 shows a state in which the fixing substrate 16 is bonded to the base material 1 in the wavelength conversion device manufacturing process. The fixing substrate 16 is bonded to the surface 1 a of the base material 1 via the bonding layer 15. In FIG. 4, unlike FIG. 2, the surface 1a faces downward. Reference numeral 14 denotes a planar pattern of a three-dimensional optical waveguide to be formed. After bonding to the fixing substrate, the base material 1 is processed from the back surface 1b side to be thinned. However, at this stage, it is difficult to reduce the thickness of the substrate 1 to a size that can confine light in the thickness direction. Therefore, a part or all of the removal portions 25A and 25B at both ends thereof are removed, leaving the edges 14b to 14c of the optical waveguide pattern 14.
[00 24 ]
During the processing, the thickness of the optical waveguide 14a is adjusted. Such processing can be performed by, for example, a dicing apparatus or a laser processing apparatus.
[00 25 ]
FIG. 5 is a diagram showing the wavelength conversion device 17 in which the ridge type optical waveguide 20 is formed. As a result of removing the removal portions 25A and 25B from the substrate 1, a three-dimensional optical waveguide 20 is formed. In this example, relatively thin flat plate portions 22 remain on both sides of the optical waveguide 20.
[00 26 ]
Of course, the optical waveguide can also be formed by processing from the surface 1a side of the substrate 1. The optical waveguide may be an optical waveguide formed by an ion exchange method such as a proton exchange optical waveguide. Further, it may be an optical waveguide formed by an internal diffusion method, such as a titanium diffusion optical waveguide.
[00 27 ]
In the above embodiment, the base material 1 is bonded to the fixing substrate 16 by the bonding layer 15. In this case, the refractive index of the bonding layer 15 is preferably lower than the refractive index of the substrate 1, and the bonding layer 15 is preferably amorphous. The refractive index difference between the refractive index of the bonding layer 15 and the refractive index of the substrate 1 is preferably 5% or more, and more preferably 10% or more.
[00 28 ]
The material of the bonding layer 15 is preferably organic resin or glass (particularly preferably low-melting glass). Examples of the organic resin include acrylic resins, epoxy resins, and silicone resins. As the glass, low melting glass mainly composed of silicon oxide is preferable.
[00 29 ]
Examples of the material for forming the mask pattern for forming the electrode and the periodically poled structure 13 include resist, SiO ₂ , and Ta. As a method for forming the mask pattern, a photolithography method can be exemplified.
[003 0 ]
The material of the fixing substrate 16 is not particularly limited as long as it has a predetermined structural strength. However, it is preferable that the optical waveguide and the physical properties such as the thermal expansion coefficient are close to each other. Each single crystal of potassium lithium tantalate solid solution is particularly preferred.
[003 1 ]
When the element of the present invention is used as a second harmonic generator, the wavelength of the harmonic is preferably 330 to 1600 nm, particularly preferably 400 to 430 nm.
[00 32 ]
In each of the above examples, the base material 1 is, for example, a 5 ° offcut substrate, but this offcut angle is not particularly limited. Particularly preferably, the off-cut angle is 1 ° or more, or 20 ° or less.
[00 33 ]
Moreover, as the base material 1, what is called an X cut board, a Y cut board, and a Z cut board can be used. When using an X-cut substrate or a Y-cut substrate, the electrodes 4A and 26 are not provided on the back surface 1b but on the front surface 1a, and a voltage is applied between the comb-shaped electrodes 9 and 4B and the electrodes 4A and 26. Can do. In this case, the counter electrode 5 may not be provided, but may be left as a floating electrode. When a Z-cut substrate is used, the uniform electrodes 4A and 26 are provided on the back surface 1b, and a voltage can be applied between the comb-shaped electrodes 9 and 4B and the uniform electrodes 4A and 26. In this case, the counter electrode 5 is not necessarily required, but may be left as a floating electrode.
[00 34 ]
【Example】
Specific experimental results will be described below.
In accordance with the method described with reference to FIGS. 1, 2 and 3A, a periodically poled structure was formed. Specifically, a substrate 1 made of a lithium niobate single crystal having a diameter of 3 inches and a thickness of 1.0 mm and doped with 5% magnesium was prepared. The substrate 1 was placed in a vacuum chamber, and argon gas was introduced into the chamber at a flow rate of 50 sccm to generate high-frequency plasma. At this time, by applying a bias voltage of 50 W to the base material, argon ions were irradiated to the back surface 1 b side of the base material 1. By performing this treatment for 10 minutes, the low resistance portion 4A was formed on the back surface of the base material.
[00 35 ]
The sheet resistance of the lithium niobate single crystal doped with 5% magnesium was several hundred MΩ / □ or more, and the sheet resistance of the low resistance portion 4A was 20 kΩ / □. The sheet resistance of tantalum is 20Ω / □.
[00 36 ]
A comb electrode 9 and a counter electrode 5 made of metal tantalum were formed by photolithography. The pitch of the electrode pieces 9c was set to 3 μm in order to obtain SHG light having a wavelength near 400 nm. A 4.0 kV pulsed voltage (pulse width 20 msec, 25 hertz, number of pulses 6 times, upper limit of applied current 2 mA) was generated from the power source to form the periodically poled structure 13.
[00 37 ]
As a result, a periodically poled structure having the same contour as that obtained when the uniform electrode 4A was formed of a tantalum film was obtained.
[Brief description of the drawings]
1A shows a state in which ions are applied to an optical component substrate 1 on which a mask 2 is formed, and FIG. 1B shows a substrate 1 on which a low resistance portion 4 is formed. (C) shows the substrate 1 after the mask 2 is removed.
FIG. 2 is a perspective view of an optical component substrate 1 for explaining a process for forming a periodically poled structure by a voltage application method.
FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views illustrating the form of a substrate 1, comb electrodes 9, 4B, and uniform electrodes 4A, 26, respectively.
FIG. 4 is a perspective view showing the base material 1 after the periodic domain-inverted structure is formed and the fixing substrate 16 bonded to the base material 1;
FIG. 5 is a perspective view showing an optical waveguide element 17 in which a ridge-type three-dimensional optical waveguide 20 is formed.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical component base material 1a Optical component base material 1 surface 1b Optical component base material 1 back surface 2 Mask 3 Mask 2 opening 4 Low resistance portion 4A Low resistance portion that functions as a uniform electrode 4B Functions as a comb electrode Low resistance part 5 Counter electrode 6 Polarization inversion part 7 Non-polarization inversion part 9 Comb electrode 13 Periodic polarization inversion structure 14 Design pattern of three-dimensional optical waveguide 15 Bonding layer 16 Fixing substrate 17 Optical waveguide element 20 Three-dimensional optical waveguide A ion Irradiation

Claims

マグネシウムのドープされたニオブ酸リチウム単結晶からなる光部品用基材に、プラズマエッチング方式でアルゴンイオンを照射することによって櫛形電極または一様電極を形成する工程、および
前記櫛形電極と前記一様電極との間に電圧を印加することによって、前記光部品用基材に周期分極反転構造を形成する工程
を有することを特徴とする、周期分極反転構造の形成方法。 Forming a comb-shaped electrode or a uniform electrode by irradiating a substrate for optical parts made of magnesium-doped lithium niobate single crystal with argon ions by a plasma etching method ; and
Forming a periodically poled structure on the optical component base material by applying a voltage between the comb electrode and the uniform electrode;
A method for forming a periodic domain-inverted structure , comprising: