JP4926700B2 - 光学素子ならびに分極反転領域の形成方法 - Google Patents
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Description
周期状の分極反転領域を形成する従来の方法としては、Ti熱拡散による方法、SiO2を装荷した後に熱処理する方法、プロトン交換処理と熱処理とを行う方法等が報告されている。一方、強誘電体の自発分極が電界により反転することを利用して周期状の分極反転領域を形成する方法も報告されている。この電界を利用する方法としては、例えば、C軸に沿って切り出された基板の−C面に電子ビームを照射する方法や、+C面に正イオンを照射する方法がある。いずれの場合でも、照射された荷電粒子により形成される電界により、数100μmの深い分極反転領域が形成される。
また、Z板のMgドープLiNbO3基板(以下MgLNとする)に櫛形電極を形成し、これに電圧を印加することで周期状の分極反転構造の形成が可能なことが開示されている(例えば、特許文献3参照。)。
さらに、光波長変換素子の高効率化を実現するには、周期が3〜4μmである短周期の分極反転構造が必要になる。電界印加によって分極反転領域を形成すると、電極直下の分極が反転した後に、基板の表面に平行な方向に分極反転領域が広がる。このため、分極反転構造の短周期化が困難になる。この問題を解決するために、従来の方法では、パルス幅が100μs程度である短時間パルス電圧を電極に印加することによって電圧印加時間を短縮して、短周期の分極反転構造を形成している。
さらに、短周期分極反転領域の形成方法として、誘電体材料内に分極反転微小構造を形成するために、複数の領域に分割して別々に分極反転領域を形成することで、例えば、周期4μmの短周期分極反転形成する方法が知られている(例えば、特許文献5参照。)。
また、MgLNに短周期の分極反転構造を形成する方法も提案されている(例えば、特許文献6参照。)。この方法では、Z板のMgLNに周期状分極反転構造を形成する。詳しくは、この方法では、MgLNの+Z面に櫛形電極を形成し、裏面からコロナを照射することで周期状の分極反転構造を形成している。これにより、周期が4μmで基板厚み0.5mmに貫通する分極反転構造が形成されている。
また、Z板のMgLNの−Z面と電極の間にSiO2膜を挟み込むことにより、基板の破壊を防ぎ、周期5μmで基板厚み0.3mmを貫通する分極反転構造を形成する方法について知られている(例えば、特許文献7参照。)。
また、オフカットのMgLNに分極反転構造を形成する方法も提案されている(特許文献8参照)。この方法では、オフカットの基板に電極を形成し、これに電圧を印加することで針状の分極反転構造を形成できる。分極反転構造は結晶の分極方向に成長する。オフカットMgLN基板には周期5μm程度の分極反転構造が形成できる。分極方向を基板表面からわずかに傾けたオフカット基板を用い、基板の内部に針状の分極反転形状を形成している。
例えば、従来技術では、オフカット基板においては、電界印加により分極反転の形成を行うことが可能である。しかしながら、Z板基板においては、コロナポーリング等の複雑な電解印加方法を行わない限り、均一な微細反転構造の形成を行うことが難しい。ここで、コロナポーリングとは、荷電粒子を基板に堆積させて電界を発生し、これによって分極を反転させる方法である。この方法では、荷電粒子による電界の大きさに限界があるため、分極反転が形成できる基板の厚みが0.5mm程度に限られており、1mmを越えるような厚い基板への分極反転形成が困難である。
以上のように、電極によって電圧を印加する方法は、オフカット基板への反転形成には有効であるが、Z板への分極反転の形成が難しいという課題がある。
これに対し、櫛形電極をZ板のMgLNに形成し、これに電圧を印加することで周期状の分極反転構造を形成する方法が知られている。この従来技術は、周期状の分極反転構造が均一に形成できるという特長をもっている。しかしながら、この従来技術により形成される分極反転は、電極先端の一部に限られている。このため、電極下の広い範囲で分極反転構造を形成することは、依然困難である。
さらに、本発明に関わる分極反転領域の形成方法は、単一分極化された強誘電体結晶基板の内部に分極反転領域を形成する方法において、強誘電体基板の表面に溝を設け、強誘電体基板の表面を複数の領域に分割する工程と、複数の領域に電界を印加する工程を備えている。電界の方向は、強誘電体基板の自発分極に対向する方向である。電界を印加する工程において、複数の領域に電位差が生じることを特徴とする。さらに、溝の深さ方向に分極反転した少なくとも1つの分極反転領域の深さT’は、基板厚みTに対し、T’<Tの関係を満たし、溝は、強誘電体基板の表面から0.5μm以上の深さで形成されている。
また、本発明の分極反転領域の形成方法は、溝により分割された複数の領域に分極反転領域を形成する。さらに、電界の方向は、強誘電体基板の自発分極に対向する方向であり、電界を印加する工程において、複数の領域には電位差が生じる。さらに、溝の深さ方向に分極反転した少なくとも1つの分極反転領域の深さT’は、基板厚みTに対し、T’<Tの関係を満たしている。以上の構成により、短周期かつ広範囲の分極反転領域を形成することが可能となる。すなわち、以上の構成により、分極反転領域の形成工程における電界印加を適切に行うことが可能となる。このため、微細な(短周期の)分極反転領域を形成する場合であっても、均一かつ広範囲に分極反転領域の形成を行うことが可能となる。
また付随的な効果として、この方法を用いることで、紫外光発生用の光波長変換素子等の光学素子の製造が可能となる。
強誘電体は、自発分極による電荷の偏りを結晶内に有している。自発分極に対向する電界を印加することにより、強誘電体における自発分極の方向を変えることができる。
自発分極の方向は、結晶(材料)の種類により異なる。LiTaO3、LiNbO3等、またはその混晶であるLiTa(1-x)NbxO3(0≦x≦1)基板の結晶は、C軸方向のみに自発分極を有する。このため、これらの結晶では、分極は、C軸に沿った+方向あるいはその逆向きの−方向の2通りしか存在しない。電界を印加することで、これらの結晶の分極は、180度回転して、それまでとは逆の方向を向くようになる。この現象を、分極反転という。分極反転を生じさせるために必要な電界を反転電界と称し、LiNbO3、LiTaO3等の結晶では、室温で約20kV/mm程度、MgO:LiNbO3で約5kV/mm程度の電界が必要である。
強誘電体において、単一の分極方向を持った結晶にすることを「分極の単分域化」と称する。この分極の単分域化を達成するために、結晶成長後に高温中で電界を印加する方法が一般に行われている。
(実施の形態1)
本実施の形態では、周期分極反転構造を強誘電体結晶内部に有した光学素子として、波長変換素子について述べる。
図2は、図1に示した光学素子の構成斜視図である。この光学素子は、波長λの基本波を周期状の分極反転構造で波長変換して波長λ/2の高調波に変換する。ここでは、分極反転周期Laを4μmとして形成することで、波長900nmの光を波長450nmの光に波長変換している。また、分極反転領域長Lbの部分に、レンズで900nmの光を入射したところ、変換効率5%/Wで波長変換され、450nmの高調波が得られた。
また、本発明では、分極反転をY軸方向に形成することで、均一で短周期の分極反転構造を形成することが可能となった。具体的には、周期2μm以下の分極反転構造の形成が可能となり、波長400nm以下の紫外光発生が可能となった。従来技術では、分極反転をX軸方向に形成した場合、短周期の分極反転構造の形成が困難になるため、波長500nm以上の光しか得られなかった。しかし、本発明では、Y軸方向にすることで、短波長光の発生が可能となった。
なお、図1では全ての分極反転部101が基板を貫通しない構成について示したが、必ずしもこのような構造に限定されない。例えば、、分極反転の深さを基板の厚みより浅く形成し、表面から裏面に貫通する分極反転領域の割合を全体の分極反転領域の半分(50%)以下に抑えることができれば、均一な分極反転構造の形成に有効である。さらには、この割合を10%以下に抑えることで、より均一な分極反転構造の形成が可能となった。特に、貫通する分極反転領域の割合が5%以下になるとさらに均一性が向上した。本発明では、分極反転領域の深さ方向の長さを制限することにより、分極反転周期2μm以下、波長400nm以下の紫外光発生が可能となった。
また、本発明の光学素子では、溝を形成することにより分極反転の周期方向の過剰な成長を抑制することが可能となった。従来、分極反転の深さ方向(Z軸方向)、および周期と直交する方向(Y軸方向)に長い分極反転を形成する場合、分極反転の周期方向(X軸方向)の広がりが過剰になり、広範囲での分極反転領域の形成が困難であった。一方、本発明のように溝を形成することで、周期方向の分極反転の過剰成長を抑制し、短周期(特に周期2μm以下)でも広範囲でかつ均一な周期状の分極反転領域を形成することができた。このため、本発明の光学素子は、分極反転領域、特に周期2μm以下の分極反転領域を均一かつ広範囲に作製しやすいという効果を有しており、作製の観点においても実用的である。
なお、基板の厚みは、0.5mm以上が好ましい。基板が0.5mm以上であれば、分極反転部の表面から裏面への貫通が防止できる。基板の厚みが1mm以上になると、さらに、分極反転の貫通が防止できる。このためより均一な分極反転領域の形成が可能である。一方、厚い基板においては、分極反転領域が貫通しないため、分極反転領域の不安定性により信頼性が劣化する。本発明では、これを防止するために分極反転領域間に溝を設けており、この溝は、分極反転領域の安定性に対して有効となる。
なお、以上の本実施の形態の説明では、強誘電体基板としてZ板のMgOドープLiNbO3基板を用いている。あるいは、その他に、MgOドープLiTaO3基板、NdドープLiNbO3基板、KTP基板、KNbO3基板、NdとMgOとをドープしたLiNbO3基板、あるいはNdとMgOとをドープしたLiTaO3基板、ストイキオ組成の同様の基板などであってもよい。また、Z板に限らず、X板、Y板であっても同様の効果が得られる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、1mm厚のZ板MgLNを用いて分極反転領域を形成する方法について説明する。本実施の形態で説明する分極反転領域の形成方法は、Z軸に垂直な主面を有するMgLN基板の+Z面に、独立した二つの電極の電極指を交互に配置し、それぞれの電極に電圧を印加することで、広範囲の分極反転領域を形成する方法である。
本実施の形態の分極反転領域の形成方法について説明する。本実施の形態では、周期4μmの分極反転領域を形成する方法について述べる。
まず、図3に示すように、MgO:LiNbO3基板301の主面302には、Y軸方向に延びる複数の先端部(電極指)305を有する第一の電極303(周期8μmの歯(電極指)を有する櫛形電極)と、Y軸方向に延びる複数の先端部(電極指)306を有する第二の電極304(周期8μmの歯(電極指)を有する櫛形電極)とが形成されている。また、先端部305および先端部306は、同一平面内において、X軸方向(図2参照)に周期電極を形成している。具体的には、第一の電極303の先端部305は、第二の電極304の先端部306と、Y軸方向位置が重複するように、交互に配置されている。すなわち、それぞれの先端部は、X軸方向から見て重複するように交互に配置されている。これにより、先端部305および先端部306は、同一平面内において、X軸方向に周期4μmの周期電極を形成している。また、第一の電極303の先端部305、および第二の電極304の先端部306は、結晶のY軸方向を向いている。さらに、第一の電極303と第二の電極304とは電気的に絶縁されている。また、主面302の反対側の面に第三の電極307が形成される。第一の電極303または第二の電極304と他の面に形成された第三の電極307との間にパルスジェネレータ308で制御した電圧を印加することで、電極間に分極反転領域が形成される。
これらの電極303および304は、例えば、厚さ100nmのTa膜400で形成される。第一の電極303と第二の電極304との周期電極形成は、Ta膜上にレジストを堆積し、レジストをパターニングすることでCF4ガス雰囲気中の反応性イオンエッチングにより行われる(図4(a)参照)。また、同様の手順により、主面302の反対側の面の少なくとも電極303および304に対応する部分、あるいは全面において、第三の電極307(図3(b)参照)が形成される。第三の電極307も、電極303および304と同様に、Ta膜400で形成される。
次に、CHF3ガス雰囲気中の反応性イオンエッチングにより、電極で覆われていないMgLN基板401の表面をエッチングする(図4(b)参照)。その後、レジストを除去することで、MgLN基板401の表面に溝402が形成される。ここでのエッチングによる溝深さは、0.1μmである。
さらに、溝402が形成された表面にSiO2膜403を絶縁膜として形成する(図4(c)参照)。
Ta膜400で形成された電極間にパルスジェネレータ404で制御した電圧を印加することで、電極間に分極反転部405が形成される(図4(d)参照)。このパルスジェネレータ303は、所定の電圧レベルを有し、必要に応じてパルス電圧または直流電圧を、MgLN基板301に印加することができる。
電圧の印加方法について具体的に説明する。
まず、第二の電極304と第三の電極307との間にパルス電圧を印加する。次に、第一の電極303と第三の電極307との間に、同様にパルス電圧を印加する。これらにより、第一の電極303および第二の電極304の先端部305および先端部306の下に分極反転核が生じ、先端部305と先端部306とが配置される周期に対応して、それぞれ周期8μmの分極反転領域が形成される。先端部305、306の分極反転核は、パルス電圧の印加を継続することによりY軸方向およびZ軸方向に成長する。Y軸方向において、第一の電極303と第二の電極304とが重複する部分全体に分極反転領域が形成されることで、広範囲の周期4μmの分極反転領域が形成される。
次に、本発明の分極反転構造の形成方法の原理について説明する。
本発明の分極反転領域の形成方法は、特に金属添加物を有する強誘電体結晶に対して有効である。使用したのはMgをドーピングしたLiNbO3(以下MgLNとする)であるが、金属を1mol%以上の高濃度に添加した結晶では、同様の効果が発生する場合が多い。MgLNにおいて、電界印加による分極反転を行うと、形成された分極反転領域の抵抗が3桁以上大幅に低下する現象が観測された。このため、Z板のMgLNの表面と裏面に電極を形成し、電極間に電圧を印加することで、基板表面から裏面方向に分極反転部を成長させる方法では、一部の分極反転が裏面近傍に到達した時点で、電極間に大きな電流が流れはじめ、電極間の電圧降下が生じ、分極反転を大面積に形成するのが難しくなる現象が見いだされた。つまり、同じ電位の場合、分極反転部が裏面方向に近づくと、電極間の抵抗が大幅に低下することで、電極間の電圧降下が発生し、分極反転の成長が停止する。
図5(a)に示すように第一の電極501(電位V1)と第二の電極502(電位V2)との間に電位差V1−V2を設けると、第一の電極501と第二の電極502との間に電界Aが発生する。電界AのZ方向のベクトル成分Ezにより、第二の電極502の下に自発分極に対向する電界が形成される。第一の電極501と第二の電極502との間は、分極反転が成長する分極方向に直交している。このため、分極反転による電極間の抵抗低下が避けられ、効率的に電界印加が可能となる。この結果、広い領域に渡り、均一な分極反転構造の形成が可能となる。基板表面に異なる電位を有する領域を形成することで、領域間に電界が生じ、この電界のベクトル成分Ezを自発分極に対向させることで分極反転形成が可能となる。
ところが、図5(b)のように、電極間隔L1が大きな場合には、上記方法により均一な分極反転構造の形成が可能となるが、図5(c)のように、電極間隔L1が小さい場合には、電極間の電界Aは、図に示すようになり、電界Aが電極間にほぼ水平に分布するため、Z方向のベクトル成分Ezが十分大きくならない。一方、ベクトル成分Ezを大きくするために、電極間の電圧を増大させると、近接した電極間の絶縁が破壊するという問題が発生する。このため、電極間隔が5μm以下になると表面電極間の電位差による分極反転が極端に難しくなるという問題が発生する。
電極の間に溝を形成することにより、上述した効果に加え、さらに別の効果を得ることが可能となり、より微細な分極反転構造の形成が可能となる。
これに対し、本発明では、電極の側面部に溝を形成する。これにより、分極反転領域の側面成長が抑圧出来ることが見出された。分極反転領域は、電極直下に発生する分極反転核から成長する。一般に、分極反転領域の側面成長は、電極周辺に発生する電界成分による分極反転核の発生が原因と考えられる。これに対して、本発明では、電極の周辺部に溝を設けることで、電極周辺部での分極反転核発生を抑圧し、側面成長を抑えることが可能となった。この結果、例えば、5μm以下の微細な幅の分極反転領域の形成が均一に行えるようになった。さらに、1μm以下のサブミクロンオーダの幅の分極反転領域も容易に形成できるようになった。
なお、本発明の分極反転領域の形成方法として、表面電極に、異なる電圧を印加すると説明したが、電界の変化を利用して電極間に異なる電位差を発生することも可能である。
次に、印加する電圧波形について述べる。
電極に印加する電圧波形としては、通常、自発分極に対向する電界を発生する電圧が望まれる。例えば、図8(a)に示すように、第二の電極801と第三の電極802との間には、電界が+Z板の分極方向Psに対向するように、第三の電極802に負電圧を印加する。ここで、+方向の電界を印加すると、形成した分極反転が再反転する。特にLiNbO3やLiTaO3では、分極反転直後は内部電界の存在により分極反転領域の安定性が極端に低下するため、逆方向電圧の印加は避けなければならない。
なお、本発明の分極反転領域の形成方法として、金属電極による電界印加について説明したが、電界印加の方法はこれに限られるものではない。例えば、分極反転に利用されている液体電極、ゾルゲル電極、コロナ放電等による電界印加法を用いても同様の効果が得られる。
なお、本実施の形態では、分極反転領域の周期方向と基板のY軸とが直交するように分極反転領域を形成した。分極反転領域の周期方向とY軸とが直交することで、均一で短周期の分極反転構造を形成することが可能となった。特に、周期2μm以下の分極反転構造の均一な形成が可能となった。分極反転領域の周期方向とX軸とが直交するように分極反転領域を形成する場合、短周期の分極反転構造の形成が困難であった。
なお、本実施の形態では、1mm厚の基板を用いたが、基板の厚みは0.5mm以上が好ましい。基板が0.5mm以上になると分極反転部の表面から裏面への貫通が防止でき、分極反転部の抵抗低下を抑制することができる。1mm以上になると、さらに、分極反転の貫通が防止できるためより均一な分極反転領域の形成が可能である。
なお、本実施の形態では、電界印加時の絶縁破壊防止のため、絶縁溶液中での電界印加を行っても良いと説明した。
図9は、絶縁溶液の温度と分極反転領域の長さLrとの関係を示した図である。図9により、80℃付近から反転領域の増大が確認され、100℃以上の温度で反転領域の長さLrが飽和していることがわかる。これは、MgLN基板の温度が上昇することで、反転電界が減少し、分極反転が成長しやすくなるためと考えられる。また、150℃以上では周期方向の分極反転成長が著しくなり、短周期(5μm以下)の均一な周期分極反転構造形成が困難となった。このため、短周期分極反転の形成には、絶縁溶液の温度は、150℃以下であることが好ましい。
なお、本発明の分極反転の形成方法について、Z板のMgLNを用いて説明を行った。Z板基板は、結晶のC軸が基板に垂直な方向にあるため、電気光学効果を利用する電界印加が効率良く行える。また、分極反転深さが深くなる等の有利な点を持っているため、バルク型の光学素子としては理想的な基板である。また、本発明の分極反転の形成方法は、X板、Y板の基板のMgLNにおいても適用できる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、1mm厚のZ板MgLNを用いて分極反転領域を形成する方法について説明する。さらに、本実施の形態では、この分極反転領域の形成方法により形成された光学素子について説明する。
本実施の形態で説明する分極反転領域の形成方法は、Z軸に垂直な主面を有するMgLN基板の+Z面に、独立した二つの電極を形成し、それぞれの電極に電圧を印加することで、広範囲の分極反転領域を形成する方法である。特に、本実施の形態は、上記実施の形態に対して、電極の構成において特徴を有している。
まず、図10に示すように、MgLN基板1001の主面1002には、Y軸方向に延びる複数の先端部(電極指)1005を有する第一の電極1003(2μmの間隔に配置された2本の歯(電極指)からなる組を周期8μmで有する櫛形電極)と、Y軸方向に延びる複数の先端部(電極指)1006を有する第二の電極1004(2μmの間隔に配置された2本の歯(電極指)からなる組を周期8μmで有する櫛形電極)とが形成されている。また、先端部1005および先端部1006は、同一平面内において、X軸方向(図2参照)に周期電極を形成している。具体的には、第一の電極1003の先端部1005のそれぞれの組は、第二の電極1004の先端部1006のそれぞれの組と、Y軸方向位置が重複するように、交互に配置されている。すなわち、それぞれの先端部の組は、X軸方向から見て重複するように交互に配置されている。これにより、先端部1005および先端部1006は、同一平面内において、X軸方法に周期2μmの周期電極を形成している。
なお、電極パターンおよび溝の形成方法は、実施の形態2と同様のであるため、説明を省略する。エッチングによる溝深さは、本実施の形態では、0.5μmとした。
また、主面1002の反対側の面に第三の電極1007を形成する。第一の電極1003または第二の電極1004と他の面に形成された第三の電極1007との間にパルスジェネレータ1008で制御した電圧を印加することで、電極間に分極反転領域が形成される。パルスジェネレータは、所定の電圧レベルを有し、必要に応じてパルス電圧または直流電圧を、MgLN基板1001に印加することができる。
ここで、電圧印加時の放電発生を避けるために、MgLN基板1001を絶縁液または真空中(10-6Torr以下)に配置して、電圧を印加する。
電圧の印加方法について具体的に説明する。
まず、第二の電極1004と第三の電極1007との間にパルス電圧を印加する。次に、第一の電極1003と第三の電極1007との間に、同様にパルス電圧を印加する。これらにより、第一の電極1003および第二の電極1004の先端部1005および先端部1006の下に分極反転核が生じ、先端部1005と先端部1006とが配置される周期に対応して、周期2μmの分極反転領域が形成される。先端部1005、1006の分極反転核は、パルス電圧の印加を継続することによりY軸方向およびZ軸方向に成長する。Y軸方向において、第一の電極1003と第二の電極1004とが重複する部分全体に分極反転領域が形成されることで、広範囲の周期2μmの分極反転領域が形成される。
なお、電極指の組が有する歯の本数は、2本に限らない。例えば、3、4本、およびそれ以上の本数であっても構わない。電極指の連続する本数が多いほど、対面する電極との空間Sが大きくなるため(具体的には、同じ組の電極指の最先端部と、それらの最先端部にY軸方向に対向する電極とで挟まれる空間が大きくなるため)、電極指先端に電界が集中しやすく、深さ方向、および電極指方向の分極反転領域の拡大が容易となる。
(その他)
本発明の光学素子により、分極反転領域の安定な形成保持を実現し、高温昇温等の信頼性試験に耐える高い信頼性を有する分極反転領域を備えた光学素子が提供される。
また、本発明の光学素子は、例えば、分極反転領域を有していて、光情報処理や光応用計測制御分野に使用されるコヒーレント光源を応用した光波長変換素子、偏光素子、光スイッチ、位相変調器、等に応用される光学素子として利用可能である。
本発明の分極反転領域の形成方法は、厚い基板において、短周期の分極反転構造を均一、安定かつ広範囲に渡り形成する有効な手段であり、例えば、短周期分極反転構造を備えた光学素子の製造方法として利用可能である。このような光学素子には、微細な分極反転領域が形成されており、紫外光発生用の光波長変換素子等の光学素子として利用可能である。
また、本発明の分極反転領域の形成方法は、設計した電極の下に、電極に沿ってできるだけ広い範囲で均一な分極反転領域を形成するために、印加電圧のパルス波形の制御を行う。具体的には、立ち上がり、立下りの速い電圧波形を印加する。これにより、本発明の方法では、その過渡的な効果を利用し、微細かつ広範囲にわたる短周期分極反転領域を均一に形成することが可能となる。
101,200,405,504 分極反転部
102,402 溝
302,1002 主面
303,501,601,700,800,1003 第一の電極
304,502,602,701,801,1004 第二の電極
305,1005 第一の電極の先端部
306,1006 第二の電極の先端部
307,503,603,702,802,1007 第三の電極
308,404,703,1008 パルスジェネレータ
400 Ta膜
403 SiO2膜
V1,V2,V3 電位
Ex X方向の電界成分
Ez Z方向の電界成分
Ps 自発分極
A 電界
L1 第一の電極と第二の電極との間の距離
Lr 分極反転領域の長さ
T 基板温度
Claims (31)
- 単一分極化された強誘電体基板と、
前記強誘電体基板に形成された複数の分極反転領域と、
前記分極反転領域の間の前記強誘電体基板の表面に形成された溝と、
を備え、
前記溝の深さ方向に分極反転した少なくとも1つの前記分極反転領域の深さT’は、基板厚みTに対し、T’<Tの関係を満たし、
前記溝は、前記強誘電体基板の表面から0.5μm以上の深さで形成されていることを特徴とする、
光学素子。 - 前記T’<Tの関係を満足する分極反転領域は、前記複数の分極反転領域全体の50%以上であることを特徴とする、
請求項1記載の光学素子。 - 前記T’<Tの関係を満足する分極反転領域は、前記複数の分極反転領域全体の90%以上であることを特徴とする、
請求項1記載の光学素子。 - 前記分極反転領域の間隔は、5μm以下であることを特徴とする、
請求項1記載の光学素子。 - 前記分極反転領域の幅は、5μm以下であることを特徴とする、
請求項1記載の光学素子。 - 前記強誘電体基板の厚みは、0.5mm以上であることを特徴とする、
請求項1記載の光学素子。 - 前記強誘電体基板は、単一分極の結晶であり、
前記分極反転領域は、前記強誘電体基板の表面内部に櫛型電極の電極指を有し、
前記櫛型電極の電極指の方向は、前記結晶のY軸方向であることを特徴とする、
請求項1記載の光学素子。 - 前記溝は、前記強誘電体基板の表面から10μm以下の深さで形成されていることを特徴とする、
請求項7記載の光学素子。 - 前記分極反転領域は、周期状の分極反転構造であることを特徴とする、
請求項1〜8のいずれか一項に記載の光学素子。 - 前記強誘電体基板の法線と前記強誘電体基板の自発分極とのなす角度は、30°以下であり、
前記分極反転領域の周期方向と前記結晶のY軸とは、直交することを特徴とする、
請求項9記載の光学素子。 - 前記強誘電体基板の法線と前記強誘電体基板の自発分極とのなす角度は、30°以下であり、
前記強誘電体基板の厚みTは、T≧0.5mmであり、
前記分極反転領域の周期Λは、Λ≦2μmであることを特徴とする、
請求項9記載の光学素子。 - 前記強誘電体基板は、MgドープのLiTa(1-x)NbxO3(0≦x≦1)であることを特徴とする、
請求項1〜11のいずれか一項に記載の光学素子。 - 単一分極化された強誘電体結晶基板の内部に分極反転領域を形成する方法において、
前記強誘電体基板の表面に溝を設け、前記強誘電体基板の表面を複数の領域に分割する工程と、
前記複数の領域に電界を印加し分極反転領域を形成する工程と、
を備え、
前記電界の方向は、前記強誘電体基板の自発分極に対向する方向であり、
前記電界を印加する工程において、前記複数の領域に電位差が生じており、
前記溝の深さ方向に分極反転した少なくとも1つの前記分極反転領域の深さT’は、基板厚みTに対し、T’<Tの関係を満たし、
前記溝は、前記強誘電体基板の表面から0.5μm以上の深さで形成されていることを特徴とする、分極反転領域の形成方法。 - 前記複数の領域は、周期状に隣接するよう形成され、
前記電界を印加する工程では、一定の周期を持って隣接する領域に互いに異なる電位が生じることを特徴とする、
請求項13記載の分極反転領域の形成方法。 - 前記電界を印加する工程では、前記複数の領域のそれぞれに、異なる電界を印加することを特徴とする、
請求項13記載の分極反転領域の形成方法。 - 前記電界を印加する工程では、前記複数の領域の何れかに、時間的に変化する電界を印加することを特徴とする、
請求項13記載の分極反転領域の形成方法。 - 前記電界を印加する工程では、前記電界の変化が1kV/秒以上であることを特徴とする、
請求項16記載の分極反転領域の形成方法。 - 前記溝の幅は、5μm以下であることを特徴とする、
請求項13記載の分極反転領域の形成方法。 - 前記複数の領域のそれぞれの幅は、5μm以下であることを特徴とする、
請求項13記載の分極反転領域の形成方法。 - 前記強誘電体基板の厚みは、0.5mm以上であることを特徴とする、
請求項13記載の分極反転領域の形成方法。 - 前記電界を印加する工程において、正電界と負電界を交互に印加することを特徴とする、
請求項13記載の分極反転領域の形成方法。 - 前記電界を印加する工程において、前記電界は、10msec以下のパルス幅を有するパルス電圧により印加されることを特徴とする、
請求項13記載の分極反転領域の形成方法。 - 前記溝は、前記強誘電体基板の表面から10μm以下の深さで形成されていることを特徴とする、
請求項13記載の分極反転領域の形成方法。 - 前記複数の領域は、一定の周期で交互に配置されるように形成されており、
前記分極反転領域は、前記一定の周期で形成されることを特徴とする、
請求項13記載の分極反転領域の形成方法。 - 前記複数の領域のそれぞれは、所定の間隔に配置される複数の小領域からなる小領域群を有しており、
前記複数の領域は、それぞれの前記小領域群を交互に配置するように形成されており、
前記分極反転領域は、前記所定の間隔で形成されることを特徴とする、
請求項13記載の分極反転領域の形成方法。 - 前記強誘電体基板は、MgドープのLiTa(1-x)NbxO3(0≦x≦1)であることを特徴とする、
請求項13記載の分極反転領域の形成方法。 - 前記強誘電体基板は、X−カット、Y−カット、またはZ−カットからなる基板であることを特徴とする、
請求項13記載の分極反転領域の形成方法。 - 前記強誘電体基板の法線と前記強誘電体基板の自発分極とのなす角度は、30°以下であり、
前記分極反転領域は、周期状に形成され、
前記分極反転領域の周期方向と前記強誘電体基板のY軸とが直交することを特徴とする、
請求項13記載の分極反転領域の形成方法。 - 前記強誘電体基板の厚みTは、T≧0.5mmであり、
前記分極反転領域の周期Λは、Λ≦2μmであることを特徴とする、
請求項13記載の分極反転領域の形成方法。 - 前記電界を印加する工程は、自発分極をPs、分極反転面積をAとした場合、2PsAの100倍以上の電荷量を印加することを特徴とする、
請求項13記載の分極反転領域の形成方法。 - 前記電界を印加する工程は、80℃以上の絶縁溶液中で行われることを特徴とする、
請求項13記載の分極反転領域の形成方法。
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