JPH05289136A - 光導波路型波長変換素子とその製造方法 - Google Patents
光導波路型波長変換素子とその製造方法Info
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- JPH05289136A JPH05289136A JP4091202A JP9120292A JPH05289136A JP H05289136 A JPH05289136 A JP H05289136A JP 4091202 A JP4091202 A JP 4091202A JP 9120292 A JP9120292 A JP 9120292A JP H05289136 A JPH05289136 A JP H05289136A
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- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
- G02F1/3775—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure with a periodic structure, e.g. domain inversion, for quasi-phase-matching [QPM]
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- G02F1/35—Non-linear optics
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- G02F1/3548—Quasi phase matching [QPM], e.g. using a periodic domain inverted structure
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 変換効率の向上をはかる。
【構成】 強誘電体１に埋込まれた光導波路２を形成
し、これを横切って周期的分極反転構造部３を構成す
る。
し、これを横切って周期的分極反転構造部３を構成す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光導波路型波長変換素
子とその製造方法に係わる。
子とその製造方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】光導波路型波長変換素子の光第２高周波
発生素子（以下ＳＨＧという）は、周波数ωの基本波を
導入して２ωの周波数の第２高調波の光を発生するもの
である。
発生素子（以下ＳＨＧという）は、周波数ωの基本波を
導入して２ωの周波数の第２高調波の光を発生するもの
である。
【０００３】したがって、このＳＨＧ素子を例えば半導
体レーザと組合せることによって例えば近赤外光を緑色
光の短波長光源とすることができ、半導体レーザによっ
て得られる単一波長光の実現可能の波長範囲の拡大化を
はかることができ、これに伴ってレーザの利用範囲の拡
大化と各技術分野でのレーザ利用の最適化をはかること
ができる。例えば、レーザ光の短波長化によってレーザ
光を用いた光記録再生、光磁気記録再生等においてその
記録密度の向上、解像度の向上をはかることができる。
体レーザと組合せることによって例えば近赤外光を緑色
光の短波長光源とすることができ、半導体レーザによっ
て得られる単一波長光の実現可能の波長範囲の拡大化を
はかることができ、これに伴ってレーザの利用範囲の拡
大化と各技術分野でのレーザ利用の最適化をはかること
ができる。例えば、レーザ光の短波長化によってレーザ
光を用いた光記録再生、光磁気記録再生等においてその
記録密度の向上、解像度の向上をはかることができる。
【０００４】このＳＨＧ素子において、光導波路中に光
の閉じ込めを行う光導波路型ＳＨＧ素子は、バルク型Ｓ
ＨＧ素子に比して高効率化がはかられる。
の閉じ込めを行う光導波路型ＳＨＧ素子は、バルク型Ｓ
ＨＧ素子に比して高効率化がはかられる。
【０００５】また、変換効率の高いデバイス実現のため
には、基本波と第２高調波の位相伝搬速度を等しくしな
くてはならない。これを疑似的に行う方法として非線形
光学定数の＋−を周期的に配列する方法が提案（J.A.Ar
mstrong,N.Bloembergen,他,Phys.Rev.,127,1918(196
2)）されており、この位相整合は疑似位相整合（Quasi-
phase matching:QPM）と呼ばれている。
には、基本波と第２高調波の位相伝搬速度を等しくしな
くてはならない。これを疑似的に行う方法として非線形
光学定数の＋−を周期的に配列する方法が提案（J.A.Ar
mstrong,N.Bloembergen,他,Phys.Rev.,127,1918(196
2)）されており、この位相整合は疑似位相整合（Quasi-
phase matching:QPM）と呼ばれている。
【０００６】これを実現する方法として結晶（例えば結
晶軸）方向を周期的に反転させる方法がある。具体的な
方法としては、例えば結晶を薄く切断して貼り合せる方
法（岡田、滝沢、家入、ＮＨＫ技術研究、29(1) 、24(1
977)）や、また結晶引き上げ時に例えば印加する電流の
極性を制御して周期的な分域（ドメイン）を形成して周
期分極反転構造を形成する方法（D.FENG,N.B.Ming,J.F.
Hong, 他、Appl.Phys.Lett.37,607(1980),K.Nassau,H.
J.Levinstein,G.H.Loiacano Appl.Phys.Lett.6,228(196
5),A.Feisst,P.Koidl Appl.Phys.Lett.47,1125(1985))
がある。これらの方法は結晶材料の全体に渡って周期構
造を形成することを目的としている。
晶軸）方向を周期的に反転させる方法がある。具体的な
方法としては、例えば結晶を薄く切断して貼り合せる方
法（岡田、滝沢、家入、ＮＨＫ技術研究、29(1) 、24(1
977)）や、また結晶引き上げ時に例えば印加する電流の
極性を制御して周期的な分域（ドメイン）を形成して周
期分極反転構造を形成する方法（D.FENG,N.B.Ming,J.F.
Hong, 他、Appl.Phys.Lett.37,607(1980),K.Nassau,H.
J.Levinstein,G.H.Loiacano Appl.Phys.Lett.6,228(196
5),A.Feisst,P.Koidl Appl.Phys.Lett.47,1125(1985))
がある。これらの方法は結晶材料の全体に渡って周期構
造を形成することを目的としている。
【０００７】しかしながら上述した方法による場合、大
規模な装置が必要となるのみならず、分極反転形成の制
御が難しいという問題点がある。
規模な装置が必要となるのみならず、分極反転形成の制
御が難しいという問題点がある。
【０００８】これに対して結晶材料の表面近傍に上述の
周期分極反転構造を形成する方法として例えばＴｉを結
晶表面から拡散させる方法（伊藤弘昌、張英海、稲場文
男、第４９回応用物理学会講演会予稿集919(1988))や、
Ｌｉ2 Ｏを外拡散する方法(Jonas Webjorn,et al,IEEE
PHOTONICS TECHNOL.LETT.1,1989,PP316-318)が提案され
ている。
周期分極反転構造を形成する方法として例えばＴｉを結
晶表面から拡散させる方法（伊藤弘昌、張英海、稲場文
男、第４９回応用物理学会講演会予稿集919(1988))や、
Ｌｉ2 Ｏを外拡散する方法(Jonas Webjorn,et al,IEEE
PHOTONICS TECHNOL.LETT.1,1989,PP316-318)が提案され
ている。
【０００９】このＴｉ拡散法により分極反転を形成する
場合は、例えば図５にその一製造工程の略線的拡大断面
図を示すように、全面的にｃ軸方向に即ち図５において
矢印ｄで示す分極方向に単分域化された例えばＬＮ（Ｌ
ｉＮｂＯ3 ）より成る強誘電体１の、＋ｃ面上にＴｉ膜
２を所要の例えば平行帯状パターンに例えばピッチＰを
５μｍ、幅Ｗを２．５μｍとして被着形成する。
場合は、例えば図５にその一製造工程の略線的拡大断面
図を示すように、全面的にｃ軸方向に即ち図５において
矢印ｄで示す分極方向に単分域化された例えばＬＮ（Ｌ
ｉＮｂＯ3 ）より成る強誘電体１の、＋ｃ面上にＴｉ膜
２を所要の例えば平行帯状パターンに例えばピッチＰを
５μｍ、幅Ｗを２．５μｍとして被着形成する。
【００１０】そしてこのような状態で例えば１１００℃
程度の加熱を行ってＴｉを強誘電体１内に拡散させ、図
６に示すように分極反転領域３ａを周期的に形成するこ
とができる。しかしながらこの場合、分極反転領域３ａ
の屈折率が変化したり、また分極反転領域３ａのピッチ
に対してその深さＤが小であり、またこの深さＤの制御
が困難で、かつその分極反転領域は断面三角形状となっ
て形状の制御性に劣る(F.Laurell et al,Integrated Ph
otonics Research,Tu12,1989) 等の恐れがある。
程度の加熱を行ってＴｉを強誘電体１内に拡散させ、図
６に示すように分極反転領域３ａを周期的に形成するこ
とができる。しかしながらこの場合、分極反転領域３ａ
の屈折率が変化したり、また分極反転領域３ａのピッチ
に対してその深さＤが小であり、またこの深さＤの制御
が困難で、かつその分極反転領域は断面三角形状となっ
て形状の制御性に劣る(F.Laurell et al,Integrated Ph
otonics Research,Tu12,1989) 等の恐れがある。
【００１１】即ち、上述した位相整合を確実に行うため
には、分極反転領域３ａの深さＤを大とすることが望ま
しく、かつその断面形状は強誘電体１の深さ方向に延長
するストライプ状に、分極反転領域３ａと分極反転が生
じない領域３ｂとが交互に即ち周期的分極反転構造が形
成されることが望ましいが、上述のＴｉ拡散法によって
ＳＨＧ素子を形成した場合、その分極反転領域３の形状
の制御性に劣るため、入力光の漏波や第２高調波光の漏
波、更に入力光と第２高調波光との結合効率の低下を招
来する等して、いわゆる光変換効率の低下を招く恐れが
ある(Inst.Phys.Conf.Ser.No103:Part I,Paper present
ed at Int.Conf.Materials for Non-linear and Electr
o-optics.Cambridge,1989)。
には、分極反転領域３ａの深さＤを大とすることが望ま
しく、かつその断面形状は強誘電体１の深さ方向に延長
するストライプ状に、分極反転領域３ａと分極反転が生
じない領域３ｂとが交互に即ち周期的分極反転構造が形
成されることが望ましいが、上述のＴｉ拡散法によって
ＳＨＧ素子を形成した場合、その分極反転領域３の形状
の制御性に劣るため、入力光の漏波や第２高調波光の漏
波、更に入力光と第２高調波光との結合効率の低下を招
来する等して、いわゆる光変換効率の低下を招く恐れが
ある(Inst.Phys.Conf.Ser.No103:Part I,Paper present
ed at Int.Conf.Materials for Non-linear and Electr
o-optics.Cambridge,1989)。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の分極
反転構造を有する光導波路型波長変換素子において、更
に変換効率の向上、したがって出力の向上をはかる。
反転構造を有する光導波路型波長変換素子において、更
に変換効率の向上、したがって出力の向上をはかる。
【００１３】即ち、本発明においては、本出願人の出願
に係る特願平３−１０７３９２号「分極反転制御方法」
で提案したように、分極反転を強誘電体に深く鮮明で正
確なパターンに形成できる方法を確立したことによっ
て、光導波路の形成位置を特定して変換効率の向上をは
かる。
に係る特願平３−１０７３９２号「分極反転制御方法」
で提案したように、分極反転を強誘電体に深く鮮明で正
確なパターンに形成できる方法を確立したことによっ
て、光導波路の形成位置を特定して変換効率の向上をは
かる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、強誘電体１に
深く分極反転された周期的分極反転構造部３を設け、こ
の強誘電体１の表面から内部に入り込んだ位置に光導波
路２を設ける。
深く分極反転された周期的分極反転構造部３を設け、こ
の強誘電体１の表面から内部に入り込んだ位置に光導波
路２を設ける。
【００１５】また、本発明方法は、単分域化された強誘
電体１に、光導波路２を形成する工程と、その後、また
はその前に深く分極反転された周期的分極反転構造部３
を形成する工程を採る。
電体１に、光導波路２を形成する工程と、その後、また
はその前に深く分極反転された周期的分極反転構造部３
を形成する工程を採る。
【００１６】そして、周期的分極反転構造部３の形成工
程は、上記強誘電体１に少なくとも一方が最終的に得る
周期的分極反転構造部３の周期パターンに対応するパタ
ーンとされた第１及び第２電極を設け、これら第１及び
第２の電極間に、１ｋＶ／ｍｍ〜１００ｋＶ／ｍｍの電
界を３００℃以下望ましくは１５０℃未満の温度下で印
加して電極パターンに対応するパターンの周期的分極反
転構造部３を形成する。
程は、上記強誘電体１に少なくとも一方が最終的に得る
周期的分極反転構造部３の周期パターンに対応するパタ
ーンとされた第１及び第２電極を設け、これら第１及び
第２の電極間に、１ｋＶ／ｍｍ〜１００ｋＶ／ｍｍの電
界を３００℃以下望ましくは１５０℃未満の温度下で印
加して電極パターンに対応するパターンの周期的分極反
転構造部３を形成する。
【００１７】
【作用】上述の本発明方法によって形成した周期的分極
反転構造はその分極が反転した領域を強誘電体の深い領
域に渡って優れた形状制御性をもって形成することがで
きる。
反転構造はその分極が反転した領域を強誘電体の深い領
域に渡って優れた形状制御性をもって形成することがで
きる。
【００１８】これは次に述べる理由に因るものと思われ
る。即ち一般的にはＬＮ単結晶のような、高電圧を印加
とする結晶が破壊される強誘電体材料においては、結晶
破壊が生じない程度の電圧を印加しても分極反転が生じ
ないとされており、従来は結晶破壊を生じさせない程度
の比較的低い電圧の印加によって分極反転を生じさせる
ために、即ち抗電界を下げるために、高温下において比
較的低い電圧、即ち例えば数Ｖ／ｍｍ〜数百Ｖ／ｍｍ程
度の電圧を印加して分極反転を形成していた。
る。即ち一般的にはＬＮ単結晶のような、高電圧を印加
とする結晶が破壊される強誘電体材料においては、結晶
破壊が生じない程度の電圧を印加しても分極反転が生じ
ないとされており、従来は結晶破壊を生じさせない程度
の比較的低い電圧の印加によって分極反転を生じさせる
ために、即ち抗電界を下げるために、高温下において比
較的低い電圧、即ち例えば数Ｖ／ｍｍ〜数百Ｖ／ｍｍ程
度の電圧を印加して分極反転を形成していた。
【００１９】しかしながら、結晶破壊は、実際は電圧印
加を行う電極の形状、その電極幅等に依存することが究
明された。即ち、このような結晶破壊は圧電効果による
もので、対象とする強誘電体材料に応じて電極幅等を適
切に選定することによって、電極付近に発生する応力を
分散させることができ、試料の力学的破壊即ち結晶破壊
を生じさせることなく強誘電体材料の分極反転を行うこ
とができる。
加を行う電極の形状、その電極幅等に依存することが究
明された。即ち、このような結晶破壊は圧電効果による
もので、対象とする強誘電体材料に応じて電極幅等を適
切に選定することによって、電極付近に発生する応力を
分散させることができ、試料の力学的破壊即ち結晶破壊
を生じさせることなく強誘電体材料の分極反転を行うこ
とができる。
【００２０】また本発明方法では単分域化された強誘電
体に、その分極方向に対向電極を配置し、両電極間に電
圧を印加するものであるが、このとき、強誘電体１の自
発分極の向きに対して垂直な方向に生じる電界成分を小
として、圧電効果によって生じる応力の発生を小とする
ことによって、結晶歪みや結晶破壊を制御することがで
きるのである。
体に、その分極方向に対向電極を配置し、両電極間に電
圧を印加するものであるが、このとき、強誘電体１の自
発分極の向きに対して垂直な方向に生じる電界成分を小
として、圧電効果によって生じる応力の発生を小とする
ことによって、結晶歪みや結晶破壊を制御することがで
きるのである。
【００２１】そして、本発明においては、このように、
分極反転構造を強誘電体に深い範囲に渡って形成できる
ことを利用して、特に光導波路を強誘電体表面から入り
込んだ位置に埋込んで形成し、このようにすることによ
って基本波からの第２の高調波の変換効率を高める。
分極反転構造を強誘電体に深い範囲に渡って形成できる
ことを利用して、特に光導波路を強誘電体表面から入り
込んだ位置に埋込んで形成し、このようにすることによ
って基本波からの第２の高調波の変換効率を高める。
【００２２】即ち疑似位相整合法では、第２高調波出力
は次の（数１）で表される。
は次の（数１）で表される。
【００２３】
【数１】
【００２４】ここで、Ｐωは基本波の導波パワー、Ｌは
相互作用長、Δβは第２高調波と基本波の伝搬定数の不
整合量を表わし、このΔβは（数２）である。
相互作用長、Δβは第２高調波と基本波の伝搬定数の不
整合量を表わし、このΔβは（数２）である。
【００２５】
【数２】
【００２６】Ｋm は伝搬定数の不整合量を周期分極反転
により補正する項で、周期をΛとしてＫm ＝２πｍ／Λ
である。また、規格化変換効率ｎnor は、次の（数３）
で表される。
により補正する項で、周期をΛとしてＫm ＝２πｍ／Λ
である。また、規格化変換効率ｎnor は、次の（数３）
で表される。
【００２７】
【数３】
【００２８】また、Ｇm は周期的に反転させたドメイン
の形状に係わる項で、一次の周期でドメイン形状が矩形
で５０％のデューティサイクルのときに最大値となる。
の形状に係わる項で、一次の周期でドメイン形状が矩形
で５０％のデューティサイクルのときに最大値となる。
【００２９】変換効率が導波路形状や分極反転形状に大
きく依存する項は、（数４）である。
きく依存する項は、（数４）である。
【００３０】
【数４】
【００３１】（数４）中次の（数５）は第２高調波およ
び基本波の電界の重なり積分である。
び基本波の電界の重なり積分である。
【００３２】
【数５】
【００３３】すなわち、図７Ａで示す場合より図７Ｂに
示したように曲線７４で示す第２高調波と曲線７５で示
す基本波の電界分布７５の重なりの度合が導波路の幅方
向および深さ方向で大きい場合に高い変換効率を得るこ
とができる。
示したように曲線７４で示す第２高調波と曲線７５で示
す基本波の電界分布７５の重なりの度合が導波路の幅方
向および深さ方向で大きい場合に高い変換効率を得るこ
とができる。
【００３４】第２高調波と基本波の電界分布の重なりの
度合が導波路の幅方向および深さ方向で大きくなるよう
にするためには導波路幅方向および深さ方向で屈折率分
布図８Ａまたは８Ｂのように対称あるいは対称に極めて
近くなるように導波路を形成させればよいものであり、
本発明では、光導波路を強誘電体の表面から内側に入り
込んだ位置に形成したことによってこの対称性を得るこ
とができるのである。
度合が導波路の幅方向および深さ方向で大きくなるよう
にするためには導波路幅方向および深さ方向で屈折率分
布図８Ａまたは８Ｂのように対称あるいは対称に極めて
近くなるように導波路を形成させればよいものであり、
本発明では、光導波路を強誘電体の表面から内側に入り
込んだ位置に形成したことによってこの対称性を得るこ
とができるのである。
【００３５】加えて、疑似位相整合法によって光導波路
で第２高調波を発生させるためには、光導波路内で分極
が周期的に反転していなければならない。
で第２高調波を発生させるためには、光導波路内で分極
が周期的に反転していなければならない。
【００３６】これに対し、本発明方法によれば、上述し
たように分極反転構造をしたがって、埋込み形成された
光導波路内に確実にかつ深く形成できるので、確実に疑
似位相整合を行うことができる。
たように分極反転構造をしたがって、埋込み形成された
光導波路内に確実にかつ深く形成できるので、確実に疑
似位相整合を行うことができる。
【００３７】尚、分極反転法としては例えばＬｉＮｂＯ
3 で前述したＴｉ拡散法あるいはＬｉ2 Ｏの外拡散法は
分極反転領域の形状および深さの制御が困難で、結晶の
内部に導波路を形成する場合分極反転層と導波路の位置
を一致させることは非常に難しい。
3 で前述したＴｉ拡散法あるいはＬｉ2 Ｏの外拡散法は
分極反転領域の形状および深さの制御が困難で、結晶の
内部に導波路を形成する場合分極反転層と導波路の位置
を一致させることは非常に難しい。
【００３８】このため、上述のＴｉ拡散法あるいはＬｉ
2 Ｏによって周期的に分極反転したところに導波路を例
えばプロトン交換法により形成する場合、結晶の表面近
傍に分極反転層を形成し、そこに導波路を例えばプロト
ン交換法により形成することになる。これでは深さ方向
に屈折率分布が対称に極めて近い導波路を形成すること
は困難であり、変換効率が極めて高く、信頼性の高いＳ
ＨＧ素子が得られないのである。
2 Ｏによって周期的に分極反転したところに導波路を例
えばプロトン交換法により形成する場合、結晶の表面近
傍に分極反転層を形成し、そこに導波路を例えばプロト
ン交換法により形成することになる。これでは深さ方向
に屈折率分布が対称に極めて近い導波路を形成すること
は困難であり、変換効率が極めて高く、信頼性の高いＳ
ＨＧ素子が得られないのである。
【００３９】
【実施例】以下、本発明光導波路型波長変換素子の作製
方法の実施例を詳細に説明する。
方法の実施例を詳細に説明する。
【００４０】各例共に、強誘電体としてＫＴＰ（ＫＴｉ
ＯＰＯ4 ）、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ3 ）、ＬｉＴａＯ3 等の
非線形光学材料の単結晶、例えばＬＮ単結晶を用いた場
合で、このＬＮ単結晶上に周期的な分極反転構造を形成
すると共に、この部分において光導波路を形成して、高
効率のＳＨＧ素子を得る場合を示す。
ＯＰＯ4 ）、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ3 ）、ＬｉＴａＯ3 等の
非線形光学材料の単結晶、例えばＬＮ単結晶を用いた場
合で、このＬＮ単結晶上に周期的な分極反転構造を形成
すると共に、この部分において光導波路を形成して、高
効率のＳＨＧ素子を得る場合を示す。
【００４１】また各例共に、強誘電体１の単分域化は、
例えばそのキュリー温度直下の例えば１２００℃程度ま
で昇温して一定の方向に外部直流電圧を全面的に印加す
ることによって、全面的にｃ軸方向に揃えて行った。
例えばそのキュリー温度直下の例えば１２００℃程度ま
で昇温して一定の方向に外部直流電圧を全面的に印加す
ることによって、全面的にｃ軸方向に揃えて行った。
【００４２】尚、図において、自発分極の方向を矢印ｄ
で示し、分極反転領域の分極方向を矢印ｈで示す。
で示し、分極反転領域の分極方向を矢印ｈで示す。
【００４３】実施例１ まず周期的分極反転の構造の形成工程について図２の略
線的拡大斜視図を参照して説明する。この場合強誘電体
１が厚さ方向に全面的に単分域化されて成る場合で、そ
の分極の正側の主面１Ｓ上にＡｌ等より成る第１の電極
１を例えば蒸着、スパッタリング等により被着した後、
例えば櫛歯状パターンにパターニングされ、分極の負側
の裏面１Ｒ上に全面的にＡｌ等より成る第２の電極を主
面１Ｓ上と裏面１Ｒ上とで相対向して強誘電体１を挟み
込むように被着形成する。そして、分極の正側即ち第１
の電極６側を正電位、分極の負側即ち第２の電極７側を
負電位として電圧を印加した。このとき、第１の電極６
の櫛歯パターンに対応するパターンの分極反転構造が形
成された。この場合、櫛歯の幅Ｗが例えば５μｍ、ピッ
チＰが例えば１０μｍ程度とされ、電圧の大きさを１ｋ
Ｖ／ｍｍ〜１００ｋＶ／ｍｍの例えば１０ｋＶ／ｍｍの
電圧を印加して、結晶破壊を殆ど生じることなく図１で
示した分極反転構造を得ることができた。つまりこの場
合、各電極６及び７の櫛歯部にわたって即ち強誘電体１
の全厚さにわたって分極反転領域が形成され、そのピッ
チＰに対して深さを比較的大とすることができた。
線的拡大斜視図を参照して説明する。この場合強誘電体
１が厚さ方向に全面的に単分域化されて成る場合で、そ
の分極の正側の主面１Ｓ上にＡｌ等より成る第１の電極
１を例えば蒸着、スパッタリング等により被着した後、
例えば櫛歯状パターンにパターニングされ、分極の負側
の裏面１Ｒ上に全面的にＡｌ等より成る第２の電極を主
面１Ｓ上と裏面１Ｒ上とで相対向して強誘電体１を挟み
込むように被着形成する。そして、分極の正側即ち第１
の電極６側を正電位、分極の負側即ち第２の電極７側を
負電位として電圧を印加した。このとき、第１の電極６
の櫛歯パターンに対応するパターンの分極反転構造が形
成された。この場合、櫛歯の幅Ｗが例えば５μｍ、ピッ
チＰが例えば１０μｍ程度とされ、電圧の大きさを１ｋ
Ｖ／ｍｍ〜１００ｋＶ／ｍｍの例えば１０ｋＶ／ｍｍの
電圧を印加して、結晶破壊を殆ど生じることなく図１で
示した分極反転構造を得ることができた。つまりこの場
合、各電極６及び７の櫛歯部にわたって即ち強誘電体１
の全厚さにわたって分極反転領域が形成され、そのピッ
チＰに対して深さを比較的大とすることができた。
【００４４】このように深い分極周期反転構造部３を形
成したＬＮ結晶強誘電体１の内部に光導波路２を作製し
た。分極周期反転はＬＮの全厚にわたって形成されてい
るために光導波路２の結晶内部での位置を制御する必要
はない。
成したＬＮ結晶強誘電体１の内部に光導波路２を作製し
た。分極周期反転はＬＮの全厚にわたって形成されてい
るために光導波路２の結晶内部での位置を制御する必要
はない。
【００４５】次にこの光導波路形成方法を図３の工程図
を参照して説明する。
を参照して説明する。
【００４６】先ず図３Ａに示すように例えばｚ板による
ＬＮ強誘電体１の表面例えば＋ｃ面に光導波路形成用の
マスク９を例えば白金等の耐酸性の金属を成膜し、光導
波路のパターンの窓９Ｗを形成する。次に図３Ｂに示す
ように１６０〜２５０℃のりん酸や安息香酸等の酸浴中
でプロトン交換法により深さ１μｍ程度のプロトン交換
層１０を形成した。このプロトン交換によってＬＮのＬ
ｉの一部がＨとイオン交換され高屈折率層が形成され
る。そこで次に、図３Ｃに示すように安息香酸に安息香
酸リチウムを１０ｍｏｌ％の濃度で溶かした溶液中で２
００℃で１時間再イオン交換することによりプロトン交
換層１０の上部にＬｉの追拡散層１１を形成した。Ｌｉ
の追拡散は溶液としてステアリン酸とステアリン酸リチ
ウムの混合溶液、あるいはＬｉを含む溶融塩を用いても
可能であった。Ｌｉの追拡散によりプロトン交換層の上
部の屈折率は減少しＬＮの屈折率に近づいた。この時点
で光導波路両端面を研磨して光を導波させたところ、出
射端でのニアフィールドパターンを解折することにより
ほぼ対称導波路が形成されていることが確認できた。次
に図３Ｄに示すように、光導波路形成用のマスク９を剥
離し、プロトン交換により減少した非線形光学定数を回
復させるために３５０℃で２時間大気中アニールを施し
た。
ＬＮ強誘電体１の表面例えば＋ｃ面に光導波路形成用の
マスク９を例えば白金等の耐酸性の金属を成膜し、光導
波路のパターンの窓９Ｗを形成する。次に図３Ｂに示す
ように１６０〜２５０℃のりん酸や安息香酸等の酸浴中
でプロトン交換法により深さ１μｍ程度のプロトン交換
層１０を形成した。このプロトン交換によってＬＮのＬ
ｉの一部がＨとイオン交換され高屈折率層が形成され
る。そこで次に、図３Ｃに示すように安息香酸に安息香
酸リチウムを１０ｍｏｌ％の濃度で溶かした溶液中で２
００℃で１時間再イオン交換することによりプロトン交
換層１０の上部にＬｉの追拡散層１１を形成した。Ｌｉ
の追拡散は溶液としてステアリン酸とステアリン酸リチ
ウムの混合溶液、あるいはＬｉを含む溶融塩を用いても
可能であった。Ｌｉの追拡散によりプロトン交換層の上
部の屈折率は減少しＬＮの屈折率に近づいた。この時点
で光導波路両端面を研磨して光を導波させたところ、出
射端でのニアフィールドパターンを解折することにより
ほぼ対称導波路が形成されていることが確認できた。次
に図３Ｄに示すように、光導波路形成用のマスク９を剥
離し、プロトン交換により減少した非線形光学定数を回
復させるために３５０℃で２時間大気中アニールを施し
た。
【００４７】このようにして作製したＳＨＧ素子に波長
８５０ｎｍのレーザ光を導波させたところ規格化変換効
率で８００％Ｗ・ｃｍ2 を越える第２高調波が得られ
た。
８５０ｎｍのレーザ光を導波させたところ規格化変換効
率で８００％Ｗ・ｃｍ2 を越える第２高調波が得られ
た。
【００４８】実施例２ この実施例２においても、分極反転の方法は実施例１と
同様であるので、ここでは、導波路形成方法についての
み説明を行う。
同様であるので、ここでは、導波路形成方法についての
み説明を行う。
【００４９】図４を参照して導波路作製工程を説明す
る。先ず、図４Ａに示すように、ＬＮ強誘電体１の主面
１Ｓ例えばｃ面に例えば真空蒸着法などによりＴｉより
成るストライプ１３を形成させた。これを図４Ｂに示す
ように１０００℃の酸素雰囲気中で８時間拡散させ、Ｔ
ｉ拡散導波路１４を作製した。つぎにこの導波路１４上
に図４Ｃに示すように、例えば真空蒸着法によりＭｇＯ
ストライプ１５を成膜した。最後に酸素雰囲気中１００
０℃で５時間熱処理することにより図４Ｄに示すよう
に、埋め込み型の光導波路２を得た。Ｔｉを拡散したと
ころで屈折率が増大し光導波路となるがＴｉ拡散導波路
の上面よりＭｇＯを追拡散したことによりＴｉ拡散層上
部の屈折率が減少し対称に近い光導波路が形成される。
る。先ず、図４Ａに示すように、ＬＮ強誘電体１の主面
１Ｓ例えばｃ面に例えば真空蒸着法などによりＴｉより
成るストライプ１３を形成させた。これを図４Ｂに示す
ように１０００℃の酸素雰囲気中で８時間拡散させ、Ｔ
ｉ拡散導波路１４を作製した。つぎにこの導波路１４上
に図４Ｃに示すように、例えば真空蒸着法によりＭｇＯ
ストライプ１５を成膜した。最後に酸素雰囲気中１００
０℃で５時間熱処理することにより図４Ｄに示すよう
に、埋め込み型の光導波路２を得た。Ｔｉを拡散したと
ころで屈折率が増大し光導波路となるがＴｉ拡散導波路
の上面よりＭｇＯを追拡散したことによりＴｉ拡散層上
部の屈折率が減少し対称に近い光導波路が形成される。
【００５０】なお、この方法では高温プロセスを経るた
めに周期反転したドメイン構造が劣化する恐れがある
が、その場合には導波路形成後に分極周期反転を行えば
よい。
めに周期反転したドメイン構造が劣化する恐れがある
が、その場合には導波路形成後に分極周期反転を行えば
よい。
【００５１】
【発明の効果】上述したように、本発明光導波路型波長
変換素子では、強誘電体結晶の内部深くまで周期分極反
転させた基板内部に屈折率分布の対称性の優れた導波路
を形成させることにより、極めて変換効率の高いＳＨＧ
素子を構成することができた。
変換素子では、強誘電体結晶の内部深くまで周期分極反
転させた基板内部に屈折率分布の対称性の優れた導波路
を形成させることにより、極めて変換効率の高いＳＨＧ
素子を構成することができた。
【図１】本発明による光導波路型波長変換素子の一例の
略線的断面図である。
略線的断面図である。
【図２】本発明方法の分極反転工程における略線的拡大
斜視図である。
斜視図である。
【図３】本発明方法の光導波路の作製工程を示す図であ
る。
る。
【図４】本発明方法の光導波路作製工程の他の例を示す
図である。
図である。
【図５】Ｔｉ拡散分極反転制御方法の一工程を示す図で
ある。
ある。
【図６】Ｔｉ拡散法による分極反転領域の断面図であ
る。
る。
【図７】導波路内で基本波と第２高調波の電界分布の重
なりを示した図である。
なりを示した図である。
【図８】導波路深さの方向に対称な屈折率分布を示した
図である。
図である。
１ 強誘電体 ２ 光導波路 ３ 分極反転構造部
Claims (2)
- 【請求項１】 強誘電体に深く分極反転された周期的分
極反転構造部を有し、 上記強誘電体の表面から内部に入り込んだ位置に光導波
路が設けられたことを特徴とする光導波路型波長変換素
子。 - 【請求項２】 単分域化された強誘電体に、 光導波路を形成する工程と、 その後、またはその前に深く分極反転された周期的分極
反転構造部を形成する工程とを有し、 該周期的分極反転構造部の形成工程は、上記強誘電体に
少なくとも一方が最終的に得る周期的分極反転構造部の
周期パターンに対応するパターンとされた第１及び第２
電極を設け、該第１及び第２の電極間に、１ｋＶ／ｍｍ
〜１００ｋＶ／ｍｍの電界を、３００℃以下の温度下で
印加して上記電極パターンに対応するパターンの周期的
分極反転構造部を得るようにしたことを特徴とする光導
波路型波長変換素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4091202A JPH05289136A (ja) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | 光導波路型波長変換素子とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4091202A JPH05289136A (ja) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | 光導波路型波長変換素子とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05289136A true JPH05289136A (ja) | 1993-11-05 |
Family
ID=14019851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4091202A Pending JPH05289136A (ja) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | 光導波路型波長変換素子とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05289136A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7693193B2 (en) | 2006-09-28 | 2010-04-06 | Seiko Epson Corporation | Laser light source device, illumination device, monitor device, and projector |
-
1992
- 1992-04-10 JP JP4091202A patent/JPH05289136A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7693193B2 (en) | 2006-09-28 | 2010-04-06 | Seiko Epson Corporation | Laser light source device, illumination device, monitor device, and projector |
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