JPH06138506A - 強誘電体のドメイン反転構造形成方法 - Google Patents
強誘電体のドメイン反転構造形成方法Info
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- JPH06138506A JPH06138506A JP4290003A JP29000392A JPH06138506A JP H06138506 A JPH06138506 A JP H06138506A JP 4290003 A JP4290003 A JP 4290003A JP 29000392 A JP29000392 A JP 29000392A JP H06138506 A JPH06138506 A JP H06138506A
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- 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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- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/355—Non-linear optics characterised by the materials used
- G02F1/3558—Poled materials, e.g. with periodic poling; Fabrication of domain inverted structures, e.g. for quasi-phase-matching [QPM]
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- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 強誘電体に所定周期のドメイン反転構造を深
く、そして制御性良く形成可能とする。 【構成】 キュリー点がＴc であるＬｉＮｂＯ3 基板１
等の強誘電体に、所定パターンにイオン３または原子を
注入して、この注入部のキュリー点をＴc よりも高いＴ
cHまで上昇させる。その後該強誘電体に金属電極６、７
を介して直流電源８により電場を印加することにより、
上記キュリー点ＴcH以上の温度下で単分極化処理し、次
いで温度Ｔp （ただしＴc ≦Ｔp ＜ＴcH）下で該強誘電
体の分極を逆向きに変える処理を行なう。
く、そして制御性良く形成可能とする。 【構成】 キュリー点がＴc であるＬｉＮｂＯ3 基板１
等の強誘電体に、所定パターンにイオン３または原子を
注入して、この注入部のキュリー点をＴc よりも高いＴ
cHまで上昇させる。その後該強誘電体に金属電極６、７
を介して直流電源８により電場を印加することにより、
上記キュリー点ＴcH以上の温度下で単分極化処理し、次
いで温度Ｔp （ただしＴc ≦Ｔp ＜ＴcH）下で該強誘電
体の分極を逆向きに変える処理を行なう。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基本波を第２高調波に
変換する光波長変換素子、特に詳細には周期ドメイン反
転構造を有する光波長変換素子を作成するために、非線
形光学効果を有する強誘電体に所定パターンのドメイン
反転構造を形成する方法に関するものである。
変換する光波長変換素子、特に詳細には周期ドメイン反
転構造を有する光波長変換素子を作成するために、非線
形光学効果を有する強誘電体に所定パターンのドメイン
反転構造を形成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】非線形光学効果を有する強誘電体の自発
分極（ドメイン）を周期的に反転させた領域を設けた光
波長変換素子を用いて、基本波を第２高調波に波長変換
する方法が既にＢleombergenらによって提案されている
（Ｐhys.Ｒev.,vol.127,Ｎo.６，1918（1962）参照）。
この方法においては、ドメイン反転部の周期Λを、 Λｃ＝２π／｛β（２ω）−２β（ω）｝ ……(1) ただしβ（２ω）は第２高調波の伝搬定数 ２β（ω）は基本波の伝搬定数 で与えられるコヒーレント長Λｃの整数倍になるように
設定することで、基本波と第２高調波との位相整合を取
ることができる。非線形光学材料のバルク結晶を用いて
波長変換する場合は、位相整合する波長が結晶固有の特
定波長に限られるが、上記の方法によれば、任意の波長
に対して(1) を満足する周期Λを選択することにより、
効率良く位相整合を取ることが可能となる。
分極（ドメイン）を周期的に反転させた領域を設けた光
波長変換素子を用いて、基本波を第２高調波に波長変換
する方法が既にＢleombergenらによって提案されている
（Ｐhys.Ｒev.,vol.127,Ｎo.６，1918（1962）参照）。
この方法においては、ドメイン反転部の周期Λを、 Λｃ＝２π／｛β（２ω）−２β（ω）｝ ……(1) ただしβ（２ω）は第２高調波の伝搬定数 ２β（ω）は基本波の伝搬定数 で与えられるコヒーレント長Λｃの整数倍になるように
設定することで、基本波と第２高調波との位相整合を取
ることができる。非線形光学材料のバルク結晶を用いて
波長変換する場合は、位相整合する波長が結晶固有の特
定波長に限られるが、上記の方法によれば、任意の波長
に対して(1) を満足する周期Λを選択することにより、
効率良く位相整合を取ることが可能となる。
【０００３】上述のような周期ドメイン反転構造を形成
する方法としては従来より、 １）ＬｉＴａＯ3 の−ｚ面に周期的にプロトン交換を施
し、キュリー点近傍の温度で熱処理する方法（Ｋ．Ｙam
amoto ，Ｋ．Ｍizuuchi ，and Ｔ．Ｔaniuchi ，Ｏptic
s Ｌetters，vol.16, Ｎo.15，1156（1991）参照） ２）室温下で電子線ビームを直接ＬｉＴａＯ3 やＬｉＮ
ｂＯ3 の−ｚ面に照射する方法（Ｈ．Ｉto，Ｃ．Ｔaky
u，and Ｈ．Ｉnaba，Ｅlectronics Ｌetters，vol.27,
Ｎo.14，1221（1991）あるいは特開平4-212132号公報
参照） 等が知られている。
する方法としては従来より、 １）ＬｉＴａＯ3 の−ｚ面に周期的にプロトン交換を施
し、キュリー点近傍の温度で熱処理する方法（Ｋ．Ｙam
amoto ，Ｋ．Ｍizuuchi ，and Ｔ．Ｔaniuchi ，Ｏptic
s Ｌetters，vol.16, Ｎo.15，1156（1991）参照） ２）室温下で電子線ビームを直接ＬｉＴａＯ3 やＬｉＮ
ｂＯ3 の−ｚ面に照射する方法（Ｈ．Ｉto，Ｃ．Ｔaky
u，and Ｈ．Ｉnaba，Ｅlectronics Ｌetters，vol.27,
Ｎo.14，1221（1991）あるいは特開平4-212132号公報
参照） 等が知られている。
【０００４】上記１）の方法を実施する場合、３次の周
期ドメイン反転構造を形成し、その後さらにプロトン交
換によりチャンネル導波路を形成して、導波路型光波長
変換素子を形成することも提案されている。そのような
光波長変換素子においては断面を観察すると半円形状の
周期ドメイン反転構造が形成され、基本波光源としてＴ
ｉ：Ａｌ2 Ｏ3 レーザを用いたとき、９９ｍＷの基本波
入力に対して２．４ｍＷの第２高調波出力が得られてお
り、３次の周期における理論値に近い波長変換効率が達
成されている。
期ドメイン反転構造を形成し、その後さらにプロトン交
換によりチャンネル導波路を形成して、導波路型光波長
変換素子を形成することも提案されている。そのような
光波長変換素子においては断面を観察すると半円形状の
周期ドメイン反転構造が形成され、基本波光源としてＴ
ｉ：Ａｌ2 Ｏ3 レーザを用いたとき、９９ｍＷの基本波
入力に対して２．４ｍＷの第２高調波出力が得られてお
り、３次の周期における理論値に近い波長変換効率が達
成されている。
【０００５】一方２）の方法で作成される光波長変換素
子は、ＬｉＮｂＯ3 の基板厚さ（例えば０．５ｍｍ程
度）に亘って、つまり−ｚ面から＋ｚ面まで貫通する周
期ドメイン反転部が形成されるため、バルク型の光波長
変換素子としての応用が可能である。この方法により３
次の周期ドメイン反転構造を形成した光波長変換素子で
は、Ｔｉ：Ａｌ2 Ｏ3 レーザを波長掃引して、バルクで
の位相整合が確認されている。
子は、ＬｉＮｂＯ3 の基板厚さ（例えば０．５ｍｍ程
度）に亘って、つまり−ｚ面から＋ｚ面まで貫通する周
期ドメイン反転部が形成されるため、バルク型の光波長
変換素子としての応用が可能である。この方法により３
次の周期ドメイン反転構造を形成した光波長変換素子で
は、Ｔｉ：Ａｌ2 Ｏ3 レーザを波長掃引して、バルクで
の位相整合が確認されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記１）の方法
では、熱処理時にプロトン交換領域で発生する空間電荷
電位によってドメインを反転させているため、ドメイン
反転部を十分深く形成することは不可能となっている。
したがってこの１）の方法では、バルク結晶型の光波長
変換素子を作成することは困難である。
では、熱処理時にプロトン交換領域で発生する空間電荷
電位によってドメインを反転させているため、ドメイン
反転部を十分深く形成することは不可能となっている。
したがってこの１）の方法では、バルク結晶型の光波長
変換素子を作成することは困難である。
【０００７】一方２）の電子線ビームを照射する方法で
は、結晶基板の裏まで貫通するような深いドメイン反転
部を形成可能であるが、基板裏面近傍でのドメイン反転
構造の制御性が悪いという問題が認められている。
は、結晶基板の裏まで貫通するような深いドメイン反転
部を形成可能であるが、基板裏面近傍でのドメイン反転
構造の制御性が悪いという問題が認められている。
【０００８】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たものであり、所定周期のドメイン反転構造を深く、そ
して制御性良く形成することができる強誘電体のドメイ
ン反転構造形成方法を提供することを目的とするもので
ある。
たものであり、所定周期のドメイン反転構造を深く、そ
して制御性良く形成することができる強誘電体のドメイ
ン反転構造形成方法を提供することを目的とするもので
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による第１および
第２の強誘電体のドメイン反転構造形成方法は、強誘電
体にイオンまたは原子を注入してこの注入部のキュリー
点を元の値よりも上昇させ、次いでこれら２通りのキュ
リー点の間の温度下で分極を逆向きに変える処理を行な
うことにより、上記注入部以外の部分のみをドメイン反
転させるものである。
第２の強誘電体のドメイン反転構造形成方法は、強誘電
体にイオンまたは原子を注入してこの注入部のキュリー
点を元の値よりも上昇させ、次いでこれら２通りのキュ
リー点の間の温度下で分極を逆向きに変える処理を行な
うことにより、上記注入部以外の部分のみをドメイン反
転させるものである。
【００１０】そのうち第１のドメイン反転構造形成方法
は、イオンまたは原子を注入する処理がなされる前に強
誘電体が単分極化されていることを前提とするものであ
り、請求項１に記載の通り、キュリー点がＴc である単
分極化された非線形光学効果を有する強誘電体に、所定
パターンにイオンまたは原子を注入して、この注入部の
キュリー点をＴc よりも高いＴcHまで上昇させ、次いで
該強誘電体に、温度Ｔp （ただしＴc ≦Ｔp ＜ＴcH）下
で分極を逆向きに変える分極化処理を施すことを特徴と
するものである。
は、イオンまたは原子を注入する処理がなされる前に強
誘電体が単分極化されていることを前提とするものであ
り、請求項１に記載の通り、キュリー点がＴc である単
分極化された非線形光学効果を有する強誘電体に、所定
パターンにイオンまたは原子を注入して、この注入部の
キュリー点をＴc よりも高いＴcHまで上昇させ、次いで
該強誘電体に、温度Ｔp （ただしＴc ≦Ｔp ＜ＴcH）下
で分極を逆向きに変える分極化処理を施すことを特徴と
するものである。
【００１１】また第２の強誘電体のドメイン反転構造形
成方法は、イオンまたは原子を注入する処理がなされた
後に強誘電体を単分極化するものであり、請求項２に記
載の通り、キュリー点がＴc である非線形光学効果を有
する強誘電体に、所定パターンにイオンまたは原子を注
入して、この注入部のキュリー点をＴc よりも高いＴcH
まで上昇させ、その後該強誘電体を、このキュリー点Ｔ
cH以上の温度下で単分極化処理し、次いで該強誘電体
に、温度Ｔp （ただしＴc ≦Ｔp ＜ＴcH）下で分極を逆
向きに変える分極化処理を施すことを特徴とするもので
ある。
成方法は、イオンまたは原子を注入する処理がなされた
後に強誘電体を単分極化するものであり、請求項２に記
載の通り、キュリー点がＴc である非線形光学効果を有
する強誘電体に、所定パターンにイオンまたは原子を注
入して、この注入部のキュリー点をＴc よりも高いＴcH
まで上昇させ、その後該強誘電体を、このキュリー点Ｔ
cH以上の温度下で単分極化処理し、次いで該強誘電体
に、温度Ｔp （ただしＴc ≦Ｔp ＜ＴcH）下で分極を逆
向きに変える分極化処理を施すことを特徴とするもので
ある。
【００１２】一方、本発明による第３および第４の強誘
電体のドメイン反転構造形成方法は、強誘電体にイオン
または原子を注入してこの注入部のキュリー点を元の値
よりも下降させ、次いでこれら２通りのキュリー点の間
の温度下で分極を逆向きに変える処理を行なうことによ
り、上記イオンまたは原子の注入部のみをドメイン反転
させるものである。
電体のドメイン反転構造形成方法は、強誘電体にイオン
または原子を注入してこの注入部のキュリー点を元の値
よりも下降させ、次いでこれら２通りのキュリー点の間
の温度下で分極を逆向きに変える処理を行なうことによ
り、上記イオンまたは原子の注入部のみをドメイン反転
させるものである。
【００１３】そのうち第３のドメイン反転構造形成方法
は、イオンまたは原子を注入する処理がなされる前に強
誘電体が単分極化されていることを前提とするものであ
り、請求項３に記載の通り、キュリー点がＴc である単
分極化された非線形光学効果を有する強誘電体に、所定
パターンにイオンまたは原子を注入して、この注入部の
キュリー点をＴc よりも低いＴcLまで下降させ、次いで
該強誘電体に、温度Ｔp ’（ただしＴcL≦Ｔp ’＜Ｔc
）下で分極を逆向きに変える分極化処理を施すことを
特徴とするものである。
は、イオンまたは原子を注入する処理がなされる前に強
誘電体が単分極化されていることを前提とするものであ
り、請求項３に記載の通り、キュリー点がＴc である単
分極化された非線形光学効果を有する強誘電体に、所定
パターンにイオンまたは原子を注入して、この注入部の
キュリー点をＴc よりも低いＴcLまで下降させ、次いで
該強誘電体に、温度Ｔp ’（ただしＴcL≦Ｔp ’＜Ｔc
）下で分極を逆向きに変える分極化処理を施すことを
特徴とするものである。
【００１４】また第４の強誘電体のドメイン反転構造形
成方法は、イオンまたは原子を注入する処理がなされた
後に強誘電体を単分極化するものであり、請求項４に記
載の通り、キュリー点がＴc である非線形光学効果を有
する強誘電体に、所定パターンにイオンまたは原子を注
入して、この注入部のキュリー点をＴc よりも低いＴcL
まで下降させ、その後該強誘電体を、キュリー点Ｔc 以
上の温度下で単分極化処理し、次いで該強誘電体に、温
度Ｔp ’（ただしＴcL≦Ｔp ’＜Ｔc ）下で分極を逆向
きに変える分極化処理を施すことを特徴とするものであ
る。
成方法は、イオンまたは原子を注入する処理がなされた
後に強誘電体を単分極化するものであり、請求項４に記
載の通り、キュリー点がＴc である非線形光学効果を有
する強誘電体に、所定パターンにイオンまたは原子を注
入して、この注入部のキュリー点をＴc よりも低いＴcL
まで下降させ、その後該強誘電体を、キュリー点Ｔc 以
上の温度下で単分極化処理し、次いで該強誘電体に、温
度Ｔp ’（ただしＴcL≦Ｔp ’＜Ｔc ）下で分極を逆向
きに変える分極化処理を施すことを特徴とするものであ
る。
【００１５】なおこの第４の方法および第２の方法にお
いて、強誘電体として、イオンまたは原子を注入する処
理の前に予め単分極化されたものが用いられても構わな
い。
いて、強誘電体として、イオンまたは原子を注入する処
理の前に予め単分極化されたものが用いられても構わな
い。
【００１６】
【作用および発明の効果】上記の各方法においては、強
誘電体にイオンまたは原子が注入された部分と、注入さ
れない部分とが所定パターンに形成されることになる。
そしてこれら２種の部分は互いにキュリー点が異なるの
で、その２通りのキュリー点の間の温度下で分極を逆向
きに変える処理を行なえば、これら２種の部分の一方の
み（第１および第２の方法にあってはイオンまたは原子
が注入されない部分のみであり、第３および第４の方法
にあってはイオンまたは原子が注入された部分のみ）の
分極が逆向きになり、所定パターンでドメイン反転部が
繰り返す構造を形成可能となる。
誘電体にイオンまたは原子が注入された部分と、注入さ
れない部分とが所定パターンに形成されることになる。
そしてこれら２種の部分は互いにキュリー点が異なるの
で、その２通りのキュリー点の間の温度下で分極を逆向
きに変える処理を行なえば、これら２種の部分の一方の
み（第１および第２の方法にあってはイオンまたは原子
が注入されない部分のみであり、第３および第４の方法
にあってはイオンまたは原子が注入された部分のみ）の
分極が逆向きになり、所定パターンでドメイン反転部が
繰り返す構造を形成可能となる。
【００１７】そして上記イオンまたは原子は、強誘電体
を貫通する程に十分深く注入され得るので、この注入部
とそうでない部分とは、強誘電体の深さ（厚さ）方向の
長い領域に亘って互いに明確に区別して形成されること
になる。そうであれば、このイオンまたは原子の注入
部、あるいはそうでない部分に形成されるドメイン反転
部を、十分深くそして制御性良く形成可能となる。
を貫通する程に十分深く注入され得るので、この注入部
とそうでない部分とは、強誘電体の深さ（厚さ）方向の
長い領域に亘って互いに明確に区別して形成されること
になる。そうであれば、このイオンまたは原子の注入
部、あるいはそうでない部分に形成されるドメイン反転
部を、十分深くそして制御性良く形成可能となる。
【００１８】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例によりドメ
イン反転構造を形成する工程を示している。この図１
中、１は非線形光学効果を有する強誘電体であるＬｉＮ
ｂＯ3 の基板である。この基板１は一例として厚さ0.5
ｍｍに形成され、最も大きい非線形光学材料定数ｄ33が
有効に利用できるように、ｚ面で光学研磨されたｚ板が
使用されている。そして同図（ａ）に示すように、この
基板１の＋ｚ面１ａに、所定ピッチで並ぶ金属マスク２
を公知のフォトリソ法によって設ける。この金属マスク
２は例えばＡｕからなり、厚さ１μｍに形成される。
詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例によりドメ
イン反転構造を形成する工程を示している。この図１
中、１は非線形光学効果を有する強誘電体であるＬｉＮ
ｂＯ3 の基板である。この基板１は一例として厚さ0.5
ｍｍに形成され、最も大きい非線形光学材料定数ｄ33が
有効に利用できるように、ｚ面で光学研磨されたｚ板が
使用されている。そして同図（ａ）に示すように、この
基板１の＋ｚ面１ａに、所定ピッチで並ぶ金属マスク２
を公知のフォトリソ法によって設ける。この金属マスク
２は例えばＡｕからなり、厚さ１μｍに形成される。
【００１９】次にこのＬｉＮｂＯ3 基板１に、金属マス
ク２側からＭｇ 2+イオン３を全面的に照射する。この
ときのイオン加速電圧は例えば１０ＭｅＶ、ドーズ量は
１×１０16とする。この処理により基板１には、金属マ
スク２が設けられていない部分からＭｇ 2+イオン３が
注入される。その後金属マスク２は除去される。以上の
処理により基板１には、同図（ｂ）に示すように、基板
厚さ方向全長に亘って延び、所定周期Λで繰り返すパタ
ーンのイオン注入部４が形成される。なお同図中の５
は、イオン注入がなされていない部分である。ＬｉＮｂ
Ｏ3 のキュリー点Ｔc は本来1080℃であるが、イオン注
入部４においてはキュリー点がそれよりも約50℃上昇す
る。つまりこれらのイオン注入部４のキュリー点ＴcH＝
1130℃である。
ク２側からＭｇ 2+イオン３を全面的に照射する。この
ときのイオン加速電圧は例えば１０ＭｅＶ、ドーズ量は
１×１０16とする。この処理により基板１には、金属マ
スク２が設けられていない部分からＭｇ 2+イオン３が
注入される。その後金属マスク２は除去される。以上の
処理により基板１には、同図（ｂ）に示すように、基板
厚さ方向全長に亘って延び、所定周期Λで繰り返すパタ
ーンのイオン注入部４が形成される。なお同図中の５
は、イオン注入がなされていない部分である。ＬｉＮｂ
Ｏ3 のキュリー点Ｔc は本来1080℃であるが、イオン注
入部４においてはキュリー点がそれよりも約50℃上昇す
る。つまりこれらのイオン注入部４のキュリー点ＴcH＝
1130℃である。
【００２０】次に同図（ｃ）に示すように、基板１の＋
ｚ面１ａおよび−ｚ面１ｂにそれぞれＣｒからなる金属
電極６、７を設け、これらの金属電極６、７を介して直
流電源８により基板１に全面的に電場を加える。この際
の電場は例えば1000Ｖ／ｍｍとし、印加時間は10分間と
する。またこのとき基板１の温度（ポーリング温度）
は、上述のようにして上昇したキュリー点ＴcHよりも高
い1180℃とする。この処理を行なうことにより、基板１
が単分極化される。つまりこの基板１のイオン注入部４
も、またそれ以外の部分５も分極の向きは一定となる。
ｚ面１ａおよび−ｚ面１ｂにそれぞれＣｒからなる金属
電極６、７を設け、これらの金属電極６、７を介して直
流電源８により基板１に全面的に電場を加える。この際
の電場は例えば1000Ｖ／ｍｍとし、印加時間は10分間と
する。またこのとき基板１の温度（ポーリング温度）
は、上述のようにして上昇したキュリー点ＴcHよりも高
い1180℃とする。この処理を行なうことにより、基板１
が単分極化される。つまりこの基板１のイオン注入部４
も、またそれ以外の部分５も分極の向きは一定となる。
【００２１】次に同図（ｄ）に示すように、直流電源８
の極性を上記とは反対にした上で、基板１に全面的に電
場を加える。このとき基板１の温度（ポーリング温度）
Ｔpは、ＬｉＮｂＯ3 の本来のキュリー点Ｔc 以上で、
かつイオン注入により上昇したキュリー点ＴcHよりも低
い1100℃とする。
の極性を上記とは反対にした上で、基板１に全面的に電
場を加える。このとき基板１の温度（ポーリング温度）
Ｔpは、ＬｉＮｂＯ3 の本来のキュリー点Ｔc 以上で、
かつイオン注入により上昇したキュリー点ＴcHよりも低
い1100℃とする。
【００２２】この処理により、イオン注入されていない
部分５つまりキュリー点がＴc の部分では分極の向きが
反転するが、キュリー点がＴcHに上昇しているイオン注
入部４では、分極の反転は生じない。それにより基板１
には、基板裏まで貫通し、所定周期Λで繰り返すパター
ンのドメイン反転構造９が形成される。なお図１の矢印
10は、分極の方向を示している。ここで上記周期Λは、
ＬｉＮｂＯ3 の屈折率の波長分散を考慮して、基板１の
ｘ方向に沿って880 ｎｍ近辺で１次の周期となるように
４μｍとした。
部分５つまりキュリー点がＴc の部分では分極の向きが
反転するが、キュリー点がＴcHに上昇しているイオン注
入部４では、分極の反転は生じない。それにより基板１
には、基板裏まで貫通し、所定周期Λで繰り返すパター
ンのドメイン反転構造９が形成される。なお図１の矢印
10は、分極の方向を示している。ここで上記周期Λは、
ＬｉＮｂＯ3 の屈折率の波長分散を考慮して、基板１の
ｘ方向に沿って880 ｎｍ近辺で１次の周期となるように
４μｍとした。
【００２３】次に、上記実施例で周期ドメイン反転構造
が形成された基板１から光波長変換素子を作成した場合
について説明する。基板１のｘ面および−ｘ面を研磨し
てそれぞれ光通過面20ａ、20ｂとし、そして金属電極
６、７を除去することにより、図２に示すようなバルク
結晶型の光波長変換素子20が得られる。この周期ドメイ
ン反転構造を有するバルク結晶型光波長変換素子20を、
同図に示すレーザダイオード励起ＹＡＧレーザの共振器
内に配置した。
が形成された基板１から光波長変換素子を作成した場合
について説明する。基板１のｘ面および−ｘ面を研磨し
てそれぞれ光通過面20ａ、20ｂとし、そして金属電極
６、７を除去することにより、図２に示すようなバルク
結晶型の光波長変換素子20が得られる。この周期ドメイ
ン反転構造を有するバルク結晶型光波長変換素子20を、
同図に示すレーザダイオード励起ＹＡＧレーザの共振器
内に配置した。
【００２４】このレーザダイオード励起ＹＡＧレーザ
は、波長809 ｎｍのポンピング光としてのレーザビーム
13を発するレーザダイオード14と、発散光状態のレーザ
ビーム13を収束させる集光レンズ15と、Ｎｄ（ネオジウ
ム）がドーピングされたレーザ媒質であって上記レーザ
ビーム13の収束位置に配されたＹＡＧ結晶16と、このＹ
ＡＧ結晶16の前方側（図中右方）に配された共振器ミラ
ー17とからなる。光波長変換素子20は結晶長が１ｍｍと
され、この共振器ミラー17とＹＡＧ結晶16との間に配置
されている。
は、波長809 ｎｍのポンピング光としてのレーザビーム
13を発するレーザダイオード14と、発散光状態のレーザ
ビーム13を収束させる集光レンズ15と、Ｎｄ（ネオジウ
ム）がドーピングされたレーザ媒質であって上記レーザ
ビーム13の収束位置に配されたＹＡＧ結晶16と、このＹ
ＡＧ結晶16の前方側（図中右方）に配された共振器ミラ
ー17とからなる。光波長変換素子20は結晶長が１ｍｍと
され、この共振器ミラー17とＹＡＧ結晶16との間に配置
されている。
【００２５】ＹＡＧ結晶16は波長809 ｎｍのレーザビー
ム13により励起されて、波長946 ｎｍのレーザビーム18
を発する。この固体レーザビーム18は、所定のコーティ
ングが施されたＹＡＧ結晶端面16ａと共振器ミラー17の
ミラー面17ａとの間で共振し、光波長変換素子20に入射
して波長が１／２すなわち473 ｎｍの第２高調波19に変
換される。基本波としての固体レーザビーム18と第２高
調波19は、周期ドメイン反転領域において位相整合（い
わゆる疑似位相整合）し、ほぼこの第２高調波19のみが
共振器ミラー17から出射する。
ム13により励起されて、波長946 ｎｍのレーザビーム18
を発する。この固体レーザビーム18は、所定のコーティ
ングが施されたＹＡＧ結晶端面16ａと共振器ミラー17の
ミラー面17ａとの間で共振し、光波長変換素子20に入射
して波長が１／２すなわち473 ｎｍの第２高調波19に変
換される。基本波としての固体レーザビーム18と第２高
調波19は、周期ドメイン反転領域において位相整合（い
わゆる疑似位相整合）し、ほぼこの第２高調波19のみが
共振器ミラー17から出射する。
【００２６】本例においては、レーザダイオード14の出
力が200 ｍＷのとき、１ｍＷと高出力の第２高調波19が
得られた。このように極めて高い波長変換効率が得られ
たことにより、ドメイン反転構造９が基板１の厚さ方向
全域に亘って制御性良く形成されていることが実証され
た。
力が200 ｍＷのとき、１ｍＷと高出力の第２高調波19が
得られた。このように極めて高い波長変換効率が得られ
たことにより、ドメイン反転構造９が基板１の厚さ方向
全域に亘って制御性良く形成されていることが実証され
た。
【００２７】以上、イオン注入処理により強誘電体のキ
ュリー点を上昇させるようにした実施例について説明し
たが、強誘電体にイオンまたは原子を注入して、この注
入部のキュリー点を本来のＴc よりも低いＴcLまで下降
させてもよい。その場合は、図１の（ｄ）に示した分極
反転処理に相当する処理を、温度Ｔp ’（ただしＴcL≦
Ｔp ’＜Ｔc ）の下で行なえばよく、そうすればイオン
または原子の注入部のみで分極が反転する。
ュリー点を上昇させるようにした実施例について説明し
たが、強誘電体にイオンまたは原子を注入して、この注
入部のキュリー点を本来のＴc よりも低いＴcLまで下降
させてもよい。その場合は、図１の（ｄ）に示した分極
反転処理に相当する処理を、温度Ｔp ’（ただしＴcL≦
Ｔp ’＜Ｔc ）の下で行なえばよく、そうすればイオン
または原子の注入部のみで分極が反転する。
【００２８】また強誘電体として、予め単分極化処理さ
れたものが用いられる場合は、図１の（ｃ）に示した単
分極化処理を省いてもよい。これは、上述のようにキュ
リー点を下降させる場合も同様である。
れたものが用いられる場合は、図１の（ｃ）に示した単
分極化処理を省いてもよい。これは、上述のようにキュ
リー点を下降させる場合も同様である。
【００２９】また上記実施例の方法は、バルク結晶型の
光波長変換素子を作成するために適用されているが、本
発明の方法は、光導波路型の光波長変換素子を作成する
ために適用することも可能である。
光波長変換素子を作成するために適用されているが、本
発明の方法は、光導波路型の光波長変換素子を作成する
ために適用することも可能である。
【００３０】さらに本発明方法は、上記実施例における
ＬｉＮｂＯ3 の他に、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａ
Ｏ3 、ＫＮｂＯ3 、ＫＴＰ、ＬＢＯ、ＢＢＯ等の強誘電
体にドメイン反転構造を形成する際にも、同様に適用可
能である。
ＬｉＮｂＯ3 の他に、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａ
Ｏ3 、ＫＮｂＯ3 、ＫＴＰ、ＬＢＯ、ＢＢＯ等の強誘電
体にドメイン反転構造を形成する際にも、同様に適用可
能である。
【００３１】また、イオンあるいは原子の注入処理は、
上記実施例におけるように金属マスク２を使用して全面
照射で行なう他、ＦＩＢ（フォーカシング・イオン・ビ
ーム）装置等を使用して、ビーム走査で行なうようにし
てもよい。ただし上記実施例のようにすれば、イオンま
たは原子の注入処理を短時間で行なえるので、作業能率
の点ではこの方法がより好ましいと言える。
上記実施例におけるように金属マスク２を使用して全面
照射で行なう他、ＦＩＢ（フォーカシング・イオン・ビ
ーム）装置等を使用して、ビーム走査で行なうようにし
てもよい。ただし上記実施例のようにすれば、イオンま
たは原子の注入処理を短時間で行なえるので、作業能率
の点ではこの方法がより好ましいと言える。
【図１】本発明によるドメイン反転構造の形成方法を説
明する説明図
明する説明図
【図２】本発明によりドメイン反転構造が形成された光
波長変換素子を備えた固体レーザーの側面図
波長変換素子を備えた固体レーザーの側面図
１ ＬｉＮｂＯ3 基板 ２ 金属マスク ３ Ｍｇ 2+イオン ４ イオン注入部 ５ イオン注入されない部分 ６、７ 金属電極 ８ 直流電源 ９ ドメイン反転構造 13 レーザビーム（ポンピング光） 14 レーザダイオード 15 集光レンズ 16 ＹＡＧ結晶 17 共振器ミラー 18 固体レーザビーム（基本波） 19 第２高調波 20 光波長変換素子
Claims (4)
- 【請求項１】 キュリー点がＴc である単分極化された
非線形光学効果を有する強誘電体に、所定パターンにイ
オンまたは原子を注入して、この注入部のキュリー点を
Ｔc よりも高いＴcHまで上昇させ、 次いで該強誘電体に、温度Ｔp （ただしＴc ≦Ｔp ＜Ｔ
cH）下で分極を逆向きに変える分極化処理を施すことを
特徴とする強誘電体のドメイン反転構造形成方法。 - 【請求項２】 キュリー点がＴc である非線形光学効果
を有する強誘電体に、所定パターンにイオンまたは原子
を注入して、この注入部のキュリー点をＴcよりも高い
ＴcHまで上昇させ、 その後該強誘電体を、このキュリー点ＴcH以上の温度下
で単分極化処理し、 次いで該強誘電体に、温度Ｔp （ただしＴc ≦Ｔp ＜Ｔ
cH）下で分極を逆向きに変える分極化処理を施すことを
特徴とする強誘電体のドメイン反転構造形成方法。 - 【請求項３】 キュリー点がＴc である単分極化された
非線形光学効果を有する強誘電体に、所定パターンにイ
オンまたは原子を注入して、この注入部のキュリー点を
Ｔc よりも低いＴcLまで下降させ、 次いで該強誘電体に、温度Ｔp ’（ただしＴcL≦Ｔp ’
＜Ｔc ）下で分極を逆向きに変える分極化処理を施すこ
とを特徴とする強誘電体のドメイン反転構造形成方法。 - 【請求項４】 キュリー点がＴc である非線形光学効果
を有する強誘電体に、所定パターンにイオンまたは原子
を注入して、この注入部のキュリー点をＴcよりも低い
ＴcLまで下降させ、 その後該強誘電体を、キュリー点Ｔc 以上の温度下で単
分極化処理し、 次いで該強誘電体に、温度Ｔp ’（ただしＴcL≦Ｔp ’
＜Ｔc ）下で分極を逆向きに変える分極化処理を施すこ
とを特徴とする強誘電体のドメイン反転構造形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4290003A JPH06138506A (ja) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | 強誘電体のドメイン反転構造形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4290003A JPH06138506A (ja) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | 強誘電体のドメイン反転構造形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06138506A true JPH06138506A (ja) | 1994-05-20 |
Family
ID=17750524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4290003A Withdrawn JPH06138506A (ja) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | 強誘電体のドメイン反転構造形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06138506A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5668578A (en) * | 1993-07-09 | 1997-09-16 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Method for fabricating ferrolelectric domain reversals, and optical wavelength converter element |
| EP2147351A1 (en) * | 2007-03-26 | 2010-01-27 | Ricoh Company, Ltd. | Wavelength conversion device, laser apparatus, image forming apparatus, and display apparatus |
| US10989985B2 (en) | 2019-06-07 | 2021-04-27 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Wavelength converter |
-
1992
- 1992-10-28 JP JP4290003A patent/JPH06138506A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5668578A (en) * | 1993-07-09 | 1997-09-16 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Method for fabricating ferrolelectric domain reversals, and optical wavelength converter element |
| EP2147351A1 (en) * | 2007-03-26 | 2010-01-27 | Ricoh Company, Ltd. | Wavelength conversion device, laser apparatus, image forming apparatus, and display apparatus |
| US8120842B2 (en) | 2007-03-26 | 2012-02-21 | Ricoh Company, Ltd. | Wavelength conversion device, laser apparatus, image forming apparatus, and display apparatus |
| US10989985B2 (en) | 2019-06-07 | 2021-04-27 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Wavelength converter |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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