JPH09292637A - 第２高調波発生素子 - Google Patents
第２高調波発生素子Info
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- JPH09292637A JPH09292637A JP10811696A JP10811696A JPH09292637A JP H09292637 A JPH09292637 A JP H09292637A JP 10811696 A JP10811696 A JP 10811696A JP 10811696 A JP10811696 A JP 10811696A JP H09292637 A JPH09292637 A JP H09292637A
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- waveguide
- polarization inversion
- forming
- period
- substrate
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 １次の位相整合条件による高出力の紫外光を
発生させるため、従来困難であった２μm 以下の周期を
持つ超微細分極反転領域を実現する第２高調波発生素子
を提供すること。 【解決手段】 導波路２が形成された強誘電体の基板１
中に、導波路２の光軸２ａに沿って環状の分極反転領域
３が複数形成されていることを特徴とする。
発生させるため、従来困難であった２μm 以下の周期を
持つ超微細分極反転領域を実現する第２高調波発生素子
を提供すること。 【解決手段】 導波路２が形成された強誘電体の基板１
中に、導波路２の光軸２ａに沿って環状の分極反転領域
３が複数形成されていることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、赤色半導体レーザ
のビームを基本波として、その第２高調波を出力するい
わゆる第２高調波発生素子（ＳＨＧ素子）に関するもの
であり、特に紫外光波長変換素子に関する。このような
第２高調波発生素子はコンパクトな短波長コヒーレント
光を得ることによって、光情報システム，レーザプリン
タ，計測機器，写真や印刷への応用，生物工学や医療へ
の応用が期待できる。
のビームを基本波として、その第２高調波を出力するい
わゆる第２高調波発生素子（ＳＨＧ素子）に関するもの
であり、特に紫外光波長変換素子に関する。このような
第２高調波発生素子はコンパクトな短波長コヒーレント
光を得ることによって、光情報システム，レーザプリン
タ，計測機器，写真や印刷への応用，生物工学や医療へ
の応用が期待できる。
【０００２】
【従来の技術】近年、デジタルビデオディスクなどの高
密度光記録に適用させる小型短波長コヒーレント光源と
して、青色光源に対する要望が高まっており、赤外半導
体レーザの波長変換により青色コヒーレント光を実現す
る第２高調波発生素子が注目されている。
密度光記録に適用させる小型短波長コヒーレント光源と
して、青色光源に対する要望が高まっており、赤外半導
体レーザの波長変換により青色コヒーレント光を実現す
る第２高調波発生素子が注目されている。
【０００３】また、この第２高調波発生素子の基板材料
としては、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）、
タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3 ）、チタン酸リン酸
カリウム（ＫＴｉＯＰＯ4 ）、ニオブ酸カリウム（ＫＮ
ｂＯ3 ）などの無機酸化物があり、いずれも大きな非線
形光学定数を有する点で好適に用いられる。就中、Ｌｉ
ＮｂＯ3 やＬｉＴａＯ3 は比較的大きな非線形光学定数
を有し、しかも、安価に供給されるので、第２高調波発
生素子用材料として大変有望視されている。
としては、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）、
タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3 ）、チタン酸リン酸
カリウム（ＫＴｉＯＰＯ4 ）、ニオブ酸カリウム（ＫＮ
ｂＯ3 ）などの無機酸化物があり、いずれも大きな非線
形光学定数を有する点で好適に用いられる。就中、Ｌｉ
ＮｂＯ3 やＬｉＴａＯ3 は比較的大きな非線形光学定数
を有し、しかも、安価に供給されるので、第２高調波発
生素子用材料として大変有望視されている。
【０００４】かかる第２高調波発生素子は、角周波数ω
の基本波を入射し、これによって角周波数２ωの出力を
取り出すという機能部品であって、基本波と出力波との
双方の波数を疑似的に整合させ、これにより、その出力
を大きくできる、いわゆる周期分極反転領域を利用して
いる。
の基本波を入射し、これによって角周波数２ωの出力を
取り出すという機能部品であって、基本波と出力波との
双方の波数を疑似的に整合させ、これにより、その出力
を大きくできる、いわゆる周期分極反転領域を利用して
いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】第２高調波発生素子を
用いて紫外光を得るためには、約１．５μm 程度の周期
を有する超微細分極反転領域を作製すればよいが、これ
ほど微細な周期構造は実現されておらず、せいぜい２．
７μm 周期が限界であった。すなわち、従来は分極反転
用の微細電極は微細加工の限界で最小幅０．５μm 程度
であるが、印加させる電界の広がりのため、分極反転領
域はこれを大きく越えしまい、実際には電極幅が１．３
μm （周期は２．６μm ）を越えてしまうからである。
用いて紫外光を得るためには、約１．５μm 程度の周期
を有する超微細分極反転領域を作製すればよいが、これ
ほど微細な周期構造は実現されておらず、せいぜい２．
７μm 周期が限界であった。すなわち、従来は分極反転
用の微細電極は微細加工の限界で最小幅０．５μm 程度
であるが、印加させる電界の広がりのため、分極反転領
域はこれを大きく越えしまい、実際には電極幅が１．３
μm （周期は２．６μm ）を越えてしまうからである。
【０００６】また、２次や３次の下記式（１）の位相整
合条件を用いて、長い分極反転周期（約３μm ）を利用
した紫外光発生を試みた場合もあるが（信学技報ＬＱＥ
９５−９４（１９９５−１１），ｐ．７〜１２を参
照）、２次や３次では高出力が得られない。
合条件を用いて、長い分極反転周期（約３μm ）を利用
した紫外光発生を試みた場合もあるが（信学技報ＬＱＥ
９５−９４（１９９５−１１），ｐ．７〜１２を参
照）、２次や３次では高出力が得られない。
【０００７】 Λ ＝ ２ｍλ／４（ｎ(2ω) −ｎ (ω)) ・・・ （１） （ただし、Λ：周期，ｍ：次数（＝１，２，・・・）， λ： ｎ(2ω) ：実効屈折率（角周波数２ωの場合）， ｎ (ω) ：実効屈折率（角周波数ωの場合）。
【０００８】そこで、本発明では１次の位相整合条件に
よる高出力の紫外光を発生させるため、従来困難であっ
た２μm 以下の周期を持つ超微細分極反転領域を実現す
る第２高調波発生素子を提供することを目的とする。
よる高出力の紫外光を発生させるため、従来困難であっ
た２μm 以下の周期を持つ超微細分極反転領域を実現す
る第２高調波発生素子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本発
明の第２高調波発生素子は、導波路が形成された強誘電
体基板中に、前記導波路の光軸に沿って環状の分極反転
領域が複数形成されていることを特徴とする。また、環
状の分極反転領域の幅が３μm 以下（もしくは、環幅が
１μm 以下，周期が２μm 以下）であることを特徴とす
る。
明の第２高調波発生素子は、導波路が形成された強誘電
体基板中に、前記導波路の光軸に沿って環状の分極反転
領域が複数形成されていることを特徴とする。また、環
状の分極反転領域の幅が３μm 以下（もしくは、環幅が
１μm 以下，周期が２μm 以下）であることを特徴とす
る。
【００１０】ここで、このような微細な分極反転領域を
作製するために、基板上に予め形成させた梯子状電極も
しくは立体的な波板電極に対して印加させる抑制電流が
正負を跨いで振動するように制御を与えた電圧・電流で
もって、周期が２μm 以下の分極反転領域を形成させる
ことができる。
作製するために、基板上に予め形成させた梯子状電極も
しくは立体的な波板電極に対して印加させる抑制電流が
正負を跨いで振動するように制御を与えた電圧・電流で
もって、周期が２μm 以下の分極反転領域を形成させる
ことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て図面に基づき詳細に説明する。図１は、導波路２が形
成された強誘電体の基板１中に、導波路２の光軸２ａに
沿って環状の分極反転領域３が複数形成されている第２
高調波発生素子Ｓである。ここで、環状の分極反転領域
の幅Ｗが３μm 以下（もしくは、環幅が１μm 以下，周
期が２μm 以下）となっており、このような、第２高調
波発生素子Ｓは高出力の紫外光を発生させることができ
る。
て図面に基づき詳細に説明する。図１は、導波路２が形
成された強誘電体の基板１中に、導波路２の光軸２ａに
沿って環状の分極反転領域３が複数形成されている第２
高調波発生素子Ｓである。ここで、環状の分極反転領域
の幅Ｗが３μm 以下（もしくは、環幅が１μm 以下，周
期が２μm 以下）となっており、このような、第２高調
波発生素子Ｓは高出力の紫外光を発生させることができ
る。
【００１２】次に、この第２高調波発生素子Ｓの作製方
法について説明する。例えば、ニオブ酸リチウムの基板
の＋Ｚ面に超微細な分極反転領域を作製する場合を例に
とり説明する。ニオブ酸リチウムから成る単一分域化さ
れた約200 μm 程度の基板に対して、フォトリソグラフ
ィによってレジストをパターニングした上で、金属電極
となる例えばアルミニウム（Ａｌ）, チタン（Ｔｉ）,
金（Ａｕ）, 銀（Ａｇ）等を蒸着法によって成膜し、リ
フトオフを行うことによって電極が周期を成す微細構造
となるように形成する。
法について説明する。例えば、ニオブ酸リチウムの基板
の＋Ｚ面に超微細な分極反転領域を作製する場合を例に
とり説明する。ニオブ酸リチウムから成る単一分域化さ
れた約200 μm 程度の基板に対して、フォトリソグラフ
ィによってレジストをパターニングした上で、金属電極
となる例えばアルミニウム（Ａｌ）, チタン（Ｔｉ）,
金（Ａｕ）, 銀（Ａｇ）等を蒸着法によって成膜し、リ
フトオフを行うことによって電極が周期を成す微細構造
となるように形成する。
【００１３】この際の電極パターンは、一見、梯子状に
し、その梯子状電極の幅は50μm 程度でよい。なお、基
板の裏面には一様な共通電極を成膜する。ここで、電極
の膜厚はいずれも3000Å前後でよい。また、梯子状電極
の代わりに、立体型のいわゆる波板電極を作製する場合
は、リフトオフは行わない。
し、その梯子状電極の幅は50μm 程度でよい。なお、基
板の裏面には一様な共通電極を成膜する。ここで、電極
の膜厚はいずれも3000Å前後でよい。また、梯子状電極
の代わりに、立体型のいわゆる波板電極を作製する場合
は、リフトオフは行わない。
【００１４】次に、この電極を表裏に配した基板に、パ
ルス状の電圧を図２に示す波形をなすように印加する。
ここで、パルス幅は数百μｓ，ピーク電圧は２２ｋＶ程
度とする。流れる電流は、平均して数ｍＡ〜数百ｍＡと
し、１つのパルス内で正負に振動するように変調をかけ
るか、もしくは負帰還制御を行う。
ルス状の電圧を図２に示す波形をなすように印加する。
ここで、パルス幅は数百μｓ，ピーク電圧は２２ｋＶ程
度とする。流れる電流は、平均して数ｍＡ〜数百ｍＡと
し、１つのパルス内で正負に振動するように変調をかけ
るか、もしくは負帰還制御を行う。
【００１５】次に、上記電極をエッチングして剥離さ
せ、さらに導波路状のパターンができるようにパターニ
ングを行い、タンタル（Ｔａ），白金（Ｐｔ），金（Ａ
ｕ），シリカ（ＳｉＯ2 ）膜等後記する高温のプロトン
交換液に耐える金属を成膜し、リフトオフを行った上、
例えば、特にＴａ膜を成膜した場合は２３０℃のピロリ
ン酸に１５分間浸けることで、プロトン交換導波路が形
成される。なお、導波路形成には、プロトン交換液とし
てリン酸，安息香酸等も使用できる。そして、しかる後
に、Ｔａ膜を成膜した場合には２０％のＮａＯＨ水溶液
で除去し、所望のサイズに基板をカットし、端面を研磨
することで第２高調波発生素子が作製される。
せ、さらに導波路状のパターンができるようにパターニ
ングを行い、タンタル（Ｔａ），白金（Ｐｔ），金（Ａ
ｕ），シリカ（ＳｉＯ2 ）膜等後記する高温のプロトン
交換液に耐える金属を成膜し、リフトオフを行った上、
例えば、特にＴａ膜を成膜した場合は２３０℃のピロリ
ン酸に１５分間浸けることで、プロトン交換導波路が形
成される。なお、導波路形成には、プロトン交換液とし
てリン酸，安息香酸等も使用できる。そして、しかる後
に、Ｔａ膜を成膜した場合には２０％のＮａＯＨ水溶液
で除去し、所望のサイズに基板をカットし、端面を研磨
することで第２高調波発生素子が作製される。
【００１６】ここで、入力光として７２０nmの赤色半導
体レーザを用意すれば、３６０nmの紫外光が得られる
が、この時、ニオブ酸リチウムの基板に作製する超微細
分極反転領域の周期は、図３における周期Λ＝１．５μ
m が必要とされる。ここで、λ１とλ２とはほぼ等し
く、分極反転領域の幅（Λ＋λ１）は３μm 以下とする
ことができる。したがって、作製時の金属電極４の周期
は３μm でよい。このような方法で分極反転領域を作製
する場合、電極のエッジ直下で電界が集中する効果と、
反転作製時に流れる反転電流が正負に振れることによる
効果が相乗されて、電極下でありながら反転しない領域
が現れることが判明した。これを利用することにより、
電極周期の半分の周期を有する超微細分極反転領域が実
現できるので、１次の位相整合条件を満足する紫外光を
発生させる第２高調波発生素子が可能となる。そして、
分極反転領域の形状の特徴として環状となるのである。
体レーザを用意すれば、３６０nmの紫外光が得られる
が、この時、ニオブ酸リチウムの基板に作製する超微細
分極反転領域の周期は、図３における周期Λ＝１．５μ
m が必要とされる。ここで、λ１とλ２とはほぼ等し
く、分極反転領域の幅（Λ＋λ１）は３μm 以下とする
ことができる。したがって、作製時の金属電極４の周期
は３μm でよい。このような方法で分極反転領域を作製
する場合、電極のエッジ直下で電界が集中する効果と、
反転作製時に流れる反転電流が正負に振れることによる
効果が相乗されて、電極下でありながら反転しない領域
が現れることが判明した。これを利用することにより、
電極周期の半分の周期を有する超微細分極反転領域が実
現できるので、１次の位相整合条件を満足する紫外光を
発生させる第２高調波発生素子が可能となる。そして、
分極反転領域の形状の特徴として環状となるのである。
【００１７】なお、上記の場合、導波路型プロトン交換
層を持つ例を示したが、バルクとして導波路方向に細長
くして、これに分極反転を直交させても、第２高調波発
生素子となり得るに足りる深い（１．５μm 以上）分極
反転ができる。
層を持つ例を示したが、バルクとして導波路方向に細長
くして、これに分極反転を直交させても、第２高調波発
生素子となり得るに足りる深い（１．５μm 以上）分極
反転ができる。
【００１８】また、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々
の変更や改良等は何ら差し支えない。例えば、上記実施
形態では、強誘電体材料の基板としてニオブ酸リチウム
を使用したが、その他にタンタル酸リチウム、ＬｉＮｂ
x Ｔａ1-x (0＜x ＜1)、チタン酸リン酸カリウム、ニオ
ブ酸カリウム等の基板を使用しても同様な作用効果が得
られる。
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々
の変更や改良等は何ら差し支えない。例えば、上記実施
形態では、強誘電体材料の基板としてニオブ酸リチウム
を使用したが、その他にタンタル酸リチウム、ＬｉＮｂ
x Ｔａ1-x (0＜x ＜1)、チタン酸リン酸カリウム、ニオ
ブ酸カリウム等の基板を使用しても同様な作用効果が得
られる。
【００１９】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の第２高調
波発生素子によれば、従来では実現が困難であった周期
が２μm 以下の非常に微細な分極反転領域を有するもの
が容易に作製することが可能となる。
波発生素子によれば、従来では実現が困難であった周期
が２μm 以下の非常に微細な分極反転領域を有するもの
が容易に作製することが可能となる。
【００２０】これにより、高出力の紫外光を発光する第
２高調波発生素子が実現される。また、第２高調波発生
素子の作製に用いる微細電極は作製する反転周期の２倍
でよいので、ステッパー等の高価な装置を使用すること
なく、安価な直接露光プロセスで充分に対応が可能とな
る。
２高調波発生素子が実現される。また、第２高調波発生
素子の作製に用いる微細電極は作製する反転周期の２倍
でよいので、ステッパー等の高価な装置を使用すること
なく、安価な直接露光プロセスで充分に対応が可能とな
る。
【図１】本発明の実施形態の第２高調波発生素子の斜視
図である。
図である。
【図２】（ａ）は分極反転領域を作製するための電圧波
形を示す図、（ｂ）は電流波形を示す図である。
形を示す図、（ｂ）は電流波形を示す図である。
【図３】分極反転領域と微細電極の相関を説明する平面
図である。
図である。
１ ・・・ 基板 ２ ・・・ 導波路 ２ａ・・・ 光軸 ３ ・・・ 分極反転領域 Ｓ ・・・ 第２高調波発生素子
Claims (2)
- 【請求項１】 導波路が形成された強誘電体基板中に、
前記導波路の光軸に沿って環状の分極反転領域が複数形
成されていることを特徴とする第２高調波発生素子。 - 【請求項２】 請求項１に記載の第２高調波発生素子で
あって、前記環状の分極反転領域の幅が３μm 以下であ
ることを特徴とする第２高調波発生素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10811696A JPH09292637A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 第２高調波発生素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10811696A JPH09292637A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 第２高調波発生素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09292637A true JPH09292637A (ja) | 1997-11-11 |
Family
ID=14476323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10811696A Pending JPH09292637A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 第２高調波発生素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09292637A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100518951B1 (ko) * | 2003-07-12 | 2005-10-06 | 한국전자통신연구원 | 광도파로 주기 분극 구조에서 의사 위상 정합 효율을결정하는 방법, 광도파로의 주기 분극 구조 및 이를이용한 광도파로 |
| KR100823901B1 (ko) * | 2003-08-26 | 2008-04-21 | 오끼 덴끼 고오교 가부시끼가이샤 | 파장 변환 소자 및 이를 사용하는 방법 |
| WO2014045658A1 (ja) * | 2012-09-20 | 2014-03-27 | 富士電機株式会社 | 波長変換素子、光源装置、及び波長変換素子の製造方法 |
-
1996
- 1996-04-26 JP JP10811696A patent/JPH09292637A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100518951B1 (ko) * | 2003-07-12 | 2005-10-06 | 한국전자통신연구원 | 광도파로 주기 분극 구조에서 의사 위상 정합 효율을결정하는 방법, 광도파로의 주기 분극 구조 및 이를이용한 광도파로 |
| KR100823901B1 (ko) * | 2003-08-26 | 2008-04-21 | 오끼 덴끼 고오교 가부시끼가이샤 | 파장 변환 소자 및 이를 사용하는 방법 |
| WO2014045658A1 (ja) * | 2012-09-20 | 2014-03-27 | 富士電機株式会社 | 波長変換素子、光源装置、及び波長変換素子の製造方法 |
| JP2014062960A (ja) * | 2012-09-20 | 2014-04-10 | Fuji Electric Co Ltd | 波長変換素子、光源装置、及び波長変換素子の製造方法 |
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