CN100405204C - 极化反转部的制造方法 - Google Patents

极化反转部的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及极化反转部的制造方法。在单畴化的铁电体单晶基板(2)的一个主面(2a)上设置梳形电极(3)，在另一个主面(2b)侧设置均匀电极(4)，通过施加电压来制造极化反转部。使具有基板主体(5)、在基板主体的一个主面(5a)上设置的第一导电膜(6)、以及在另一个主面(5b)上设置的第二导电膜(7)的底部基板与基板(2)层叠起来。此时，使均匀电极(4)和第1导电膜(6)电导通，通过在梳形电极(3)和第二导电膜(7)之间施加电压，而在基板(2)上形成极化反转部。

Description

极化反转部的制造方法
技术领域
本发明涉及极化反转部的制造方法以及光学器件。
背景技术
通过周期地形成强制地使铁电体的极化反转的极化反转结构，能够实现利用表面弹性波的光频调制器、利用非线性极化的极化反转的光波长转换元件等。特别是，可以使非线性光学材料的非线性极化周期地反转的话，能够制作高效的波长转换元件，用它变换固体激光器等的光的话，能够构成可应用于印刷、光信息处理、光应用计测控制等领域的小型轻量的短波长光源。
作为在铁电体非线性光学材料上形成周期状极化反转结构的方法，已知的有所谓的电压施加法。在该方法中，在铁电体单晶的基板的一个主面形成梳形电极，在另一个主面形成均匀电极，在两者之间施加脉冲电压。这种方法在特开平8-220578号公报里有记载。
已知通过在铌酸锂单晶中添加MgO或ZnO，减少二次谐波的光输出功率变动。为了得到高输出功率的二次谐波，需要输入高输出功率的励起光。但是，这种场合，已经知道，与无掺杂的铌酸锂相比，添加了MgO或ZnO的铌酸锂的单晶的二次谐波的输出功率变动少。
为了从铌酸锂单晶等非线性光学材料产生二次谐波，需要在单晶上形成周期状的极化反转。对于无掺杂的铌酸锂，在基板的上面周期状地排列梳形的电极，在下面侧形成均匀电极，供给电压以超过击穿电场的话，能够得到极化反转结构。然而，在添加了MgO的铌酸锂的场合，即使以与上述同样的方法施加电压，在梳形电极的局部得到周期状极化反转结构，但在其他区域不形成此结构，难以在梳形电极的全体形成良好的周期状极化反转部。
发明内容
本发明的课题是在单畴化铁电梯单晶基板上利用所谓的电压施加法制造极化反转部时，在梳形电极的整体上形成良好的周期状极化反转部。
本发明是一种在单极化铁电体单晶基板的一个主面上设置梳形电极、在基板的另一个主面侧设置均匀电极、通过施加电压来制造极化反转部的方法，使具有基板主体、在基板主体的一个主面上设置的第一导电膜、以及在基板主体的另一个主面上设置的第二导电膜的底部基板与铁电体单晶基板层叠起来，此时，使均匀电极和第1导电膜电导通，通过在梳形电极和第二导电膜之间施加电压，而在铁电体单晶基板上形成极化反转部。
此外，本发明涉及光学器件，具备利用该方法制造的极化反转部。
本发明者发现在例如掺MgO的铌酸锂单晶中，难以在梳形电极的整体形成良好的周期状极化反转部的原因，得到以下认知。即，掺MgO的铌酸锂的击穿电场低，即使以低电压也易于形成极化反转结构。结果，在基板上的梳形电极的局部形成极化反转区域的话，该极化反转部分的电阻变低，电流易于流动。因此，在形成有梳形电极图形的其他区域，有助于极化反转的电流几乎不流动，不形成极化反转部。添加了ZnO的铌酸锂也和添加了MgO的铌酸锂一样，由于击穿电场低，预想到同样的结果。
对此，为了在形成有梳形电极图形的全区域同样地形成极化反转结构，讨论了例如层叠如图1所示的别体的底部基板13。即，在例如掺MgO的铌酸锂单晶做成的基板2的一个主面1a上形成梳形电极3，在基板2的另一个主面2b上形成均匀电极4。在该基板2之下，层叠别体的底部基板13。在底部基板13的主体5的一个主面5a上形成第一导电膜6，在主体5的另一个主面5b上形成第二导电膜7。在本例中，通过使第一导电膜6和均匀电极4接触，而使两者电连接，但通过在第一导电膜6和均匀电极4之间存在别的导电物(较好是导电膜)，能够使两者电连接。
并且，如图2、图3所示，在容器9内收放绝缘油8，使层积体1浸渍在绝缘油8内。此时，电线11与梳形电极3连接，电线10与第二导电膜7连接。电线10以及11与高压电源12连接。在该状态，施加所定电压、脉冲宽度的脉冲状电压的话，就在梳形电极3和均匀电极4之间形成周期状极化反转部。
在此，还层叠底部基板13，通过底部基板13上的导电膜6、7施加电压，发现在梳形电极3的整体同样地生成周期状极化反转部，得到了本发明。
附图说明
图1是表示基板2和5的层积体1的正视图。
图2是表示用于利用电压施加法在层积体1上形成极化反转部的装置的示意图。
图3是图2的装置的俯视图。
图4是基板2的表面(+z面)2a的光学显微镜照片。
图5是表示基板2之中形成有极化反转部的部分的截面(y面)的光学显微镜照片。
具体实施方式
构成铁电体单晶基板2的铁电体单晶的种类并不限定。但是，优选的是铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂-钽酸锂固溶体、K3Li2Nb5O15的单晶。
为了进一步提高三维光导波路的耐光损伤性，能够使铁电体单晶中含有镁(Mg)、锌(Zn)、钪(Sc)、以及铟(In)组成的群中选取的一种以上的金属元素，优选的是镁。从能够明确极化反转特性(条件)的观点来说，在铌酸锂单晶、铌酸锂-钽酸锂固溶体单晶、钽酸锂单晶中添加了镁的单晶是优选的。此外，在铁电体单晶中，作为掺杂成分，能够使之含有稀土类元素。该稀土类元素起到激光起振用的添加元素的作用。作为该稀土类元素，优选的是Nd、Er、Tm、Ho、Dy、Pr。
但是，在添加了这些提高对光损伤性的元素或稀土类元素的场合，如前所述，铁电体单晶的导电性变好，难以均匀地形成周期性极化反转部。本发明特别适合于这种场合。
在电压施加法中使用的梳形电极、均匀电极的材质并不限定，但优选Al、Au、Ag、Cr、Cu、Ni、Ni-Cr、Pd、Ta。
此外，第一导电膜、第二导电膜的材质并不限定，但优选Al、Au、Ag、Cr、Cu、Ni、Ni-Cr、Pd、Ta。
底部基板的基板主体5的材质绝缘性高，材质内的体电阻率均一，需要具有所定的结构强度。作为该材质，能够以蓝宝石、水晶、玻璃为例。
基板主体5的材质优选的是铁电性单晶，特别好是铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂-钽酸锂固溶体、K3Li2Nb5O15的单晶。此外，掺入了MgO或ZnO的铌酸锂、钽酸锂的斜切X板、斜切Y板等较好。斜切角度并不特别限定，但接近X切割板、Y切割板的状态比接近Z切割板的状态更好，合适的是1°以上、20°以下。
作为基板2，特别适合使用所谓的Z切割基板、斜切X板、斜切Y板。在使用斜切X板、斜切Y板的场合，斜切角度并不特别限定。特别好的是斜切角度在1°以上，或者20°以下。
作为绝缘油，能够以通常使用的绝缘油、例如硅油、氟素系非活性液体为例。此外，施加电压的大小较好是3kV～8kV，脉冲频率较好是1Hz～1000Hz。
利用本发明形成的周期状极化反转部能够应用于具有这种极化反转部的任意光学器件。这种光学器件包括例如二次谐波发生元件等高次谐波发生元件。在用作二次谐波发生元件的场合，谐波的波长较好是330-1600nm。
实施例
(实施例1)
制作图1所示的层积体1，使用图2、图3所示的装置用电压施加法形成周期状极化反转结构。
具体地说，准备掺MgO的铌酸锂单晶做成的、厚0.5mm的z切割基板2和y方向斜切5度的0.5mm厚的基板5，分别在z切割基板2的+z面2a上形成梳形电极3的图案，在-z面2b上制作均匀电极4的薄膜。对于y方向斜切5度的基板5同时在上下面形成均匀电极6、7。使极化反转部的周期为1.8μm。各电极的材质使用Ta。电极厚度全部为1000埃。此外，在z切割基板2的梳形电极3的表面制作2000埃的SiO2薄膜。如图1所示，在上侧层叠z切割基板2、在下侧层叠5度斜切基板5，得到层积体1。把层积体1如图2所示浸渍在绝缘油8内，以大约1秒的脉冲间隔反复施加700次6kV、脉冲宽度10Hz的脉冲状电压。
为了确认是否形成了极化反转，用氟硝酸混合液(氟酸∶硝酸＝1∶2)进行湿刻蚀。图4表示晶片表面的+z面的观察照片，图5表示形成有极化反转部分的截面(y面)照片。可以确认均匀地得到了与周期1.8μm对应的周期状极化反转结构，可知本制作方法是有用的。

Claims (5)

1.一种极化反转部的制造方法，是在单畴化的铁电体单晶基板的一个主面上设置梳形电极、在上述铁电体单晶基板的另一个主面侧设置均匀电极，通过施加电压来制造极化反转部的方法，其特征在于：
使具有主体、在该主体的一个主面上设置的第一导电膜以及在上述主体的另一个主面上设置的第二导电膜的底部基板与上述铁电体单晶基板层叠起来，此时，使上述均匀电极和上述第一导电膜电导通，通过在上述梳形电极和上述第二导电膜之间施加电压，而在上述铁电体单晶基板上形成上述极化反转部。
2.根据权利要求1所述的极化反转部的制造方法，其特征在于：上述铁电体单晶基板是由从铌酸锂单晶、钽酸锂单晶、铌酸锂-钽酸锂固溶体单晶组成的系之中选取的单晶做成。
3.根据权利要求1或2所述的极化反转部的制造方法，其特征在于：上述单晶中含有氧化镁和氧化锌中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的极化反转部的制造方法，其特征在于：上述铁电体单晶基板是z切割基板。
5.根据权利要求1或2任何一项所述的极化反转部的制造方法，其特征在于：上述铁电体单晶基板是z切割基板。
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