CN100439953C - 光波导路装置和使用它的相干光源及光学装置 - Google Patents

Abstract

对制造光波导路装置时的光学基片的厚度进行高精度控制。首先在基片2的表面，通过在形成挡块部6的区域(基片2的宽度方向的左右两侧)以外涂布抗蚀剂，进行掩蔽。接下来在基片2的表面，通过对Cr进行溅射蒸镀，形成挡块部6，然后除去抗蚀剂。利用紫外线固化剂3，在基片2表面的左右一对挡块部6之间，贴附Mg掺杂LiNbO₃光学基片1。这样一来，把作为非线形光学材料的光学基片1贴合到基片2上后，进行光学基片1的研磨。

Description

光波导路装置和使用它的相干光源及光学装置

技术领域

本发明涉及光波导路装置的制造方法、光波导路装置及采用了该光波导路装置的相干光源及光学装置。

背景技术

在光信息记录再生装置中，通过利用较短波长的光源，可达到高密度化。比如，虽然在从过去普及而来的小型盘(CD)装置中，采用波长为780nm的近红外光，但在实现了更高密度的信息再生的数字多用盘(DVD)装置中，采用波长为650nm的红色半导体激光。此外，为实现更高密度的下世代光盘装置，更短波长的蓝色激光光源的开发正在盛行。比如，为实现小型而且稳定的蓝色激光光源，采用了非线性光学物质的波长转换元件已被开发，作为采用了非线形光学结晶的装置，有准相位匹配方式的光波导路型波长转换装置。

作为实现光波导路型波长转换装置的一种方式，有图12所示的脊型光波导路装置。该光波导路装置48由在X片Mg掺杂LiNbO₃基片49上设置的脊部52和周期状极化反转区51构成。由于脊部52的折射率高于其周围的折射率，因而脊部52的附近作为光波导路50起作用，光在该光波导路50中进行波导。在光波导路50中进行了波导的激光被进行转换为具有1/2波长的光的波长转换。由于形成了脊部52的光波导路装置48可在波导层利用结晶自体，因而不会引起目前的在利用了离子交换等的光波导路上产生的非线形性劣化等问题，可实现高效的波长转换。这样，通过利用脊型光波导路装置48，可从波长为820nm的输入红外光得到波长为410nm的紫色光输出。

以下，参照图13，对脊型光波导路装置的制造方法作以简单说明。首先，如图13A所示，利用紫外线固化树脂3，在厚度为1mm左右的基片2的表面上贴合光学基片1。接下来，如图13B所示，对光学基片1的表面进行研磨。在该场合下，被贴合到基片2上的光学基片1按厚度达到3.5μm的原则被研磨。最后，如图13C所示，通过激光加工，在被研磨后的光学基片1的表面形成沟槽4。由此得到脊型光波导路5，完成脊型光波导路装置。

不过，为形成脊型光波导路，在研磨工序中有必要对光学基片的厚度进行高精度控制。这是因为光学基片的厚度如果得不到高精度控制，光在脊型光波导路中便不能进行波导。然而在实际的研磨工序中，有时光学基片1的厚度得不到高精度控制，厚度偏差达±1μm以上，合格率大为恶化。此外为进行高精度研磨，需要边测定光学基片1的厚度边进行研磨，因而脊型光波导路的形成需要长时间。另外，还有必要进行研磨时间的管理。

此外在制作出的光波导路装置中有以下问题。

如果采用利用了光波导路的光波长转换元件，虽然可进行高效的波长转换，但为提高转换效率，实现高输出特性，有必要在光波导路内传播高功率密度的波导光。比如为获得数10mW的第二高次谐波光(SHG光)，作为基波需要一倍以上的功率。目前，在光盘装置等中所要求的光源为数10mW的短波长光源，还要求进一步高输出化。此外，光波导路装置本身也需要大功率的波导光。比如，在通信及传感中被利用的光波导路型开关及调制器中，通过提高波导光的功率，利用用途也大大扩展。

不过，在光波导路中传播的波导光功率增大的场合下，由于波导光的吸收，光波导路的温度将上升。虽然对于数mW的波导光不是大问题，但在数10mW波导光的场合下，仅吸收一项对于高功率密度光波导路便成为温度大幅上升的原因。因此，基于该波导光吸收的温度上升的问题因短波长化而更为深刻。本发明者在开发高输出的光波长转换元件的过程中，发现了光波导路的温度上升是使光波长转换元件的输出劣化的原因。此外本发明者发现了在目前的光波导路装置中，在波导光的功率增大的场合下，由于波导光的吸收使波导层温度上升，产生特性劣化及对装置寿命的影响的问题。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中的上述问题，其目的是提供一种在可对制造光波导路装置时的光学基片厚度进行高精度控制的同时，可缩短制造时间的光波导路装置的制造方法。此外本发明的目的是提供在可防止由基于波导光的吸收的温度上升而引起的特性劣化的同时，即使在存在波导光的吸收的场合下，也可抑制温度上升，使温度分布均一化，实现特性稳定化的光波导路装置，尤其是需要高强度波导光的脊型光波导路装置和采用了该光波导路装置的相干光源及光学装置。

为达到上述目的，本发明涉及的光波导路装置的第1制造方法是一种包括把光学基片研磨至所需厚度的工序的光波导路装置的制造方法，其特征在于：利用制约上述光学基片厚度的挡块部进行上述光学基片的研磨。

根据该光波导路装置的第1制造方法，由于光学基片的厚度由挡块部控制，因而可减小光学基片的厚度偏差。其结果，光波导路装置的制造合格率大幅提高。此外由于不必边测定光学基片的厚度边进行研磨，因而可易于研磨时间的调整，大幅缩短制造时间。

此外在上述本发明光波导路装置的第1制造方法中，上述挡块部的硬度最好大于上述光学基片的硬度。根据该最佳例，在光学基片研磨时，由于在到达挡块部处研磨率大大降低，因而光学基片的厚度可用挡块部的厚度被高精度控制。

此外在上述本发明光波导路装置的第1制造方法中，上述挡块部最好通过蒸镀法或电镀形成。

此外在上述本发明光波导路装置的第1制造方法中，上述挡块部最好被埋设在上述光学基片中。而且在该场合下，上述挡块部最好被埋设在形成于上述光学基片的沟槽中。在该场合下，上述沟槽最好通过离子铣法或蚀刻法形成。

此外在上述本发明光波导路装置的第1制造方法中，上述挡块部的厚度最好为0.1μm以上10μm以下。

此外在上述本发明光波导路装置的第1制造方法中，上述挡块部的材料最好是从由Ta、Cr、W、Ti、Si及SiO₂组成的组选出的一种。

此外在上述本发明光波导路装置的第1制造方法中，上述挡块部最好被形成条状，并且按照对光波导路平行的原则被配置。

此外在上述本发明光波导路装置的第1制造方法中，上述挡块部最好按照与光波导路的间隔达到20μm以上100μm以下的原则被配置。

此外本发明涉及的光波导路装置的第2制造方法是一种包括把光学基片研磨至所需厚度的工序的光波导路装置的制造方法，其特征在于：在上述光学基片内形成反射面，利用上述反射面以光学形式测定上述光学基片的厚度，同时进行上述光学基片的研磨。

根据该光波导路装置的第2制造方法，通过在来自反射面的反射光消失的时刻，结束光学基片的研磨，光学基片的厚度可得到高精度控制，可减小光学基片的厚度偏差。其结果，光波导路装置的制造合格率大幅提高。而且由于不必边测定光学基片的厚度边进行研磨，因而可易于研磨时间的调整，大幅缩短制造时间。

此外在上述本发明光波导路装置的第2制造方法中，上述反射面最好在上述光学基片内被形成多个。

此外本发明涉及的光波导路装置的第3制造方法是一种包括把光学基片研磨至所需厚度的工序的光波导路装置的制造方法，其特征在于：在上述光学基片上形成凹部，同时准备形成了与上述凹部啮合的凸部的基片，在上述光学基片的形成了上述凹部的面与上述基片的形成了上述凸部的面的至少一方的面上使金属膜成膜，在使上述光学基片与上述基片按照上述凹部与上述凸部啮合的原则贴合后，进行上述光学基片的研磨。

根据该光波导路装置的第3制造方法，由于光学基片的厚度通过金属膜被控制，因而可减小光学基片的厚度偏差。其结果，光波导路装置的制造合格率大幅提高。而且由于没有必要边测定光学基片的厚度边进行研磨，因而可易于研磨时间的调整，大幅缩短制造时间。

此外在上述本发明光波导路装置的第3制造方法中，上述金属膜的硬度最好大于上述光学基片的硬度。根据该最佳例，在光学基片研磨时，由于在接近金属膜处研磨率大大降低，因而光学基片的厚度通过金属膜被高精度控制。

此外在上述本发明光波导路装置的第3制造方法中，上述光学基片与上述基片最好利用金属粘接法被贴合。

此外在上述本发明光波导路装置的第3制造方法中，上述凸部的厚度最好为0.1μm以上10μm以下。

此外在上述本发明光波导路装置的第3制造方法中，上述金属膜的材料最好是从由Ta、Cr、W、Ti及Si组成的组选出的一种。

此外在上述本发明光波导路装置的第3制造方法中，上述凸部最好被形成条状，并且按照对光波导路平行的原则被配置。

此外在上述本发明光波导路装置的第3制造方法中，上述凸部最好按照与光波导路的间隔达到20μm以上100μm以下的原则被配置。

此外本发明涉及的光波导路装置的构成是一种具备了波导层、在上述波导层一方的面上形成的缓冲层、在上述缓冲层的表面通过接合层被接合的基片的光波导路装置，其特征在于：上述接合层由金属组成。

根据这种光波导路装置的构成，通过采用金属作为使波导层与基片接合的接合层，可大幅降低在波导层的传播方向上发生的温度分布，可以大幅提高把比如光波导路装置作为SHG元件使用场合下的高输出特性。而且通过采用金属作为这种接合层，接合层的厚度偏差将变小。其结果，可降低波导层的厚度偏差，可实现比如把光波导路装置作为光波长转换元件使用场合下的转换效率的提高及合格率的提高。

此外在上述本发明光波导路装置的构成中，最好是在上述波导层的表面或背面的至少之一具有条状凸部，包含上述凸部的波导层满足对入射光单模传播的条件。而且，在该场合下，最好是上述接合层具有其规定部分被除去而形成的窗部，上述窗部被设在紧接上述条状凸部的下方以外的部分。

此外在上述本发明光波导路装置的构成中，最好是上述缓冲层由针对在上述波导层传播的波导光的吸收系数为10^-4以下的电介体材料组成，上述缓冲层的折射率及厚度被设定到在上述波导层传播的波导光的电场分布在上述接合层内不存在的值。

此外在上述本发明光波导路装置的构成中，最好是上述接合层具有层积了种类各异的金属的多层构造，在构成上述接合层的上述金属中包含有低融点金属。

此外在上述本发明光波导路装置的构成中，上述基片与上述波导层的热膨胀系数最好在接合面内几乎相等。

此外在上述本发明光波导路装置的构成中，上述波导层最好是具有周期状的极化反转构造。而且在该场合下，最好是上述光波导路装置是把基波波长转换为第二高次谐波的波长转换装置，上述缓冲层由对上述基波及上述第二高次谐波透明的材料组成。

此外在上述本发明光波导路装置的构成中，上述波导层的入射端面附近的上述接合层最好被除去。

此外在上述本发明光波导路装置的构成中，最好是上述波导层在由截切基片的Mg掺杂LiNbO₃组成的同时，具有周期状极化反转构造，并且把在上述波导层传播的基波波长转换成第二高次谐波，上述缓冲层在针对上述基波及上述第二高次谐波的吸收系数处于10-4以下的同时，其厚度达到上述基波及上述第二高次谐波的电场分布在上述接合层内不存在的程度。

此外本发明涉及的相干光源的构成，其特征在于：具备底部固定件、被固定在上述底部固定件上的半导体激光器及上述本发明光波导路装置，来自上述半导体激光器的光入射到上述光波导路装置的波导层。

根据该相干光源的构成，由于采用在作为SHG元件使用的场合下可提高高输出特性，在作为光波长转换元件使用的场合下可提高转换效率的上述本发明光波导路装置，因而可实现短波长的高输出相干光源。

此外在上述本发明相干光源的构成中，上述光波导路装置最好利用紫外线固化树脂被固定在上述底部固定件上。

此外在上述本发明相干光源的构成中，在上述光波导路装置的表面最好具有保护膜。

此外在上述本发明相干光源的构成中，上述光波导路装置最好被热传导率为30W·m^-1·K^-1以上的物质覆盖。

此外本发明涉及的光学装置的构成，其特征在于：具备上述本发明相干光源、把来自上述相干光源的出射光在被观测物体上集光的集光光学系统。

根据该光学装置的构成，由于利用上述本发明的短波长高输出相干光源，因而可进行在低输出的光源下难以向双层光盘的写入。

此外在上述本发明光学装置的构成中，上述被观测物体最好是光盘。

附图说明

图1是表示本发明实施方式1中光波导路装置制造方法的工序图。

图2是表示本发明实施方式2中光波导路装置制造方法的工序图。

图3是表示本发明实施方式3中光波导路装置制造方法的工序图。

图4是表示本发明实施方式4中光波导路装置制造方法的工序图。

图5是表示本发明实施方式5中光波导路装置的断面图。

图6的图6A是表示本发明实施方式6中光波导路装置的平面图，图6B是其断面图。

图7的图7A是表示本发明实施方式6中光波导路装置的其它示例的平面图，图7B是其斜视图。

图8的图8A是表示本发明实施方式6中相干光源的平面图，图8B是其断面图。

图9是表示本发明实施方式6中作为光波导路装置的SHG元件的周期状极化反转区形成方法的工序图。

图10是表示本发明实施方式6中作为光波导路装置的SHG元件的周期状极化反转区的其它形成方法的工序图。

图11是表示本发明实施方式7中光学装置的概略图。

图12是表示脊型光波导路装置构成的斜视图。

图13是表示脊型光波导路制造方法的工序图。

具体实施方式

[实施方式1]

首先参照图1，对本发明实施方式1作以说明。图1是表示本发明实施方式1中的光波导路装置的制造方法的工序图。在本实施方式中，作为光学基片1，采用厚度为0.5mm，宽度为1mm的Mg掺杂LiNbO₃基片。此外作为基片2，也采用厚度为1mm的Mg掺杂LiNbO₃基片。

首先，通过在基片2的表面，在形成挡块部6的区域(基片2宽度方向上的左右两侧)以外的区域涂布抗蚀剂，进行掩蔽。接下来，通过在基片2的表面，对Cr进行溅射蒸镀，形成挡块部6，然后除去抗蚀剂。这样，利用紫外线固化树脂3，在基片2表面的左右一对挡块部6之间贴合光学基片1(以上见图1A)。这里，紫外线固化树脂3的厚度被设为0.5μm，挡块部6的厚度被设为4μm，宽度被设为50μm。为能得到光封闭性良好的脊型光波导路12(参照图1D)，挡块部6的厚度最好为10μm以下。此外挡块部6的厚度小于0.1μm后，光在所得到的光波导路上将难以波导，不希望如此。此外作为挡块6的材料，除了Cr以外，还可采用Si、SiO₂、Ta等。这些材料作为溅射用的材料容易获得，同时通过蒸镀可高精度地控制挡块部6的厚度。另外，作为光学基片1的材料，除了LiNbO₃以外，还可举出LiTaO₃，KTP(KTiOPO₄)，KNbO₃，KLiNbO₃，BBO(BaB₂O₄)，LBO(LiB₃O₅)，CLBO(CsLiB₆O₁₀)等。此外虽然利用溅射蒸镀法形成挡块部6，但通过利用蒸镀法，挡块部6的厚度可被按分子量级控制，可高精度进行挡块部6的厚度控制。此外，作为高精度控制挡块部6的厚度的方法，除了溅射等的蒸镀法以外，可列举出电镀。在通过电镀形成了挡块部6的场合下，挡块部6的厚度也被按分子量级控制。

接下来，如图1B所示，在如上所述把作为非线形光学材料的光学基片1贴合到基片2上后，进行了光学基片1的研磨。由于作为挡块部6的材料的Cr，其硬度大于作为光学基片1的材料的Mg掺杂LiNbO₃，因而研磨时的被研磨比例(以下称「研磨率」)与光学基片1相比，挡块部6一方的较小。具体地说，如果就莫氏硬度进行比较，LiNbO₃的硬度为4.5，Cr的硬度为9。作为在Cr以外其硬度大于LiNbO₃的材料，可举出Si(硬度为7)、SiO₂(硬度为6.5)、Ta(硬度为6.5)、W(硬度为8.9)、Ti(硬度为6.5)等。

由于在光学基片1的研磨时，在到达挡块部6处研磨率大大下降，因而光学基片1的厚度通过挡块部6的厚度被高精度控制。由于挡块部6的厚度为4μm，紫外线固化剂3的厚度为0.5μm，因而光学基片1的厚度被控制到3.5μm(图1C)。

最后，如图1D所示，通过激光加工，在光学基片1的表面形成沟槽4。这样，得到了脊型光波导路12。

此外挡块部6最好被形成条状，而且按照相对脊型光波导路12达到平行的原则被配置。

此外脊型光波导路12与挡块部6的间隔最好为20μm以上100μm以下。在脊型光波导路12与条状挡块部6的间隔为20μm以下的场合下，挡块部6对在脊型光波导路12进行波导的波导光可能产生影响，导致波导损失的增加。此外脊型光波导路12与条状挡块部6的间隔如果大于100μm，则难以提高基于研磨的光学基片1的厚度的均一性。

如上所述，通过在采用其硬度大于光学基片1的材料，形成挡块部6后，进行光学基片1的研磨，光学基片1的厚度可被高精度控制，光学基片1的厚度偏差达到±0.1μm。其结果是，脊型光波导路装置的制造合格率大幅提高。

此外在到达挡块部6处所进行的研磨急剧减速，光学基片1的厚度被按挡块部6的厚度暂时保持。此外通过以化学抛光作为研磨的方法，强化化学反应的因素，可以增大光学基片1与挡块部6的研磨的选择比。在进行化学研磨的场合下，作为挡块部6的材料采用Ni。因为Ni具有化学稳定性，难以被研磨。此外Ni通过无电场电镀还可增大硬度，在光学基片1上固着。

因此如果采用本实施方式的光波导路装置的制造方法，由于无需边测定光学基片1的厚度边进行研磨，因而研磨时间的调整变得容易，可实现制造时间的大幅缩短。

[实施方式2]

接下来，参照图2对本发明实施方式2作以说明。图2是表示本发明实施方式2中的光波导路装置的制造方法的工序图。在本实施方式中，作为光学基片1，采用厚度为0.5mm，宽为3mm的Mg掺杂LiNbO₃基片。此外作为基片2，与上述实施方式1同样，采用厚度为1mm左右的Mg掺杂LiNbO₃基片。

首先在光学基片1的表面，在位于其宽度方向的左右两侧形成了沟槽1a。在沟槽1a的形成中采用了离子铣法。通过采用离子铣法，由于沟槽1a的深度被按分子量级控制，因而可高精度形成沟槽1a。作为沟槽1a的形成方法，除了离子铣法以外，还可举出干蚀刻等蚀刻法。这里，沟槽1a的深度设定为3.5μm，宽度设定为50μm。接下来，通过在光学基片1的形成了沟槽1a的面上，在形成了沟槽1a的区域以外的区域涂布抗蚀剂，进行了掩蔽。这样，通过在光学基片1的形成了沟槽1a的面上进行Cr蒸镀，形成挡块部7，然后除去抗蚀剂(以上参见图2A)。通过上述过程，达到挡块部7被埋设在光学基片1中的状态。此外作为挡块部7的材料，与上述实施方式1同样，除了Cr以外，还可采用Si、SiO₂、Ta等。此外与上述实施方式1同样，为能得到光封闭性良好的脊型光波导路12(参照图2D)，挡块部7的厚度最好为10μm以下。此外如果挡块部7的厚度小于0.1μm，光在所得到的光波导路上将难以波导，不希望如此。

接下来，如图2B所示，利用紫外线固化树脂3，把光学基片1的形成了挡块部7一侧的面贴合到了基片2上。这样，在把作为非线形光学材料的光学基片1贴合到基片2上后，进行了光学基片1的研磨。由于作为挡块部7的材料的Cr，其硬度大于作为光学基片1的材料的Mg掺杂LiNbO₃，因而研磨率与光学基片1相比，挡块部7一方的较小。由于在光学基片1的研磨中，在到达挡块部7之处研磨率大大下降，因而光学基片1的厚度通过挡块部7的厚度被高精度控制。由于挡块部7的厚度(光学基片1的沟槽1a的深度)为3.5μm，因而光学基片1的厚度被控制到3.5μm(图2C)。

最后，如图2D所示，通过激光加工，在光学基片1的表面形成了沟槽4。这样，便得到了脊型光波导路12。

此外挡块部7最好被形成条状，而且按照相对脊型光波导路12达到平行的原则被配置。

此外脊型光波导路12与挡块部7的间隔最好为20μm以上100μm以下。在脊型光波导路12与条状挡块部7的间隔为20μm以下的场合下，挡块部7对在脊型光波导路12进行波导的波导光可能产生影响，导致波导损失的增加。此外脊型光波导路12与条状挡块部7的间隔如果大于100μm，则难以提高基于研磨的光学基片1的厚度的均一性。

如上所述，通过在光学基片1上形成沟槽1a，在沟槽1a内采用其硬度大于光学基片1的材料，形成挡块部7后，从形成了挡块部7的一侧的对侧进行光学基片1的研磨，光学基片1的厚度可被高精度控制，厚度偏差达到±0.1μm。其结果是，脊型光波导路装置的制造合格率大幅提高。此外由于通过在形成于光学基片1的沟槽1a内设置挡块部7，其厚度被控制的光学基片1的面积得到增加，因而可形成更多的脊型光波导路12。由于在光学基片1上形成的沟槽1a的位置通过掩蔽处理被高精度控制，因而也可作为光学基片1的位置对合用标识使用。

此外在到达挡块部7之处所进行的研磨急剧减速，光学基片1的厚度被暂时保持在挡块部7的厚度。此外与上述实施方式1同样，通过以化学抛光作为研磨的方法，强化化学反应的因素，可以增大光学基片1与挡块部7的研磨的选择比。

因此如果采用本实施方式的光波导路装置的制造方法，与上述实施方式1同样，由于不必边测定光学基片1的厚度边进行研磨，因而研磨时间的调整变得容易，可实现制造时间的大幅缩短。

[实施方式3]

接下来，参照图3对本发明实施方式3作以说明。图3是表示本发明实施方式3中的光波导路装置的制造方法的工序图。在本实施方式中，作为光学基片1，采用厚度为0.5mm，宽为3mm的Mg掺杂LiNbO₃基片。此外作为基片2，与上述实施方式1同样，采用厚度为1mm的Mg掺杂LiNbO₃基片。

首先如图3A所示，在光学基片1的表面，位于其宽度方向的左右两侧，形成了沟槽1b。在沟槽1b的形成中，与上述实施方式2同样，采用了离子铣法。这里，沟槽1b的深度被设定为3.5μm，宽度被设定为50μm。

接下来，通过在光学基片1的形成了沟槽1b的面上，在形成了沟槽1b的区域以外的区域涂布抗蚀剂，进行了掩蔽。这样，通过在光学基片1的形成了沟槽1b的面上进行Ta蒸镀，在沟槽1b的底面形成反射面11a，11b，然后除去了抗蚀剂(以上参见图3B)。

接下来，利用紫外线固化树脂3，把光学基片1的形成了沟槽1b一侧的面贴合到基片2上。这样，在把作为非线形光学材料的光学基片1贴合到基片2上后，进行了光学基片1的研磨。这里，从光源13向反射面11a，11b照射激光，在利用受光元件14对该反射光进行监视的同时，进行了光学基片1的研磨。这样，在激光不再被反射面11a，11b反射的时刻，结束了光学基片1的研磨。此时，光学基片1的厚度与在光学基片1上形成的沟槽1b的深度几乎相同被控制在大约3.5μm(以上参见图3C、D)。最后，与上述第1及实施方式2同样，通过激光加工，在光学基片1的表面形成了沟槽。通过上述过程，便得到了脊型光波导路。

按本实施方式，在边监视反射光边进行光学基片1的研磨的场合下，作为反射面11a，11b被利用的反射膜的硬度不会有大问题。此外反射膜的材料也不必是金属。但是反射面11a，11b一般最好具有高反射率，因而作为反射膜的材料，最好采用Al，Ag，Ni，Si，Au，Pt，Cr等反射率高的金属。

如上所述，通过在形成于光学基片1的沟槽1b的底面蒸镀反射膜，利用激光边监视反射膜的存在边进行光学基片1的研磨，光学基片1的厚度可被高精度控制，厚度偏差达到±0.1μm。其结果是，脊型光波导路装置的制造合格率大幅提高。此外如图3所示，通过在光学基片1内配置多个反射面(11a，11b)，可对光学基片1的厚度进行更高精度控制。即，在光学基片1的研磨时，通过在来自一方的反射面11a的反射光消失的时刻，检查来自另一方的反射面11b的反射光的有无，可以判别研磨是否在平坦状态下进行。在来自反射面11b的反射光被确认的场合下，说明研磨是在倾斜的状态下进行的。在该场合下，通过修正倾斜，持续研磨，直至来自反射面11b的反射光消失，可在相对基片2平行的状态下研磨光学基片1。

如果采用上述本实施方式的光波导路装置的制造方法，与上述第1及实施方式2同样，由于不必边测定光学基片1的厚度边进行研磨，因而研磨时间的调整变得容易，制造时间可大幅缩短。

[实施方式4]

接下来，参照图4对本发明实施方式4作以说明。图4是表示本发明实施方式4中的光波导路装置的制造方法的工序图。在本实施方式中，作为光学基片1，采用厚度为0.5mm，宽为3mm的Mg掺杂LiNbO₃基片。此外作为基片2，采用厚度为1mm的Mg掺杂LiNbO₃基片。

首先在光学基片2的表面，在位于其宽度方向的左右两侧形成了凸部8后，作为金属膜9蒸镀了Cr膜。在凸部8的形成中采用了离子铣法。这里，凸部8的厚度被设定为3.5μm，宽度被设定为50μm，Cr膜的厚度被设定为0.5μm。另一方面，在光学基片1的表面作为金属膜10也蒸镀0.5μm厚的Cr膜后，在光学基片1的形成了金属膜10一侧的面上与凸块8对应形成了凹部1c。凹部1c通过切块形成。这里，凹部1c的深度被设定为100μm，宽度被设定为200μm。此外作为金属膜9、10的材料，除了Cr以外，还可采用Ta、Si、Ti、W等。此外为能得到光封闭性良好的脊型光波导路12(参照图4D)，凸块8的厚度最好为10μm以下。此外如果凸块8的厚度小于0.1μm，光在所得到的光波导路上将难以波导，不希望如此。

接下来，如图4B所示，在按照在光学基片1上形成的凹部1c与在基片2上形成的凸部8啮合的原则，进行了光学基片1与基片2的位置对合后，进行了二者的贴合。在光学基片1与基片2的贴合中，采用了金属粘接法。即通过在真空中对光学基片1与基片2加压，使金属膜9，10的温度达到高温，使由Cr组成的金属膜9，10接合。通过采用这种金属粘接法，可使光学基片1与基片2强力接合。此外在包含凸部8的基片2的表面形成的金属膜9的厚度通过在金属膜9的形成中采用蒸镀法，被高精度控制。此外作为使光学基片1与基片2贴合的方法，还有在光学基片1上使钎焊材料等低融点金属作为金属膜蒸镀，通过热处理使二者接合的方法。此外由于在高温处理中容易在光学基片1中造成畸变，因而作为金属膜最好采用与光学基片1的热膨胀系数接近的材料。此外通过把接合层的厚度降低到波导层厚度的1/10以下，可减少接合层与波导层由于温度变化而产生的畸变。接下来，在如上所述对作为非线形光学材料的光学基片1与基片2贴合后，进行光学基片1的研磨。由于作为金属膜9的材料的Cr，其硬度大于作为光学基片1的材料的Mg掺杂LiNbO₃，因而研磨率与光学基片1相比，金属膜9一方的较小。

由于在光学基片1的研磨中，在到达金属膜9之处研磨率大大下降，因而光学基片1的厚度通过金属膜9被高精度控制。由于在基片2的表面形成的凸块8及金属膜9的厚度分别为4μm、0.5μm，在光学基片1的表面形成的金属膜10的厚度为0.5μm，因而光学基片1的厚度被控制到3.5μm(图4C)。

最后，如图4D所示，通过激光加工，在光学基片1的表面形成了沟槽4。这样，便得到了脊型光波导路12。

此外凸块8最好被形成条状，而且按照相对脊型光波导路12达到平行的原则被配置。因此在该场合下，凹部1C与条状的凸部8对合被形成沟状。

此外脊型光波导路12与凸部8的间隔最好为20μm以上100μm以下。在脊型光波导路12与条状凸部8的间隔为20μm以下的场合下，凸部8对在脊型光波导路12进行波导的波导光可能产生影响，导致波导损失的增加。此外脊型光波导路12与条状凸部8的间隔如果大于100μm，则难以提高基于研磨的光学基片1的厚度的均一性。

如上所述，在基片2的表面形成凸部8的同时，作为金属膜9形成Cr膜，在光学基片1的表面作为金属膜10形成Cr膜的同时，形成凹部1c，在使凹部1c与凸部8啮合的状态下，在使光学基片1与基片2贴合后，进行光学基片1的研磨，由此光学基片1的厚度可被高精度控制，光学基片1的厚度偏差达到±0.1μm。其结果是，脊型光波导路装置的制造合格率大幅提高。此外在该场合下，如果作为使光学基片1与基片2贴合的方法采用金属粘接法，采用蒸镀法形成金属膜9、10，则可更高精度而且容易地控制光学基片1与基片2的接合部分的厚度。

此外在到达金属膜9之处所进行的研磨急剧减速，光学基片1的厚度被暂时保持在金属膜9的上面位置。此外通过以化学抛光作为研磨的方法，强化化学反应的因素，可以增大光学基片1与金属膜9的研磨的选择比。在进行化学研磨的场合下，作为金属膜9的材料适用Ni。因为Ni具有化学稳定性，难以被研磨。

因此如果采用本实施方式的光波导路装置的制造方法，由于不必边测定光学基片1的厚度边进行研磨，因而研磨时间的调整变得容易，可实现制造时间的大幅缩短。

[实施方式5]

接下来，参照图5对本发明实施方式5作以说明。图5是表示本发明实施方式5中的光波导路装置的断面图。

如图5所示，在厚度为0.5mm的Mg掺杂LiNbO₃基片21上，通过接合层24，缓冲层23与波导层22被依次层积。这里，缓冲层23具有接合层24对在波导层22传播的波导光不产生影响的程度的折射率及厚度。即，缓冲层23的折射率及厚度被设定为在波导层22传播的波导光的电场分布在接合层24内不存在的值。作为波导层22的材料采用了Mg掺杂LiNbO₃，作为缓冲层23的材料采用了SiO₂。此时作为缓冲层23的厚度有必要达到0.2μm以上。此外在该场合下，由于作为基片21的材料采用Mg掺杂LiNbO₃，作为波导层22的材料也采用Mg掺杂LiNbO₃，因而基片21与波导层22的热膨胀系数在接合面内相等。基片21与波导层22的热膨胀系数有较大的不同时，在温度循环试验时发生波导层22的破损。通过热膨胀系数相等，温度变化时的应力降低，光波导路装置的可靠性提高。此外作为接合层24的材料采用了Ta。虽然目前作为接合层24采用粘接剂，但通过采用金属作为接合层24，波导层22内发生的热的散热性及均热性大幅提高。此外作为接合层24的材料除了Ta以外，还可采用Cr，Si，W，Ti等。以下以把本光波导路装置作为光波长转换元件，尤其是作为第二高次谐波发生(SHG)元件使用的场合下的特性为例，对本光波导路装置所具有的效率提高的效果作以说明。

采用了光波导路的SHG元件通过把波导光以高功率密度远距离封闭，可进行高效率的波长转换。不过，在本发明者所进行的实验中确认出在该高功率密度下在波导层22内发生温度分布。这里，作为SHG元件，采用利用了周期状极化反转构造的准相位匹配型的SHG元件，作为基波，采用波长为820nm的红外光。如果采用该基波及SHG元件，通过光波长转换得到波长为410nm的紫色光(SHG光)。

SHG元件的转换效率为数％～数10％，在50mW的基波功率下为数mW，在100mW的基波功率下为20mW以上的SHG光被获得。此时光波导路内的波导光的功率密度达到数MW/mm²，只由于波导光的吸收使光波导路的温度上升。在实际的SHG元件中，在发生10mW以上的SHG光时也观测到了数℃的温度上升。在SHG元件内发生数℃的温度分布后，在SHG元件内产生0.1nm的相位匹配波长分布。不过，由于SHG元件的波长容许度只有0.1nm，因而在SHG元件内发生数℃的温度分布后，波长转换特性受到较大的影响，造成输出下降。为防止该现象，有必要使SHG元件的温度分布均一化。

为此，在本实施方式的SHG元件(光波导路装置)中，采用金属作为将波导层22与基片21接合的接合层24。由于金属的热传导率高，因而通过采用金属作为接合层24，可大幅降低在波导层22的传播方向上发生的温度分布，大幅提高了SHG元件的高输出特性。即，即使由光波长转换获得的紫色光(SHG光)的输出超过30mW，也不发生基于温度分布的效率下降及输出的不稳定性，可进行稳定的输出动作。为防止基于温度分布的SHG元件的特性劣化，最好用热传导率κ为30W·m^-1·K^-1以上的物质全面被覆SHG元件(光波导路装置)。作为热传导率κ为30W·m^-1·K^-1以上的物质，可举出Au-Sn，Sn-Ag-Cu，Sn-Ag-Cu-1n等无铅钎焊料。

缓冲层23对于波导损失的降低是必不可少的。在作为接合层24采用金属的场合下，波导层22的传播损失大幅增加。因此为了使作为接合层24的金属不对波导层22产生影响，缓冲层23便成为必要。缓冲层23有必要具有对在波导层22传播的波导光的吸收系数小的特性(透明性)，作为缓冲层23的材料，有必要采用吸收系数为10^-4以下的材料。如果采用吸收系数大于该值的缓冲层23，波导层22的传播损失将超过1dB/cm²，SHG元件的特性将变劣。作为缓冲层23的材料，最好采用SiO₂，Al₂O₃，Ta₂O₅，ZrO₂等与波导层22相比折射率小而且吸收系数小的材料。

此外波导层22最好满足对入射光单模传播的条件。这是因为在传播模式为多模的场合下，将发生转换效率的大幅下降。

此外根据本实施方式的构成，也可提高元件的特性。SHG元件的特性受波导层22均一化的影响较大。为提高转换效率，有必要在整体上均一地保持波导层22的传播损失，有必要把波导层22的厚度精度偏差抑制到1％以下。因此对接合层24的厚度也要求高精度。通过采用金属薄膜作为接合层24，可使接合层24的厚度处于0.1μm以下。此外通过采用金属薄膜作为接合层24，接合层24的厚度偏差也可降低。其结果是，可减小波导层22的厚度偏差，提高转换效率及合格率。

此外通过采用金属膜作为接合层24，大幅提高了SHG元件的可靠性。即，在基于目前的粘接剂的接合中，接合层的强度方面存在问题。此外在目前的基于粘接剂的接合中，波导层22易受到畸变应力的影响，它们成为SHG元件的可靠性变劣的因素。通过采用金属膜作为接合层24，接合层24的硬度大幅提高，这些问题得到了消除。其结果是，可实现可靠性高的SHG元件。

作为采用金属膜作为接合层24的场合下的有效的方法，例举出层积钎焊材料之类的低融点金属加以利用的方法。具体地说，通过对Au及Sn进行交替蒸镀，作为Au-Sn钎焊料起作用，可提高散热性及接合强度。

[实施方式6]

在本实施方式中，对在实际中把SHG元件用于模块等的场合作以说明。在SHG元件与光波导路装置中，在光波导路中使光入射的耦合部分是重要的。虽然为从外部使光在光波导路内耦合，利用光纤及集光光学系统，但在任意一种场合下，在耦合部分都会产生匹配误差，发生损失。这样该耦合部分的损失在作为装置使用时将成为大问题。

第1个问题是返光问题。在采用半导体激光器作为光源的场合下，起因于在耦合部分发生的损失而发生返光。返光返回到作为光源的半导体激光器后，半导体激光器的振荡状态将不稳定，发生噪声。通常，虽然通过利用防反射膜防止端面反射，噪声的发生可减少，但如上述实施方式5所示，在波导层22的入射端面上存在金属膜的场合下，要防止基于防反射膜的端面反射是困难的。

第2个问题，是端面破坏问题。在使数10mW以上的高功率光在光波导路耦合的场合下，发生了端面破坏的问题。探究其原因，判明了如上述实施方式5所示，如果在波导层22的入射端面附近存在金属膜，在该部分光被吸收，局部温度上升，由于该原因而发生端面破坏的问题。

虽然这些问题仅由在光波导路的耦合部分，波导光与耦合光的模式匹配误差而发生，但要使耦合部分的模式完全一致是困难的，比如发现了即使可能达到模式完全一致，仅由于位置差异也会发生同样的问题。即，由于在波导层的入射端面附近存在金属膜，会使对光波导路的光耦合变得困难。有鉴于此，本发明者考虑了采用图6所示的构造。在图6所示的构造中，光波导路的入射部26附近的接合层(金属膜)24被除去，这样便可回避上述问题。

此外通过采用图7所示的构造，也可回避上述问题。在图7所示的构造中，在缓冲层23(第1缓冲层)与接合层(金属膜)24之间，以作为厚膜缓冲层的第2缓冲层25作为中介层。通过把第2缓冲层25的厚度设为1μm以上，可以使作为接合层24的金属膜远离光波导路，可实现在耦合部分中入射光与金属膜不接触的构造。但是在采用厚膜缓冲层的场合下，由于膜的层叠耗费时间，因而采用高速成膜方法。成膜速度高的膜一般存在作为光学薄膜使用时传播损失大的问题。因此，作为第1缓冲层23层叠低损失的膜，通过第2缓冲层25在基片21与波导层22接合。

另一个问题是固定元件场合下的问题。采用了光波导路的装置有必要按某种形状固定使用。这是因为由于光波导路的形状只有数微米小，因而有必要进行亚微米精度下的位置对合，必然需要进行平稳的固定。此外在集光光学系统与半导体激光器的直接耦合、与光纤的耦合等中，在耦合调整中也需要亚微米精度，在调整后的固定中，要求采用耦合偏差小，在短时间内结束的方法。作为这些方法，通常采用应用紫外线固化树脂的方法。

图8表示对半导体激光器与光波导路装置模块化后的本实施方式的相干光源。如图8所示，半导体激光器32及作为光波导路装置的SHG元件47被固定在Si底部固定件53上。这里，半导体激光器32被采用钎焊料固定到Si底部固定件53上，SHG元件47被利用紫外线固化树脂(粘接剂)31粘接固定在Si底部固定件53上。

不过，在采用了金属作为接合层24的场合下，发生了作为光波导路装置的SHG元件47与Si底部固定件53(模块基台)的粘接困难的问题。这是因为由于作为接合层24的金属吸收紫外线，而使紫外线不能有效地照射到紫外线固化树脂31。为此，在本实施方式中，如图6～图8所示，采用在接合层24设置用于使紫外线透过的窗部27的构成。通过设置窗部27，紫外线的透过成为可能，SHG元件47与Si底部固定件53的粘接固定成为可能。

这里，窗部27被设置在紧接光波导路下方以外的部分。这是为了不妨碍在光波导路发生的热的均热性被由作为接合层24的金属促进。此外本发明者还发现了通过只在光波导路以外的部分，即窗部27进行粘接，可防止基于在模块制作时所发生的畸变的元件特性的劣化。该元件特性的劣化是一种在Si底部固定件53上粘接固定SHG元件47的场合下，由于粘接应力使光波导路产生畸变，发生折射率分布而产生的现象。通过设置窗部27，在光波导路以外的部分进行粘接，可降低粘接应力对光波导路的影响，防止元件特性的劣化。

此外如图8所示，在利用紫外线固化树脂(粘接剂)31对作为光波导路装置的SHG元件47与Si底部固定件53(模块基台)进行粘接固定的场合下，采用低融点金属作为接合层24也是有效的。通过采用低融点金属，可促进SHG元件47的温度分布的均一化，在高输出时也能实现稳定的元件特性。在采用低融点金属作为接合层24的场合下，最好用金属薄膜被覆SHG元件47的表面，以增加粘接强度。此外在该场合下，如图8B所示，有必要在波导层22的上面层叠缓冲层30，在缓冲层30上层叠金属薄膜54。

作为SHG元件，最好采用利用了图7所示的周期状极化反转区28的准相位匹配型的SHG元件。通过配备周期状极化反转区28，可实现高效的波长转换。以下参照图9、图10，对周期状极化反转区的形成方法作以说明。周期状极化反转区的形成方法随光学基片的结晶方位而大为不同。

在利用图9所作的说明中，光学基片55是z片。在z片的场合下，结晶的极化方向相对基片表面垂直。在该场合下，首先如图9A所示，在光学基片55的+C面上形成周期状电极33的图案，在-C面上形成平面电极34。这里，采用金属作为电极材料，周期状电极33的图案采用光刻法形成。接下来，如图9B所示，通过在周期状电极33与平面电极34之间施加高电压，使光学基片55的结晶的自发极化反转。施加电压是脉冲状电场，通过施加在从数ms至数100ms的脉冲或直流电压上叠加了脉冲电压的电压，结晶的自发极化发生反转，形成周期状极化反转区35。施加电压的大小取决于结晶的种类。作为极化反转区的形成较容易的结晶，比如有LiNbO₃，LiTaO₃，对于这些结晶，有必要施加20kV/mm的电压。另一方面，在Mg掺杂LiNbO₃，或化学配比的LiNbO₃、LiTaO₃等的结晶的场合下，施加电压为数kV便足够。通过上述过程形成周期状极化反转区35后，通过按本发明的研磨方法对光学基片55进行研磨，形成光波导路。

在利用图10所作的说明中，光学基片56是X、Y切割基片或截切基片。在X、Y切割基片的场合下，结晶的极化方向相对基片表面平行。在截切基片的场合下，结晶的极化方向相对基片表面按一定角度倾斜。在该场合下，电极在光学基片56的表面形成。具体地说，首先如图10A所示，在光学基片56的表面使金属膜36成膜。这里，作为一例使Ta膜成膜。接下来，如图10B所示，利用光刻法，把金属膜36加工成梳状电极37及条状电极38。这里，梳状电极37及条状电极38按照可在结晶的极化方向上施加电场的原则形成，梳状电极37在结晶的+C轴侧形成。接下来，如图10C所示，用绝缘体39覆盖梳状电极37及条状电极38。通过用绝缘体39覆盖梳状电极37及条状电极38，所得到的极化反转区35(参照图10D)的周期构造的均一性大幅提高。接下来，如图10D所示，通过在梳状电极37与条状电极38之间施加高电压，结晶的自发极化发生反转，形成周期状的极化反转区35。通过上述过程形成周期状的极化反转区35后，通过形成光波导路，获得SHG元件。

[实施方式7]

接下来，参照图11对本发明实施方式7作以说明。图11是表示本发明实施方式7中的光学装置的概略图。

如图11所示，本实施方式中的光学装置由以下部分构成：由图8所示的半导体激光器及光波长转换元件组成的相干光源40、准直透镜41、偏振光束分束器42、1/4波长片43、作为使来自相干光源40的出射光在作为被观测物体的光盘45上集光的集光光学系统的集光透镜44、检测来自光盘45的反射光的光检测器46。

从相干光源40出射的光由准直透镜41被转换成平行光，由集光透镜44在光盘45的表面集光。由光盘45反射的光由于通过1/4波长片43偏振光角旋转90o，因而通过偏振光束分束器42被向光检测器46的方向反射。来自光盘45的反射光被光检测器46检测出，由此光盘45上的信息被再生。

由于相干光源40可发生波长为410nm的短波长光，因而可进行高密度的光信息记录。此外通过采用金属作为光波导路装置的光波长转换元件的接合层，可实现高输出的相干光源40。即，可发生其输出为50mW以上的短波长光，可实现在低输出光源下难以做到的对二层光盘的写入。此外还可进行高倍速的写入。

此外虽然在本实施方式下，作为光学装置例举出采光光学系统作了说明，但本发明光学装置也可用于激光扫描显微镜等其它的相干光学系统。

发明效果

如上所述，根据本发明光波导路装置的制造方法，光学基片的厚度可被高精度控制，可降低光学基片的厚度偏差。其结果是，大幅提高光波导路装置的制造合格率。此外由于不必边测定光学基片的厚度边进行研磨，因而研磨时间的调整变得容易，可实现制造时间的大幅缩短。此外根据本发明光波导路装置的构成，通过采用金属作为使波导层与基片接合的接合层，可大幅降低波导层传播方向上发生的温度分布，可大幅提高比如把光波导路装置作为SHG元件使用的场合下的高输出特性。此外通过采用金属作为接合层，接合层的厚度偏差减小。其结果是，可降低波导层的厚度偏差，提高比如把光波导路装置作为光波长转换元件使用场合下的转换效率及提高合格率。此外根据本发明相干光源的构成，由于采用在作为SHG元件使用的场合下高输出特性得到提高，在作为光波长转换元件使用场合下转换效率得到提高的上述本发明光波导路装置，因而可实现短波长的高输出相干光源。此外根据本发明光学装置的构成，由于采用上述本发明的短波长的高输出相干光源，因而可实现在低输出光源下难以做到的对二层光盘的写入。

符号说明

1、55、56光学基片

1a、1b沟槽

1c凹部

2基片

3、31紫外线固化树脂

4沟槽

6、7挡块部

8凸部

9、10、36金属膜

11a、11b反射面

12脊型光波导路

13光源

14受光元件

21基片

22波导层

23、25、30缓冲层

24接合层

26光波导路的入射部

27窗部

28、35周期状的极化反转区

33周期状电极

34平面电极

37梳状电极

38条状电极

39绝缘体

40相干光源

41准直透镜

42偏振光束分束器

431/4波长片

44集光透镜

45光盘

46光检测器

Claims (15)

1.一种光波导路装置，其具备了波导层、在上述波导层一边的面上形成的缓冲层、以及在上述缓冲层的表面通过接合层被接合的基片，该光波导路装置的特征在于：

上述接合层由金属组成，

上述波导层具有周期状的极化反转构造。

2.权利要求1中记载的光波导路装置，其中

在上述波导层的表面或背面的至少之一具有条状凸部，包含上述凸部的波导层满足对入射光单模传播的条件。

3.权利要求1中记载的光波导路装置，其中

上述缓冲层由针对在上述波导层传播的波导光的吸收系数在10^-4以下的电介体材料组成，上述缓冲层的折射率及厚度被设定成在上述波导层传播的波导光的电场分布在上述接合层内不存在的值。

4.权利要求1中记载的光波导路装置，其中

上述接合层具有层积了种类各异的金属的多层构造，在构成上述接合层的上述金属中包含从Au-Sn、Sn-Ag-Cu、Sn-Ag-Cu-ln构成的组中选出的一种焊料。

5.权利要求2中记载的光波导路装置，其中

上述接合层具有其规定部分被除去而形成的窗部，上述窗部被设在紧接上述条状凸部的下方以外的部分。

6.权利要求1中记载的光波导路装置，其中

上述基片与上述波导层的热膨胀系数在接合面内相等。

7.权利要求1中记载的光波导路装置，其中

上述光波导路装置是把基波波长转换为第二高次谐波的波长转换装置，上述缓冲层由对上述基波及上述第二高次谐波透明的材料组成。

8.权利要求1中记载的光波导路装置，其中

上述波导层的入射端面附近的上述接合层被除去。

9.权利要求1中记载的光波导路装置，其中

上述波导层在由截切基片的Mg掺杂LiNbO₃组成的同时，具有周期状极化反转构造，而且把在上述波导层传播的基波波长转换成第二高次谐波，上述缓冲层在针对上述基波及上述第二高次谐波的吸收系数处于10^-4以下的同时，其厚度达到上述基波及上述第二高次谐波的电场分布在上述接合层内不存在的程度。

10.一种相干光源，其具备底部固定件、被固定在上述底部固定件上的半导体激光器及权利要求1～9任一项中记载的光波导路装置，

来自上述半导体激光器的光入射到上述光波导路装置的波导层。

11.权利要求10中记载的相干光源，其中

上述光波导路装置利用紫外线固化树脂被固定在上述底部固定件上。

12.权利要求10中记载的相干光源，其中

在上述光波导路装置的表面具有保护膜。

13.权利要求10中记载的相干光源，其中

上述光波导路装置被热传导率为30W·m^-1·K^-1以上的物质覆盖。

14.一种光学装置，其具备了权利要求10～13任一项中记载的相干光源、以及把来自上述相干光源的出射光在被观测物体上集光的集光光学系统。

15.权利要求14中记载的光学装置，其中

上述被观测物体是光盘。

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