CN102822735A - 光学元件、光源装置以及光学元件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可持续施加所需压力的光学元件以及光学元件等。该光学元件1具备顺电体结晶（S）、中间夹着顺电体结晶的第1以及第2按压构件（10、20）、紧固构件（30A～30D）。顺电体结晶（S）具有极性沿极性周期方向周期性地反转的周期结构。紧固构件（30A～30D）按照通过第1以及第2按压构件（10、20），沿着与极性周期方向交叉的方向向顺电体结晶（S）施加规定的压力的方式相互固定第1以及第2按压构件（10、20）。

Description

光学元件、光源装置以及光学元件的制造方法
技术领域
本发明涉及光学元件、光学元件的制造方法以及具备光学元件的光源装置。
背景技术
公知有对非线性光学结晶利用二次非线性光学效应，产生入射到固体激光器的入射光的一半波长的光即二次谐波（Second harmonicgeneration；SHG）来作为短波长激光而使用的方法。非线性光学效应是指由于物质的极化响应的非线性所引起的效果，当向物质中入射了激光这种强光时，由于极化的响应与入射光的电场不成正比，因此入射光的一部分被波长变换的现象。
实际上产生的二次谐波，由于结晶的色散特性，会变成比入射光的波长的1/2还短一些的波长。因此，二次谐波彼此的相位会逐渐地错离，结果，会产生二次谐波彼此的相互抵消。该情况下，难以产生充足光量的二次谐波。
于是，为了得到充足光量的二次谐波，提出了准相位匹配元件（Quasi-Phase Matching元件；QPM元件）。准相位匹配是指如下所述的方法，即为了避免二次谐波彼此的电场的相互抵消，在结晶中形成极性反转结构，通过使极性向电场互不抵消的方向变化，从而可以近似地使相位匹配而产生二次谐波。在准相位匹配元件中，特别是近些年，正在研究通过向作为顺电体的水晶施加外力来形成周期性的极性反转结构的准相位匹配元件（例如参照专利文献1、2）。
为实现准相位匹配，需要形成结晶的极性周期性地反转的结构。为了产生紫外光等短波长，通常采取在单结晶内部形成极性反转的区域的方法。在对铁电体形成极化反转结构的情况下，采取通过从外部施加电场来使自发极化反转的方法。但是，例如在铌酸锂、铌酸钽等铁电体中，决定二次谐波的产生波长的吸收端波长会变长为300nm左右。因此，在被称为真空紫外区的200nm以下，会变得不可能产生二次谐波。另一方面，例如作为顺电体的水晶是其吸收端波长为150nm以下的非线性光学结晶。
专利文献1：日本特开2004－107187号公报
专利文献2：日本特开2004－279612号公报
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可持续地向顺电体结晶施加所需压力的光学元件及其制造方法、以及具备所述光学元件的光源装置。
然而，公知有通过对顺电体施加机械外力来在顺电体内形成极性反转结构的技术。于是，本发明的发明者们对通过向顺电体施加机械外力来形成极性反转结构进行了专门研究，其结果得到了如下的新见解，即在施加机械外力而得到了极性反转结构的顺电体中，有时所得到的周期性极性反转结构会因某种原因而消失，而本发明的发明者们发现，这样的周期性极性反转结构的消失现象，在形成了极性反转结构后，会在机械外力被降低或被去除的状态下发生，有时还会与机械外力的去除同时发生。
根据该研究结果，本实施方式所涉及的光学元件具备顺电体结晶、一对按压构件和紧固构件。顺电体结晶具有极性沿着极性周期方向周期性地反转的周期结构。一对按压构件在其间夹着顺电体结晶。紧固构件按照通过该一对按压构件，沿着与极性周期方向交叉的方向，向顺电体结晶施加规定的压力的方式，相互固定一对按压构件。
另一方面，本实施方式所涉及的制造方法制造出具备由顺电体构成的顺电体结晶、一对按压构件、和固定一对按压构件之间的间隔的紧固构件的光学元件。具体而言，该方法具备按压步骤和紧固步骤。在按压步骤中，在一对按压构件之间配置了顺电体结晶的状态下，通过一对按压构件，沿着以最短距离连结一对按压构件的相互对置的面的直线方向，即按压方向，以规定的压力按压顺电体结晶。在紧固步骤中，通过紧固构件相互固定一对按压构件。
分别根据这些光学元件及其制造方法，利用紧固构件来相互固定一对按压构件。因此，可以通过一对按压构件向顺电体结晶持续施加所需的压力。另外，结果，分别在这些光学元件及其制造方法中，顺电体结晶可以维持极性反转结构。
在本实施方式所涉及的制造方法中，在按压步骤中，在一对加压构件之间夹着中间夹着顺电体结晶的一对按压构件的状态下，由于该一对加压构件对一对按压构件进行加压，因此顺电体结晶以规定的压力被按压。另外，该制造方法在紧固步骤之后，也可以进一步具备从一对加压构件之间连同该一对按压构件一并取出由一对按压构件保持的顺电体结晶的取出步骤。
在按压步骤中，优选按照一对按压构件中的一方的高温比另一方变高的方式对一对按压构件加热，在具有温度差的状态下，通过一对按压构件来按压顺电体结晶。尤其是，优选在与一对按压构件中的温度高的按压构件对置的、顺电体结晶的表面上周期性地形成凹凸。或者，优选一对按压构件中的温度高的按压构件具有与顺电体结晶对置的面，在该面上周期性地形成有凹凸。
优选极性反转结构从顺电体结晶的一端侧向与其对置的另一端侧形成。因此，上述制造方法利用越变为高温相，越容易使极性反转的特性，在一对按压构件之间，在顺电体结晶中设置温度差，从高温的按压构件侧形成极性反转结构。
优选在与一对按压构件的至少一方对置的、顺电体结晶的表面上周期性地形成有凹凸。或者，优选一对按压构件的至少一方具有与顺电体结晶对置的面，在该面上周期性地形成有凹凸。按压构件能够仅在按压构件或者顺电体结晶的周期性地形成的凸的部分按压顺电体结晶。因此，能够容易地得到周期性的极性反转结构。
一对按压构件具有相互对置的面，当沿着与以最短距离连结该相互对置的面的直线方向正交的规定的方向观察顺电体结晶时，优选沿着该规定的方向，在一直线上只配置有顺电体结晶。在观察顺电体结晶时，视野中不存在遮挡物，因而较佳。另外，在入射到顺电体结晶中的光的行进路径上不存在遮挡物，因而在使用上较佳。
优选光学元件还具备固定一对按压构件间的相对的位置的位置固定构件。由此，可抑制一对按压构件在按压的期间发生偏离。
优选，顺电体结晶包括水晶。水晶的吸收端波长在150nm以下。因此，利用水晶得到的准相位匹配元件可以产生200nm以下的二次谐波，尤其可以产生与ArF准分子激光波长相当的193nm、与F2准分子激光波长相当的157nm的二次谐波。
优选，紧固构件按照通过一对按压构件，沿着与极性周期方向大致正交的方向向顺电体结晶施加规定的压力的方式，相互固定一对按压构件。通过一对按压构件，可以更有效地向顺电体结晶施加压力。
另外，优选紧固构件通过固定一对按压构件之间的间隔来相互固定一对按压构件。另外，优选在紧固步骤中，由紧固构件来固定与规定的压力对应的一对按压构件之间的间隔。通过固定一对按压构件之间的间隔，能够利用一对按压构件向顺电体结晶持续施加恒定的压力。
发明的效果
根据本发明所涉及的各实施方式，能够提供一种可持续地施加所需的压力的光学元件、光学元件的制造方法、以及具备所述光学元件的光源装置。
附图说明
图1是第1实施方式所涉及的光学元件及其制造装置的分解立体图。
图2是沿图1的II－II箭头的剖视图。
图3是第1实施方式所涉及的光学元件及其制造装置的一部分的俯视图。
图4是用于说明结晶中形成的周期性极性反转结构的图。
图5是用于说明第1实施方式所涉及的光学元件的制造方法的流程图。
图6是用于表示（a）水晶的高温相，（b）水晶的低温相，以及（c）水晶的道芬双晶的构造的图。
图7是表示第1实施方式所涉及的光学元件及其制造装置的变形例的分解立体图。
图8是第2实施方式所涉及的光学元件及其制造装置的分解立体图。
图9是沿图8的XV－XV箭头的剖视图。
图10是第2实施方式所涉及的光学元件及其制造装置的一部分的俯视图。
图11是用于说明第2实施方式所涉及的光学元件的制造方法的流程图。
图12是使波长为1544nm的固体激光源产生波长193nm的8倍频波的光源装置的构成图。
附图标记的说明如下：
MA1...制造装置，2...第1加压加热模块，1，5...光学元件，10，50...第1按压构件，11，51...第1板状部件，12，52...第1支承部，13，53...第1主按压部件，20，60...第2按压构件，21，61...第2板状部件，22，62...第2支承部，23，63...第2主按压部件，30A～30D，70A～70D...紧固构件，31A～31D...螺栓，32A～32D...垫圈，40...位置固定构件，41A～41D...绝热用接箍，42A～42D...销，8...按压支承构件，81...第1按压支承板，82...第2按压支承板82，83A～83D...螺栓，84A～84D...垫圈，85A～85D0...绝热用接箍，86A～86D...销。
具体实施方式
以下，参照附图，对优选的实施方式详细地进行说明。其中，在说明中，对同一要素或者具有相同功能的要素使用同一附图标记，并省略重复的说明。
（第1实施方式）
参照图1～图3，对第1实施方式所涉及的光学元件1的构成及其制造方法进行说明。图1是第1实施方式所涉及的光学元件及其制造装置的分解立体图。图2是沿图1的II－II箭头的剖视图。图3是第1实施方式所涉及的光学元件及其制造装置的一部分的俯视图。
制造装置MA1具备第1以及第2加压加热模块（加压构件）2、3。制造装置MA1是在第2加压加热模块3上配置具备顺电体结晶S的光学元件1，将第1加压加热模块2载置于光学元件1之上，通过第1加压加热模块2向光学元件1施加压力来对顺电体结晶S加压的装置。第1加压加热模块2所执行的加压例如也可以与驱动控制装置连接而进行。
第1以及第2加压加热模块2、3都呈大致长方体形状。第1以及第2加压加热模块2、3也作为加热器发挥作用。
光学元件1具备顺电体结晶S、第1按压构件10、第2按压构件20、紧固构件30A～30D和位置固定构件40A～40D。光学元件1采用将顺电体结晶S夹设在第1以及第2按压构件10、20之间的夹入构造。第1以及第2按压构件10、20相互对置，紧固构件30A～30D固定它们之间的间隔。第1以及第2按压构件10、20相互被固定，由于第1以及第2按压构件10、20的间隔被固定，因此通过第1以及第2按压构件10、20向顺电体结晶S施加规定的压力。由于向顺电体结晶S施加压力，因此在顺电体结晶S内产生与该规定的压力对应的应力。
第1按压构件10具有第1板状部件11、第1支承部12、第1主按压部件（主按压部）13。第2按压构件20具有第2板状部件21、第2支承部22、第2主按压部件（主按压部）23。
第1以及第2板状部件11、21的主面都呈四个角被切除的长方形形状。第1板状部件11如图3所示。优选第1以及第2板状部件11、21由具有耐热性，并且热膨胀小的材料构成。因此，第1以及第2板状部件11、21例如也可以由STAVAX（注册商标）等金属材料或者氧化铝等陶瓷材料构成。优选第1以及第2板状部件11、21的主面具有相同的大小以及形状。
在第1板状部件11的四个角分别设置有沿厚度方向贯通的贯通孔。第2板状部件21的四个角分别按照沿厚度方向贯通的方式设置有内螺纹。各内螺纹的位置与形成于第1板状部件11的贯通孔的位置对应。
第1以及第2板状部件11、21按照各自的主面的长边方向的端部从第1以及第2加压加热模块2、3伸出的方式，配置在第1以及第2加压加热模块2、3之间。第1板状部件11上的设置于四个角的4个贯通孔都形成于从第1以及第2加压加热模块2、3伸出的位置。第2板状部件21的4个内螺纹都形成于从第1以及第2加压加热模块2、3伸出的位置。
第1支承部12安装于第1板状部件11的与第2按压构件20对置的那侧的主面上。第1支承部12由2个轨条部件12A、12B构成，该轨条部件12A、12B按照相对于第1板状部件11的主面的长边方向的大致中央相互对称的方式配置。轨条部件12A相对于第1板状部件11的主面的长边方向的大致中央而安装于图1以及图2的－X侧。轨条部件12B相对于第1板状部件11的主面的长边方向的大致中央而安装于图1以及图2的＋X侧。各轨条部件12A、12B沿着第1板状部件11的短边方向延伸。
第2支承部22安装于第2板状部件21的与第1按压构件10对置的那侧的主面上。第2支承部22由2个轨条部件22A、22B构成，该轨条部件22A、22B按照相对于第2板状部件21的主面的长边方向的大致中央相互对称的方式配置。轨条部件22A相对于第2板状部件21的主面的长边方向的大致中央而安装于图1以及图2的－X侧。轨条部件22B相对于第2板状部件21的主面的长边方向的大致中央而安装于图1以及图2的＋X侧。各轨条部件22A、22B沿着第2板状部件21的短边方向延伸。
如图2所示，第1支承部12的各轨条部件12A、12B以及第2支承部22的各轨条部件22A、22B的沿II－II箭头的剖面形状分别呈组合了位于第1以及第2板状部件11、21侧的长方形和与该长方形共用一个边的梯形的形状。第1支承部12的各轨条部件12A、12B的沿II－II箭头的剖面形状中的梯形是朝第1板状部件11变窄的锥形形状。另一方面，第2支承部22的各轨条部件22A、22B的沿II－II箭头的剖面形状中的梯形是朝第2支承部22变窄的锥形形状。
第1以及第2主按压部件13、23分别呈沿第1以及第2板状部件11、21的短边方向延伸的剖面为六边形的棒状。如图2所示，第1以及第2主按压部件13、23的沿II－II箭头的剖面形状分别呈组合了位于第1以及第2板状部件11、21侧的长方形和与该长方形共用一个边的梯形的形状。第1主按压部件13的沿II－II箭头的剖面形状中的梯形是朝远离第1板状部件11的方向变窄的锥形形状。另一方面，第2主按压部件23的沿II－II箭头的剖面形状中的梯形是朝远离第2支承部22的方向变窄的锥形形状。
第1以及第2主按压部件13、23分别由第1以及第2支承部12、22支承。具体而言，第1以及第2主按压部件13、23分别如图2所示，嵌合于第1以及第2支承部12、22的2个轨条部件12A、12B，22A、22B之中。因此，嵌入第1以及第2支承部12、22的各自的2个轨条部件12A、12B，22A、22B之中的第1以及第2主按压部件13、23，通过沿着轨条部件12A、12B，22A、22B移动，能够从第1以及第2支承部12、22装卸。
第1以及第2主按压部件13、23都分别包含夹着顺电体结晶S对置且与其直接接触的面13a、23a。第1以及第2主按压部件13、23的与顺电体结晶S接触的面13a、23a都按照覆盖顺电体结晶S的整个面的方式形成。
紧固构件30A～30D将按照夹着顺电体结晶S而对置的方式配置的第1板状部件11和第2板状部件21相互固定。即，紧固构件30A～30D固定第1以及第2板状部件11、21之间的间隔。由此，第1以及第2主按压部件13、23之间的间隔被固定。
紧固构件30A～30D分别具有螺栓31A～31D和垫圈32A～32D。
各螺栓31A～31D按照从第1板状部件11朝向第2板状部件21延伸的方式，通过形成于第1板状部件11中的贯通孔，来与形成于第2板状部件21中的内螺纹螺合。即，与设置于第2板状部件21的四个角的内螺纹一并作为紧固构件30A～30D而发挥作用。
位置固定构件40A～40D分别具有绝热用接箍41A～41D和销42A～42D。绝热用接箍41A～41D分别固定于第1板状部件11。各绝热用接箍41A～41D呈圆柱状，按照一底面与第1板状部件11接触的方式安装于第1板状部件11。绝热用接箍41A～41D由具有耐热性，并且由热传导率极小的材料构成。
绝热用接箍41A、41B配置于螺栓31A、31B与第1支承部12的轨条部件12A之间。当向第1板状部件11的长边方向观察时，绝热用接箍41A、41B按照顺电体结晶S位于其中间的方式配置。
绝热用接箍41C、41D配置于螺栓31C、31D与第1支承部12的轨条部件12B之间。当向第1板状部件11的长边方向观察时，绝热用接箍41C、41D按照顺电体结晶S位于其中间的方式配置。
销42A～42D分别固定于第2板状部件21。各销42A～42D与绝热用接箍41A～41D呈底面的大小相同的圆柱状，各销42A～42D按照一底面与第2板状部件21接触的方式安装于第2板状部件21。当使第2板状部件21与第1板状部件11对置时，销42A～42D被配置于能够与绝热用接箍41A～41D分别相互嵌合而构成一根圆柱的位置。即，绝热用接箍41A～41D直列地进入销42A～42D。销42A～42D由具有耐热性的材料构成。
第1以及第2主按压部件11、21按照下述方式配置，即在它们之间，各绝热用接箍41A～41D与所对应的销42A～42D一起形成一根圆柱。因此，具备绝热用接箍41A～41D以及销42A～42D的位置固定构件40A～40D能够固定第1以及第2按压构件10、20之间的相对位置。另外，绝热用接箍41A～41D起到增大第1以及第2按压构件10、20之间的热阻的作用。
由图1以及图2可知，在处于被第1以及第2按压构件10、20保持的状态的顺电体结晶S中，当从X方向以及Y方向观察顺电体结晶S时，在沿X方向的一直线上以及沿Y方向的一直线上的任意一方只配置有顺电体结晶S。即，光学元件1沿X方向以及Y方向具有开放部。X方向以及Y方向与以最短距离连结第1以及第2板状部件11、21的直线方向（Z方向）正交。
顺电体结晶S由作为顺电体的水晶构成，该顺电体具有极性沿极性周期方向周期性地反转的周期结构。即，顺电体结晶S中形成有如图4所示那样的极性沿极性周期方向K而周期性地反转的周期结构。在顺电体结晶S中，如图4的箭头P1、P2所示那样，按每个相干长度Lc使极性反转。因此，极性的反转周期d为相干长度Lc的2倍。由此，使基波L1沿着出现极性的反转周期的方向入射到顺电体结晶S之时，相位被匹配，从而能够产生二次谐波L2。即，顺电体结晶S作为避免二次谐波彼此相互抵消的准相位匹配元件而发挥作用。
在光学元件1中，通过位置固定构件40A～40D固定第1以及第2按压构件10、20之间的间隔，从而使规定的压力借助第1以及第2按压构件10、20，沿与极性周期方向K交叉的方向，更优选沿大致正交的方向施加于顺电体结晶S。
另外，优选顺电体结晶S被配置成其极性周期方向K与图1～图3中的X方向或者Y方向平行。
接下来，参照图5，对本实施方式的光学元件的制造方法进行说明。图5是用于说明本实施方式的光学元件的制造方法的流程图。
首先，在第1以及第2按压构件10、20的第1以及第2主按压部件13、23之间配置顺电体结晶S，借助第1以及第2按压构件10、20，以规定的压力，沿以最短距离连结第1以及第2按压构件10、20的直线方向按压顺电体结晶S（按压步骤S101）。
具体而言，首先，准备夹于第1以及第2按压构件10、20之间的顺电体结晶S。即，在第2按压构件20的第2主按压部件23上载置顺电体结晶S，进而，在该顺电体结晶S上，按照第1主按压部件13的一部分与顺电体结晶S接触的方式载置第1按压构件10。由此，得到夹于第1以及第2按压构件10、20之间的顺电体结晶S。
在顺电体结晶S上载置第1按压构件10之时，设置于第1板状部件11中的绝热用接箍41A～41D与设置于第2板状部件21中的销42A～42D嵌合。
将由此得到的夹设于第1以及第2按压构件10、20之间的顺电体结晶S，按照顺电体结晶S与第2加压加热模块3位于相反侧的方式，载置在第2加压加热模块3的上表面上。接下来，在第1按压构件10上载置第1加压加热模块2。然后，利用使用了气压缸或者油压缸的加压装置（省略图示）来按压第1加压加热模块2，从而将压力缓缓地施加于第1按压构件10的第1板状部件11。通过按压第1加压加热模块2来对第1以及第2按压构件10、20进行加压，由此顺电体结晶S会以规定的压力被按压（按压步骤S101）。此时，优选在第1加压加热模块2与第1按压构件10之间，以及在第2加压加热模块3与第2按压构件20之间，涂敷二硫化钼等润滑剂。由于涂敷了润滑剂，在各个加压加热模块与按压构件之间，确保滑动方向的自由度，因此即使在第1加压加热模块2与第2加压加热模块3之间产生了横向的位置偏差的情况下，施加于结晶的压力的方向也不会变化，能够正确地形成周期结构。
这里，在按压步骤S101中，按照第1按压构件10比第2按压构件20温度高的方式，一边对第1以及第2板状部件11、21加热，一边按压第1加压加热模块2，来向第1板状部件11施加压力。即，在按压步骤S101中，在顺电体结晶S在第1按压构件10侧与第2按压构件20侧具有温差的状态下，经第1以及第2按压构件10、20按压顺电体结晶S。
在温度相对高一些的第1按压构件10的第1主按压部件13的、与顺电体结晶S对置的面上周期性地形成有凹凸。因此，通过第1加压加热模块2按压而向第1板状部件11施加压力，会导致形成于第1主按压部件13的周期性的凸部按压顺电体结晶S。优选，第1主按压部件13的凹凸形成为其周期沿着X方向或者Y方向。
接下来，使用正交尼科耳法，通过目测来确认是否在顺电体结晶S内，沿着与第1主按压部件13的凹凸的周期方向相同的周期方向，形成有周期性极性反转结构。此时，例如，可以从与第1主按压部件13的凹凸的周期方向正交的方向观察顺电体结晶S来进行确认。在顺电体结晶S内形成的周期性极性反转结构的周期方向即极性周期方向K由第1主按压部件13的凹凸的周期方向来决定。
而且，确认了在顺电体结晶S内形成有周期性极性反转结构之后，紧固紧固构件30A～30D的螺栓31A～31D。由此，第1以及第2按压构件10、20之间的间隔，更具体而言是第1以及第2主按压部件11、21之间的间隔通过紧固构件30A～30D被固定（紧固步骤S102）。此时，通过紧固构件30A～30D固定的第1以及第2按压构件10、20之间的间隔与形成顺电体结晶S内的周期性极性反转结构的压力对应。通过紧固构件30A～30D进行的第1以及第2按压构件10、20之间的间隔的固定，可以不必等待通过温度控制来冷却第1以及第2按压构件10、20而直接进行。
紧固步骤S102之后，从第1以及第2加压加热模块2、3之间将由第1以及第2按压构件10、20保持的顺电体结晶S连同第1以及第2按压构件10、20一并取出（取出步骤S103）。此时，第1以及第2按压构件10、20通过紧固构件30A～30D来固定其间隔。而且，直接取出的由第1以及第2按压构件10、20保持的顺电体结晶S能够在自然冷却后的状态下作为元件被利用。
在光学元件1中，在顺电体结晶S内形成了周期性极性反转结构的状态下，通过紧固构件30A～30D来固定第1以及第2按压构件10、20之间，更具体而言是第1以及第2主按压部件13、23之间的间隔。因此，光学元件1可以对顺电体结晶S持续施加形成以及维持周期性极性反转结构所需的压力。紧固步骤S102也能够与取出步骤S103同时并行地进行。即，通过紧固螺栓31A～31D来略微增加施加于顺电体结晶S的负荷，与此同时或者随后，使通过加压加热模块2、3施加的负荷减少相同的量。重复以上的步骤，最终，形成所有的负荷由螺栓31A～31D来负荷的状态后，从第1以及第2加压加热模块2、3之间将顺电体结晶S连同第1以及第2按压构件10、20一起取出。根据该步骤，可以维持在顺电体结晶S中形成有周期性极性反转结构的状态不变，将由加压加热模块2、3施加的负荷顺利地置换为由按压构件10、20产生的负荷。
因此，在光学元件1中，可以使通过外力得到的顺电体结晶S内的极性反转结构不会消失，在顺电体结晶S内永久地存在。即，在不存在用于使反转状态稳定化的物理机构的顺电体即顺电体结晶S中，能够在能量上使极性反转状态稳定化。
另外，由此，可以容易且稳定地提供由顺电体材料构成的准相位匹配元件。结果，能够解决或改善如下的问题，即、为了使极性反转分区残存，而在元件制造时，对按周期、元件尺寸进行的实验参数的探索需要付诸相当多的劳力，且难以再现的、在元件开发、制造上的最大问题，从而可以较大地拓展波长变换元件的可能性。另外，如此，使具有极性反转结构的残存更困难的短周期结构，特别是周期在10μm以下的周期结构的元件的开发更加容易进行，从而可以极大地推进真空紫外光等短波长发生用元件的开发。
第1按压构件10的第1主按压部件13中周期性地形成有凹凸。因此，第1按压构件10会仅用周期性地形成的凸起的部分按压顺电体结晶S。因此，能够容易地得到具有周期性的极性反转结构的顺电体结晶S。
另外，优选，极性反转结构从顺电体结晶S的一端侧向与其对置的另一端侧形成。由此，利用越变为高温相，越容易使极性反转的特性，能够在将顺电体结晶S夹于中间的第1以及第2按压构件10、20之间设置温度差，从高温的第1按压构件10侧形成极性反转结构。
光学元件1具备固定第1以及第2按压构件10、20之间的相对位置关系的位置固定构件40A～40D。可以在向第1以及第2按压构件施加压力的期间内，抑制第1以及第2按压构件10、20发生偏移。
在光学元件1中，当从以最短距离连结第1以及第2按压构件10、20的第1以及第2板状部件11、21的直线方向（Z方向）的正交的X方向以及Y方向观察顺电体结晶S时，在沿着X方向以及Y方向的一直线上只配置有顺电体结晶S。因此，在X方向或者Y方向上用肉眼观察光学元件时，视野范围内没有遮挡物，因而较佳。另外，当沿X方向或者Y方向向顺电体结晶S入射光时，在光的行进路径上没有遮挡物，因此在使用上较佳。其中，优选，沿顺电体结晶S的极性周期方向K入射光。
紧固构件30A～30D的紧固若是在光学元件1渐渐冷却到某程度后进行，则螺栓固定时的扭矩（施加外力）会变得小很多。但是，即使在温度、压力急剧地降低的情况下，极性反转结构也能够残存。
顺电体结晶S是水晶。水晶的吸收端波长在150nm以下。因此，利用水晶得到的准相位匹配元件可以产生200nm以下的短波长的二次谐波。
这里，在反转结构的制作中，利用水晶固有的双晶-道芬双晶来作为水晶。该双晶具有在将水晶作为准相位匹配元件使用时所必备的与非线性极化的主轴相当的a轴的反转结构。如图6所示，道芬双晶作为水晶的β相（高温相）向α相（低温型）进行相转移时产生的双晶而被公知，具有c轴作为双晶轴，位于双晶关系（twin）的区域彼此具有a轴相互反转的180°旋转的关系。水晶的高温相是高温型石英六方晶系，水晶的低温相是低温型石英三方晶系。道芬双晶是双晶轴为c轴的双晶。
双晶的形成是利用伴随外力施加的晶系的吉布斯能量变化。是利用了在按压引起的晶系的吉布斯能量的增加之时，与保持原状态相比，通过变成双晶来使结晶方位旋转后，能量增加少的性质。晶系的吉布斯能量的变化量用以下的式（1）来表现。
[数学式1]
G = - ( ∫ Σ k = 1 3 Σ l = 1 3 S kl d T kl + ∫ Σ i = 1 3 D i d E i + ∫ Σ i = 1 3 B i d H i ) - ∫ κ Entpopy d Θ Temp . . . ( 1 )
这里Skl是变形张量，Tkl是应力张量，Di是电通量密度张量，Ei是电场张量，Bi是磁通量密度张量，Hi是磁场张量，κ是熵，Θ表示温度。这里，没有温度变化、磁场变化、电场变化，因此式（1）被简略化为以下的式（2）。
[数学式2]
G = - ∫ Σ k = 1 3 Σ l = 1 3 S kl d T kl . . . ( 2 )
这里，变形张量Skl能够用应力张量Tij与弹性柔量sklij表示为式（3）。
[数学式3]
S kl = Σ i = 1 3 Σ j = 1 3 s klij T ij . . . ( 3 )
因此，根据式（2）以及式（3），可以得到以下的式（4）。
[数学式4]
G = - 1 2 Σ i = 1 3 Σ j = 1 3 Σ k = 1 3 Σ l = 1 3 s klij T ij T kl . . . ( 4 )
另一方面，当形成道芬双晶，发生了结晶方位的旋转时，晶系的弹性柔量sijkl的张量成分中会产生变化。若将此时的弹性柔量定义为sijkl（twin），将产生双晶（结晶方位反转）时的吉布斯能量的变化量设为G（twin），则得到以下的式（5）。
[数学式5]
G ( twin ) = - 1 2 Σ i = 1 3 Σ j = 1 3 Σ k = 1 3 Σ l = 1 3 s klij ( twin ) T ij T kl . . . ( 5 )
产生双晶的条件是G（twin）比G小时。因此，按照以下的式（6）为负的方式，选择应力张量成分，即选择按压的结晶方位，从而能够得到双晶的产生、与此相伴的结晶方位的旋转、作为结果的极性轴（a轴）的反转。
[数学式6]
ΔG = G ( twin ) - G = - 1 2 Σ i = 1 3 Σ j = 1 3 Σ k = 1 3 Σ l = 1 3 ( s klij ( twin ) - s klij ) T ij T kl . . . ( 6 )
通过利用该原理，可以在水晶的单结晶内形成周期性极性反转结构。另外，通过准相位匹配元件也可以产生高次谐波，其中，该准相位匹配元件利用了形成有该周期性极性反转结构的水晶。
利用伴随这样的外力施加的吉布斯能量的变化的极性反转的形成技术，在不可能实现电场施加极化反转的诸多顺电体材料中也能够形成周期性极性反转结构，结果，成为能够制作准相位匹配元件这一潜立巨大的技术。
对于铁电体的极化反转结构，由于铁电体具有自发极化，因此在相邻的分区之间产生自发极化的反转。结果，在铁电体中，产生静电能量的减少，可以促进反转结构的稳定化。
另一方面，在顺电体的周期性极性反转结构中，在单结晶内，存在多个相邻的极性反转分区的边界，这与反转前的状态相比，会带来能量上的不利。即，相邻的极性反转分区的边界的存在是以如下的驱动力的作用而得到的，该驱动力为超过了用于再反转的活性化能量，使反转了一次的分区再次反转，来欲返回不存在分区边界的原来的状态的驱动力。因此，在不具有自发极化的顺电体的极性反转结构中，如铁电体的极化反转结构的情况那样，不能引起静电的能量的稳定化。因此，存在容易引起反转分区的再反转，以及由此引起的周期性极性反转结构的消失这一问题。
这种情况，作为积蓄在晶系中的能量如下。通过利用了顺电体的外力施加极性反转来形成的周期性极性反转结构的晶系的能量，能够用以下的式（7）表现。
[数学式7]
ΔG + Σ i = 1 n γ Domain - Wall i . . . ( 7 )
= - 1 2 Σ i = 1 3 Σ j = 1 3 Σ k = 1 3 Σ l = 1 3 ( s klij ( twin ) - s klij ) T ij T kl + Σ i = 1 n γ Domain - Wall i
这里，γDomai-Wall i表示第i个分区边界的界面能量，越增加i的数量，晶系的能量越增加，成为使反转分区再反转（反转结构的消失）的驱动力。
另一方面，通过利用了铁电体的电场施加极化反转来形成的周期性极化反转结构的晶系的能量能够用以下的式（8）来表现。
[数学式8]
- Σ j = 1 3 P j Spon tan eous E j - 1 2 Σ i = 1 3 Σ j = 1 3 ( ϵ ij ( twin ) - ϵ ij ) E i E j + Σ i = 1 n γ Domain - Wall i - Σ j = 1 n - 1 η Domain i . . . ( 8 )
这里，PSpontanouss j表示自发极化的张量的j成分，εij表示介电张量，而且，ηDomain i表示伴随分区产生的静电的稳定化能量。
比较式（7）与式（8）可知，在去掉用于周期结构形成的外力时，即，在元件不受制造装置的约束的状态下的晶系的能量中，具有较大的差。若通过利用顺电体作为元件的外力施加极性反转，来使作为外力的施加压力Tkl为0，则晶系的能量从式（7），变为以下的式（9）。
[数学式9]
Σ i = 1 n γ Domain - Wall i . . . ( 9 )
根据式（9）可知，晶系的能量按分区边界的数量的程度上升了。
另一方面，在利用了铁电体的电场施加极化反转中，若使作为外力的施加电场Ej为0，则晶系的能量如下式（10）所示。
[数学式10]
Σ i = 1 n γ Domain - Wall i - Σ i = 1 n - 1 η Domain i . . . ( 10 )
根据式（10）可以理解：该情况下，虽然晶系的能量上升了分区边界的数量程度，但是也能够确认因静电的能量引起的晶系的能量降低。
因此，对于反转后的分区超过了再反转的活性化能量而引起再反转，即，反转结构消失的可能性而言，可知，与使用了铁电体的极化反转结构相比，使用了顺电体的极性反转结构要高得多。
这样，利用外力施加极性反转来形成的周期性极性反转结构，利用上述理论也能够明确，难以使一度形成的反转分区残存。因此，对按周期、元件尺寸进行的实验参数的探索需要付诸相当多的劳力，且还很难再现。因此，维持周期性极性反转结构在元件的开发以及制造中是极为有益的。
如上所述，在利用顺电体的情况下，与利用存在因静电能量引起的反转结构的能量稳定化机构的铁电体的情况不同，在形成的极性反转结构中，不存在用于使反转状态稳定化的物理结构。相对于此，在不存在自发极化的顺电体中，对于在能量上使极性反转状态稳定化的方法，最为合理的是应用外力施加引起的晶系的吉布斯能量变化的方法。
而且，本申请发明者等想到了为了在能量上使反转结构稳定化，对于形成了一次反转结构的顺电体的元件，继续施加外力，从而维持反转分区的能量稳定化机构。该情况下，最有效果的是在反转结构形成后，立即用有别于制造装置的负荷的机构向元件继续施加外力。
研究的结果，还发现了通过制造装置形成反转结构后，反转结构的稳定化所需的外力与制造时的外力相比，相当地小。
在本实施方式中，通过在制造装置MA1的第1以及第2加压加热模块2、3与顺电体结晶S之间，加入第1以及第2板状部件11、21，顺电体结晶S会经由第1以及第2板状部件11、21间接地被制造装置MA1按压。本实施方式的顺电体结晶S的晶系的能量增加如下式（11）。
[数学式11]
- 1 2 Σ i = 1 3 Σ j = 1 3 Σ k = 1 3 Σ l = 1 3 ( s klij ( twin ) - s klij ) T ij T kl + Σ i = 1 n γ Domain - Wall i . . . ( 11 )
根据式（9）与式（11）的比较明确可知，在本实施方式的光学元件1的顺电体结晶S的晶系中，可以增加可降低能量的项。另外，该情况下，通过调整紧固构件30A～30D的扭矩，能够控制式（11）的Tkl的量，因此还可以进行根据状况的晶系的能量控制。
图7表示第1实施方式的光学元件及其制造装置的变形例的分解立体图。第1实施方式的变形例的光学元件1A如图7所示，不具备位置固定构件40A～40D。在该情况下，如图7所示，第1以及第2支承部12、22的轨条部件12A、12B以及22A、22B的X方向上的宽度也可以比第1实施方式的光学元件1的情况长。优选，从轨条部件12A的－X侧端部到轨条部件12B的＋X侧端部的长度与第1加压加热模块2的X方向的宽度相同。优选从轨条22A的－X侧端部到轨条22B的＋X侧端部的长度与第2加压加热模块3的X方向的宽度相同。
（第2实施方式）
参照图8～图10，对第2实施方式的光学元件5的构成及其制造方法进行说明。第2实施方式的光学元件5在光学元件5由按压支承构件支承的点上，与第1实施方式的光学元件5不同。
图8是第2实施方式的光学元件及其制造装置的分解立体图。图9是沿图8的XV－XV箭头的剖视图。图10是第2实施方式的光学元件及其制造装置的一部分的俯视图。
制造装置MA1具备第1以及第2加压加热模块（加压构件）2、3。具备顺电体结晶S的光学元件5被按压支承构件8支承。按压支承构件8按照使光学元件5成为一体的方式进行支承。而且，光学元件5在被按压支承构件8支承的状态下，配置于第1以及第2加压加热模块（加压构件）2、3之间。
光学元件5具备顺电体结晶S、第1按压构件50、第2按压构件60和紧固构件70A～70F。光学元件5采用在第1以及第2按压构件50、60之间夹入顺电体结晶S的夹入构造。第1以及第2按压构件50、60夹着顺电体结晶S对置，紧固构件70A～70F固定它们的间隔。由于第1以及第2按压构件50、60的间隔被固定，因此经由第1以及第2按压构件50、60向顺电体结晶S施加规定的压力。由于向顺电体结晶S施加压力，因此在顺电体结晶S内，产生与该压力对应的应力。
第1按压构件50具有第1板状部件51、第1支承部52和第1主按压部件53。第2按压构件60具有第2板状部件61、第2支承部62和第2主按压部件63。第1以及第2板状部件51、61的主面如图10所示，呈四个角带圆弧的大致长方形形状。优选第1以及第2板状部件51、61的主面具有相同大小以及形状。
如图10所示，在第1板状部件51中，以主面的中央位置为中心设置有6个沿厚度方向贯通的贯通孔51a～51f。在第2板状部件61中，在与第1板状部件51的贯通孔51a～51f对应的位置设置有沿厚度方向贯通的内螺纹。
第1以及第2板状部件51、61形成得比第1以及第2加压加热模块2、3的载置光学元件5的面小。
第1支承部52安装于第1板状部件51的、与第2按压构件60对置侧的主面上。第1支承部52由2个轨条部件52A、52B构成，该2个轨条部件52A、52B被配置成相对于第1板状部件51的主面的长边方向的大致中央相互对称。第2支承部62安装于第2板状部件61的与第1按压构件50对置侧的主面上。第2支承部62由2个轨条部件62A、62B构成，该2个轨条部件62A、62B被配置成相对于第2板状部件61的主面的长边方向的大致中央相互对称。
第1以及第2主按压部件53、63分别呈沿第1以及第2板状部件51、61的短边方向延伸的剖面为六边形的棒状。
第1以及第2主按压部件53、63分别由第1以及第2支承部52、62支承。具体而言，第1以及第2主按压部件53、63分别如图9所示，嵌合于第1以及第2支承部52、62的2个轨条部件52A、52B以及62A、62B。
第1以及第2主按压部件53、63分别包含夹着顺电体结晶S对置且直接接触的面53a、63a。第1以及第2主按压部件53、63的与顺电体结晶S接触的面53a、63a都形成为覆盖顺电体结晶S的整个面。
6根螺栓的紧固构件70A～70F固定夹着顺电体结晶S对置地配置的第1板状部件51的主面与第2板状部件61的主面。即，紧固构件70A～70F固定第1以及第2板状部件51、61之间的间隔。由此，第1以及第2主按压部件53、63之间的间隔被固定。
各紧固构件70A～70F按照从第1板状部件51朝向第2板状部件61延伸的方式，贯通形成于第1板状部件51中的贯通孔，并与形成于第2板状部件61的内螺纹螺合。即，与设置于第2板状部件61的四个角的内螺纹一并作为紧固构件70A～70D而发挥功能。
各紧固构件70A～70F在第1以及第2按压构件50、60配置于第1以及第2加压加热模块2、3之间时，位于第1以及第2板状部件51、61的被第1以及第2加压加热模块2、3覆盖的区域的内侧。
如图8以及图9明示的那样，在被第1以及第2按压构件50、60保持的状态的顺电体结晶S中，当沿Y方向观察顺电体结晶S时，沿着Y方向的一直线上只配置顺电体结晶S。即，光学元件5沿Y方向具有开放部。Y方向与以最短距离连结第1以及第2板状部件51、61的直线方向（Z方向）正交。
按压支承构件8具备第1按压支承板81、第2按压支承板82、螺栓83A～83D、垫圈84A～84D、绝热用接箍85A～85D和销86A～86D。
第1以及第2按压支承板81、82是中央部在厚度方向上具有长方形形状的开口的板状部件。第1以及第2按压支承板81、82的主面如图10所示，呈四个角被切除的长方形形状。优选第1以及第2按压支承板81、82与第1以及第2板状部件51、61同样，由具有耐热性并且热膨胀小的材料构成。因此，第1以及第2按压支承板81、82例如也可以由STAVAX（注册商标）等金属材料或者氧化铝等陶瓷材料构成。
在第1按压支承板81的开口部中嵌入第1板状部件51，呈成为一体的板状。如图9所示，在第1按压支承板81的开口部的侧面以及第1板状部件51的侧面，相互匹配地形成段差，通过这些段差，第1按压支承板81以及第1板状部件51被卡合。
第2按压支承板82的开口部中嵌入第2板状部件61，呈成为一体的板状。如图9所示，在第2按压支承板82的开口部的侧面以及第2板状部件61的侧面，相互匹配地形成段差，通过这些段差，第2按压支承板82以及第2板状部件61被卡合。
在第1按压支承板81的四个角的每一个中，设置有沿厚度方向贯通的贯通孔。在第2按压支承板82的四个角的、分别与形成于第1按压支承板81的贯通孔对应的位置上，设置有沿厚度方向贯通的内螺纹。
第1以及第2按压支承板81、82按照各个主面的长边方向的端部从第1以及第2加压加热模块2、3伸出的方式，配置于第1以及第2加压加热模块2、3之间。设置于四个角的4个贯通孔分别都形成于从第1以及第2加压加热模块2、3伸出的位置。
各螺栓83A～83D按照从第1按压支承板81朝向第2按压支承板82延伸的方式，通过形成于第1按压支承板81的贯通孔，与形成于第2按压支承板82的内螺纹螺合。各螺栓83A～83D在第1以及第2按压构件50、60配置于第1以及第2加压加热模块2、3之间时，位于第1以及第2板状部件51、61以及第1以及第2按压支承板81、82的被第1以及第2加压加热模块2、3覆盖的区域的外侧。
绝热用接箍85A～85D分别固定于第1按压支承板81。各绝热用接箍85A～85D呈圆柱状，按照一底面与第1按压支承板81接触的方式安装于第1按压支承板81。绝热用接箍85A、85B配置于螺栓83A、83B与光学元件5之间。绝热用接箍85C、85D配置于螺栓83C、83D与光学元件5之间。
销86A～86D分别固定于第2按压支承板82。各销86A～86D呈底面的大小与绝热用接箍85A～85D相同的圆柱状，按照一底面与第2按压支承板82接触的方式安装于第2按压支承板82。当使第2按压支承板82夹着顺电体结晶S与第1按压支承板81对置时，销86A～86D配置于分别与绝热用接箍85A～85D嵌合而构成一根圆柱的位置。销86A～86D由具有耐热性的材料构成。
第1以及第2按压支承板81、82按照在它们之间各绝热用接箍85A～85D与对应的销86A～86D一起形成一根圆柱的方式配置。因此，绝热用接箍85A～85D以及销86A～86D能够固定第1以及第2按压支承板81、82之间的相对的位置。
如图8以及图9所明示的那样，在被第1以及第2按压构件50、60保持的状态下的顺电体结晶S中，当从X方向观察顺电体结晶S时，沿X方向存在只配置有顺电体结晶S的直线。即，光学元件5沿X方向具有开放部。X方向与以最短距离连结第1以及第2板状部件51、61的直线方向（Z方向）正交。
如图4所示，顺电体结晶S由作为顺电体的水晶构成，该顺电体具有极性沿极性周期方向K而周期性地反转的周期结构。
接下来，参照图11，对本实施方式的光学元件的制造方法进行说明。图11是用于说明本实施方式的光学元件的制造方法的流程图。
首先，分别使第1按压构件50与第1按压支承板81卡合，使第2按压构件60与第2按压支承板82卡合。其次，在与第2按压支承板82卡合的第2按压构件60的第2主按压部件63上载置顺电体结晶S，进而，在该顺电体结晶S上，按照第1主按压部件53与顺电体结晶S接触的方式载置与第1按压支承板81卡合的第1按压构件50。由此，得到夹在第1以及第2按压构件50、60之间的顺电体结晶S。当在顺电体结晶S上载置第1按压构件50时，设置于第1按压支承板81的绝热用接箍85A～85D与设置于第2按压支承板82的销86A～86D嵌合。
按照顺电体结晶S与第2加压加热模块3位于相反侧的方式，在第2加压加热模块3的上表面上载置上述得到的夹于第1以及第2按压构件50、60之间的顺电体结晶S。接下来，在第1按压构件50上载置第1加压加热模块2。而且，通过使用了气压缸或者油压缸的加压装置（省略图示）来按压第1加压加热模块2，从而缓缓地向第1按压构件50的第1板状部件51施加压力。通过按压第1加压加热模块2来对第1以及第2按压构件50、60加压，从而使顺电体结晶S以规定的压力被按压（按压步骤S201）。此时，优选，在第1加压加热模块2与第1板状部件51之间，以及在第2加压加热模块3与第2板状部件61之间，涂敷二硫化钼等润滑剂。通过涂敷润滑剂，来确保在各个加压加热模块与板状部件之间的滑动方向的自由度，从而即使在第1加压加热模块2与第2加压加热模块3之间产生了横向的位置偏差的情况下，施加于结晶的压力的方向也不发生变化，能够正确地形成周期结构。
这里，在按压步骤S201中，按照第1按压构件50的温度比第2按压构件60高的方式，第1以及第2加压加热模块2、3对第1以及第2板状部件51、61进行加热，并同时按压第1加压加热模块2来向第1板状部件51施加压力。即，在按压步骤S201中，顺电体结晶S在第1按压构件50侧与第2按压构件60侧具有温度差的状态下，经由第1以及第2按压构件50、60来按压顺电体结晶S。
在相对温度高的第1按压构件50的第1主按压部件53的、与顺电体结晶S对置的面上周期性地形成有凹凸。因此，通过第1加压加热模块2的负荷被施加于第1板状部件51，形成于第1主按压部件53的周期性的凸部会按压顺电体结晶S。优选，第1主按压部件53的凹凸的周期按照沿着Y方向的方式形成。
接下来，使用正交尼科耳法通过目测确认是否在顺电体结晶S内形成有周期性极性反转结构。此时，例如，从与第1主按压部件53的凹凸的周期方向正交的方向观察来确认顺电体结晶S。而且，确认了在顺电体结晶S内形成有周期性极性反转结构后，紧固螺栓83A～83D。由此，第1以及第2按压支承板81、82之间的间隔，进一步第1以及第2按压构件50、60之间的间隔通过螺栓83A～83D被固定（按压支承构件紧固步骤S202）。此时，由螺栓83A～83D固定的第1以及第2按压支承板81、82之间的间隔与在顺电体结晶S内形成周期性极性反转结构的压力对应。由螺栓83A～83D执行的第1以及第2按压支承板81、82之间的间隔的固定，可以不必等待通过温度控制来冷却第1以及第2按压支承板81、82以及第1以及第2按压构件50、60而直接进行。
按压支承构件紧固步骤S202之后，从第1以及第2加压构件2、3之间取出连同按压支承构件8一并取出光学元件5（取出步骤S203）。此时，第1以及第2按压构件50、60之间的间隔通过按压支承构件8来固定该间隔。而且，被取出的按压支承构件8以及光学元件5通过自然冷却来被冷却后，紧固作为光学元件5的紧固构件的螺栓70A～70D。由此，第1以及第2按压构件50、60之间的间隔，更具体而言，第1以及第2主按压部件51、61之间的间隔通过紧固构件70A～70F被固定（按压构件紧固步骤S204）。
之后，拧下螺栓83A～83D，从光学元件5拆下按压支承构件8（拆卸步骤S205）。由此，得到光学元件5。
在光学元件5中，在顺电体结晶S内形成了周期性极性反转结构的状态下，通过紧固构件70A～70F来固定第1以及第2按压构件50、60之间，更具体而言，第1以及第2主按压部件53、63之间的间隔。因此，在光学元件5中，可以对顺电体结晶S持续施加形成以及维持周期性极性反转结构所需的压力。因此，在光学元件5中，可以使顺电体结晶S内永久存在极性反转结构。
紧固步骤S202也能够与取出步骤S203同时并行地进行。即，通过紧固螺栓83A～83D来略微增加施加于顺电体结晶S的负荷，与此同时或者随后，使通过加压加热模块2、3施加的负荷减少相同的量。重复以上的步骤，最终形成所有的负荷由螺栓83A～83D来负荷的状态后，从第1以及第2加压加热模块2、3之间连同第1以及第2按压构件50、60一并取出顺电体结晶S。根据该步骤，可以维持在顺电体结晶S中形成有周期性极性反转结构的状态不变，将由加压加热模块2、3施加的负荷顺利地置换为由按压构件50、60产生的负荷。
第1按压构件50的第1主按压部件53中周期性地形成有凹凸。因此，第1按压构件50会仅用周期性地形成的凸起的部分按压顺电体结晶S。因此，能够容易地得到具有周期性的极性反转结构的顺电体结晶S。
另外，优选，极性反转结构从顺电体结晶S的一端侧向与其对置的另一端侧形成。由此，能够利用越变为高温相，越容易使极性反转的特性，在将顺电体结晶S夹于中间的第1以及第2按压构件10、20之间设置温度差，从高温的第1按压构件50侧形成极性反转结构。
在光学元件5中，当从以最短距离连结第1以及第2按压构件50、60的第1以及第2板状部件51、61的直线方向（Z方向）的正交的Y方向观察顺电体结晶S时，存在只配置有顺电体结晶S的直线。因此，当使光沿着Y方向入射到顺电体结晶S中时，在光的行进路径上没有遮挡物，因而在使用上较佳。其中，优选光沿着顺电体结晶S的极性周期方向K入射。
顺电体结晶S是水晶。因此，可以产生200nm以下的短波长的二次谐波。
光学元件5通过使用按压支承构件8，可以具有比加压加热模块2、3小的按压构件50、60。即，固定第1以及第2按压构件50、60之间的间隔的紧固构件70A～70F是为了维持由第1以及第2加压加热模块2、3施加所需的压力时的第1以及第2按压构件50、60之间的间隔而紧固用的构件。但是，若推进第1以及第2按压构件50、60的小型化，则按压构件50、60会比加压加热模块2、3小，结果，由加压加热模块2、3进行加压之时，紧固构件70A～70F会被夹于加压加热模块2、3之间。那样的情况下，在加压加热模块2、3施加所需的压力时，实际上无法紧固紧固构件70A～70F。
对于这样的问题，如本实施方式那样，通过使用按压支承构件8，可以使按压构件50、60小型化。即，通过紧固按压支承构件8的螺栓83A～83D，第1以及第2按压构件50、60之间的间隔也被固定，因此在从第1以及第2加压加热模块2、3之间取出光学元件5后，也能够按照使第1以及第2按压构件50、60的间隔固定不变的方式来紧固紧固构件70A～70F。
另外，按压支承构件8仅由螺栓83A～83D固定，因此通过拧下螺栓83A～83D，能够从光学元件5中简单地将其卸下。由此，可以利用小型化的光学元件5。
（第3实施方式）
接下来，作为第3实施方式，对将第1实施方式的光学元件用作波长变换元件的光源装置进行说明。图12是使波长为1544nm的固体激光源产生波长为193nm的8倍频波的光源装置的构成图。在图12中，具有DFB构造的InGaAsP系半导体激光器100，通过未图示的温度调节机构进行温度控制，以便以波长1544nm进行振荡。从半导体激光器100出射的波长为1544nm的光在单模光纤101中传播，通过隔离器102，再次在单模光纤101中传播。半导体激光器103能够使波长980nm的光或者波长1480nm的光振荡。来自半导体激光器103的光通过单模光纤104，在光合波装置105中与波长为1544nm的光合流，从而入射到掺杂了稀土类元素铒（Er）的光纤106中。这里掺铒光纤106被来自半导体激光器103的光励起，具有放大波长为1544nm的光的效果。
通过光纤106放大后的光从光纤端面或者连接器端面107作为出射光108向空间射出，通过透镜109入射到第一波长变换元件110，产生波长为772nm的2倍频波111。这里，第一波长变换元件110是由前述的第1实施方式的光学元件构成的波长变换元件。第一波长变换元件110所包含的顺电体结晶中，对于波长为1544nm的入射光，二次谐波满足准相位匹配条件的方式，形成周期性极性反转结构，进而，经由一对按压构件来施加规定的压力。
在第一波长变换元件110中产生的波长为772nm的2倍频波111经由透镜112入射到第二波长变换元件113，产生波长为386nm的4倍频波114。这里，第二波长变换元件113是前述的第1实施方式的光学元件构成的波长变换元件。第二波长变换元件113所包含的顺电体结晶中，对于波长772nm的入射光，二次谐波满足准相位匹配条件的方式，形成周期性极性反转结构，进而，经由一对按压构件施加规定的压力。
在第二波长变换元件113中产生的波长为386nm的4倍频波114经由透镜115入射到第三波长变换元件间116，产生波长为193nm的8倍频波117。这里，第三波长变换元件间116是前述的第1实施方式的光学元件构成的波长变换元件。第三波长变换元件间116所包含的顺电体结晶中，对于波长386nm的入射光，二次谐波满足准相位匹配条件的方式，形成周期性极性反转结构，进而，经由一对按压构件来施加规定的压力。更具体而言，当第三波长变换元件间116所包含的顺电体结晶是水晶时，为了进行5次准相位匹配，以约9.6μm的周期形成极性反转结构既可。
具有以上的构成的光源装置，使用第1实施方式的光学元件作为波长变换元件，因此能够永久维持由顺电体结晶构成的准相位匹配元件的极性反转结构，能够稳定地产生短波长的激光。
以上，对本发明的优选的实施方式详细地进行了说明，但本发明不限于上述实施方式以及变形例。例如，也可以不在与第1按压构件10、50的主按压部件11、51对置的顺电体结晶S的面上，周期性地形成凹凸，而在第1按压构件10、50的主按压部件11、51的、与顺电体结晶S对置的面上周期性地形成凹凸。或者，也可以在主按压部件11、51以及顺电体结晶S上都不形成凹凸。或者，也可以不在与第1按压构件的主按压部件11、51对置的顺电体结晶S的面上，而在与第2按压构件的主按压部件21、61对置的顺电体结晶S的面上周期性地形成凹凸。
当沿着以最短距离连结第1以及第2按压构件10、50、20、60的相互对置的面的直线方向（Z方向）的正交的方向观察光学元件时，也可以在沿着该方向的一直线上配置光学元件以外的元件。光学元件1也可以不具备位置固定构件40A～40D。顺电体结晶S是顺电体即可，也可以不是水晶。
第1以及第2加压加热模块2、3也可以不具有加热功能，光学元件1、5在按压步骤中可不被加热。
紧固构件30A～30D、70A～70F的数量不限于上述实施方式以及变形例中记载的数量，例如可以是3个以下，或者可以是7个以上。另外，紧固构件30A～30D、70A～70F不限于螺栓以及内螺纹的组合，只要你能够固定第1以及第2按压构件10、50、20、60之间的间隔，按照向它们之间施加规定的压力的方式将彼此紧固即可。
第1以及第2按压构件10、50、20、60不限于上述实施方式以及变形例中记载的构成。因此，例如，第1以及第2主按压部件13、52、23、63也可以不被支承部12、52、22、62支承，例如也可以直接固定于板状部件11、51、21、61。另外，也可以不具有第1以及第2板状部件11、51、21、61，而由紧固构件30A～30D、70A～70F直接固定第1以及第2主按压部件13、52、23、63之间的间隔。或者，也可以不具有第1以及第2主按压部件13、52、23、63，第1以及第2主按压部件13、52、23、63具有与顺电体结晶S直接接触的部分（主按压部）。
作为本发明的其他实施方式，可以举出具备上述实施方式的光源装置的曝光装置、检查装置、以及加工装置。这些装置的除了光源装置的部分的构成，其他结构可以是例如国际公开第2008/010417号手册记载的构成。作为实施方式之一的曝光装置是作为半导体或者显示器件的制造步骤之一的光刻步骤中使用的曝光装置，具有所述光源装置；形成规定的曝光图案的图案形成部；保持曝光对象部的对象物保持部；向图案形成部照射从光源装置出射的光的照明光学系统；和投影光学系统，其向被所述对象物保持部保持的曝光对象物投影来自图案形成部的光。这里，曝光图案形成部可以包含保持光掩模的掩模保持部，也可以包含根据输入信号形成希望的反射图案的微镜器件等图案形成构件を。在上述曝光装置中，从光源装置输出的光通过照明光学系统被导入图案形成部，在图案形成部中形成的曝光图案经由投影光学系统被投影到半导体晶片等曝光对象物。作为实施方式之一的曝光装置利用可得到稳定的输出，小型轻量且配置的自由度高的光源装置的特性，具有小型且维护性、操作性良好，并且可以长期间稳定地运转的特征。本实施方式的曝光装置利用可得到稳定的输出，小型轻量且配置的自由度高的光源装置的特性，具有小型且维护性、操作性良好，并且可长期间稳定地运转的特征。具有可长期间稳定地运转的特征。作为实施方式之一的检查装置具有：所述光源装置；向被检物照射由光源装置出射的光的照明光学系统；向检测器投影来自被检物的光的投影光学系统；以及检测来自被检物的光的检测器。作为这样的检查装置的一个方式，可以举出掩模缺陷检查装置。掩模缺陷检查装置向TDI传感器（Time Delay and Integration）上光学地投影精密地描画在光掩模上的器件图案，比较传感器图像与规定的参照图像，根据其差别提取出图案的缺陷。这里，来自光源装置的光通过由多个透镜构成的照明光学系统，照射到被掩模支承台支承的光掩模上的规定区域。透过了光掩模的光经由投影光学系统，向作为检测器的TDI传感器上投影，在传感器上形成掩模图案的像。该方式的检查装置不限于光掩模的检查，也能够用于半导体晶片、液晶面板等的检查。本实施方式的检查装置利用可得到稳定的输出，小型轻量且配置的自由度高的光源装置的特性，具有小型且维护性、操作性良好，并且可长期间稳定地运转的特征。利用小型轻量、且配置的自由度高的光源装置的特性，具有小型且维护性、操作性良好，并且可长期间稳定地运转的特征。作为实施方式之一的加工装置具有：所述光源装置；向被加工物的被加工部位照射由光源装置输出的光的照射光学系统；以及使照射光学系统与被加工物的对置位置变化的机构。作为这样的加工装置的一个方式，有高分子结晶加工装置。高分子结晶加工装置具备：向被加工物聚光照射由光源装置输出的光的照射光学系统；调整照射的光的强度的强度调整元件；以及调整照射位置的照射位置调整机构，构成为向作为被加工物的高分子结晶的希望的位置照射希望的强度的光。这里，也可以构成为被加工物被固定于3维载置台以及/或者旋转载置台，根据加工位置能够移动被加工物。另外，本实施方式的加工装置也可以构成为：为了确认加工位置，还具有具备可见光的照明装置以及位置决定用标度线的光学显微镜，在用光学显微镜观察被加工物时，使标度线的目标位置（十字线的中心等）与加工光的焦点位置一致。本实施方式的加工装置利用可得到稳定的输出，小型轻量且配置的自由度高的光源装置的特性，具有小型且维护性、操作性良好，并且可长期间稳定地运转的特征。
以下，对第1实施方式所涉及的光学元件的实施例，具体地进行说明。
准备通过蚀刻在表面形成了41.7μm周期性凹凸的水晶板（5°Y切除板）作为顺电体结晶S。水晶被期待作为用于从波长为1064nm的入射光得到532nm的二次谐波的元件被利用。
在将水晶夹于第1以及第2按压构件10、20之间的状态下将其配置于第1以及第2加压加热模块2、3之间。在各按压构件与加热模块之间涂敷了以二硫化钼为主成分的耐热性润滑剂。一边减弱经由第1以及第2加压加热模块施加的压力，一边将这些加热器的温度调整为200℃～300℃的程度。在该状态下，向第1以及第2按压构件10、20施加400MPa以上的压力，在水晶内沿极性周期方向K形成了41.7μm周期性极性反转结构。极性反转结构的形成通过从水晶的侧面光学地对水晶进行“现场观察”来进行了确认。在观察中，利用正交尼科耳法，并利用极性反转部与极性非反转部的光弹性常数的差，用肉眼观察了伴随外力施加而引起的变形的双折射量的差。在确认了这样观察的结果，即在水晶侧面整个区域中形成了周期性极性反转结构时，将加压加热模块2、3的压力保持为恒定不变的情况下冷却至室温，紧固紧固构件30A～30D的螺栓31A～31D。此时，对各螺栓赋予均等的紧固扭矩，每使紧固扭矩增加约0.1N·m（换算为合计轴心力，相当于约0.14kN），使经由加压加热模块施加的加重减少相同的量。而且，最终在可以维持极性反转结构的负荷、即约1kN全部都由螺栓31A～31D施加的状态下，取出光学元件1。
将这样得到的光学元件1用作波长变换元件，实施了以下的实验。也就是说，进行了用于确认下述情况的波长变换实验，即将波长为1064nm的基波作为与光学元件1的顺电体结晶、即水晶的极性周期方向K平行的常光而入射，波长为532nm的二次谐波作为与极性周期方向K平行的常光而产生。对于水晶S，使用了在光线行进的长度方向上为8mm，在作为宽度方向的极性周期方向K上为1mm，在厚度方向上为1mm的板状的水晶。进行基波的入射与二次谐波的出射的端面被光学研磨。在基波的光路中随时产生的二次谐波间的相位差为π，也就是说，对于作为二次谐波的相互抵消开始的距离、即相干长度（Lc）而言，在本实验条件之下，若将基波的波长设定为λ，将基波的常光的折射率设定为n0（ω），将二次谐波的折射率设定为n0（2ω）时，用以下的式（12）来表示。
[数学式12]
Lc = λ 4 ( n 0 ( 2 ω ) - n 0 ( ω ) ) . . . ( 12 )
另外，周期结构的周期d用以下的式（13）来表示。
[数学式13]
d = mλ 2 ( n 0 ( 2 ω ) - n 0 ( ω ) ) . . . ( 13 )
这里m是表示QPM的次数的数，且是自然数。在本实验中，进行一次的准相位匹配，周期d以41.7μm作成。但是，严密的相位匹配通过略微倾斜基波的入射方向来进行了调整。
实验的结果，对于脉冲激光器的平均输出为3.1W，重复频率为30kHz，脉冲时间宽度为8.8nsec，光束直径为200μm的入射基波，用检测器确认到了二次谐波120mW的信号，从而可确认实现了从1064nm到532nm的波长变换。
波长变换实验的结果，确认了在第1实施方式的光学元件1的水晶S中，即使不进行用于使反转分区残存的精密的温度、压力控制，也能够容易地维持极性反转结构。

Claims (27)

1.一种光学元件，其具备：
顺电体结晶，其具有极性沿着极性周期方向周期性地反转的周期结构；以及
一对按压构件，该一对按压构件之间夹着所述顺电体结晶，该一对按压构件用于沿着与所述顺电体结晶的所述极性周期方向交叉的方向对所述顺电体结晶施加规定的压力。
2.一种光学元件，其具备：
顺电体结晶，其具有极性沿着极性周期方向周期性地反转的周期结构；
一对按压构件，该一对按压构件之间夹着所述顺电体结晶；以及
紧固构件，其通过所述一对按压构件，按照沿着与所述极性周期方向交叉的方向对所述顺电体结晶施加规定的压力的方式，来相互固定所述一对按压构件。
3.根据权利要求2所述的光学元件，其中，
所述紧固构件通过所述一对按压构件，按照沿着与所述极性周期方向大致正交的方向对所述顺电体结晶施加规定的压力的方式，来相互固定所述一对按压构件。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的光学元件，其中，
在与所述一对按压构件的至少一方对置的、所述顺电体结晶的表面上周期性地形成有凹凸。
5.根据权利要求1～3中任意一项所述的光学元件，其中，
所述一对按压构件的至少一方具有与所述顺电体结晶对置的面，在该面上周期性地形成有凹凸。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的光学元件，其中，
所述一对按压构件具有相互对置的面，当沿着与以最短距离连结该相互对置的面的直线方向正交的规定的方向来观察所述顺电体结晶时，沿着该规定的方向，在一直线上只配置有所述顺电体结晶。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的光学元件，其中，
还具备固定所述一对按压构件间的相对位置的位置固定构件。
8.根据权利要求1～7中任意一项所述的光学元件，其中，
所述顺电体结晶包含水晶。
9.根据权利要求1～8中任意一项所述的光学元件，其中，
所述顺电体结晶包含与所述周期结构对应的周期性的双晶。
10.根据权利要求9所述的光学元件，其中，
所述双晶包含道芬双晶。
11.根据权利要求2～10中任意一项所述的光学元件，其中，
所述紧固构件通过固定所述一对按压构件之间的间隔来相互固定所述一对按压构件。
12.根据权利要求1～11中任意一项所述的光学元件，其中，
所述规定的压力是足以维持所述结晶的周期结构的压力。
13.根据权利要求1～12中任意一项所述的光学元件，其中，
所述周期结构的周期在10μm以下。
14.根据权利要求4或5所述的光学元件，其中，
所述凹凸的周期在10μm以下。
15.根据权利要求1～14中任意一项所述的光学元件，其中，
该光学元件包含产生波长为200nm以下的光的波长变换元件。
16.一种光学元件的制造方法，其中，
该光学元件具备：由顺电体构成的顺电体结晶、一对按压构件和固定所述一对按压构件之间的间隔的紧固构件，
该光学元件的制造方法包括：
按压工序，在所述一对按压构件之间配置了所述顺电体结晶的状态下，通过所述一对按压构件，沿着以最短距离连结所述一对按压构件的相互对置的面的直线方向，用规定的压力按压所述顺电体结晶；以及
紧固工序，通过所述紧固构件，相互固定所述一对按压构件。
17.根据权利要求16所述的光学元件的制造方法，其中，
在所述按压工序中，将其间夹有所述顺电体结晶的所述一对按压构件夹设在一对加压构件之间的状态下，该一对加压构件对所述一对按压构件进行加压，由此所述顺电体结晶以所述规定的压力被按压，
该方法还包括：在所述紧固工序之后，从所述一对加压构件之间将由所述一对按压构件保持的所述顺电体结晶连同一对按压构件一并取出的取出工序。
18.根据权利要求16或17所述的光学元件的制造方法，其中，
在所述按压工序中，所述一对按压构件按照其中一方的按压构件变得比另一方的按压构件温度高的方式被加热，具有温度差的所述一对按压构件按压所述顺电体结晶。
19.根据权利要求16～18中任意一项所述的光学元件的制造方法，其中，
在与所述一对按压构件中的温度高的按压构件对置的、所述顺电体结晶的表面上周期性地形成有凹凸。
20.根据权利要求16～18中任意一项所述的光学元件的制造方法，其中，
所述一对按压构件中的温度高的按压构件具有朝向所述顺电体结晶的面，在该面上周期性地形成有凹凸。
21.根据权利要求16～20中任意一项所述的光学元件的制造方法，其中，
在与所述一对按压构件的至少一方对置的、所述顺电体结晶的表面上周期性地形成有凹凸。
22.根据权利要求16～21中任意一项所述的光学元件的制造方法，其中，
所述一对按压构件的至少一方具有与所述顺电体结晶对置的面，在该面上周期性地形成有凹凸。
23.根据权利要求16～22中任意一项所述的光学元件的制造方法，其中，
所述一对按压构件具有相互对置的面，当沿着与以最短距离连结该相互对置的面的直线方向正交的规定的方向来观察所述顺电体结晶时，沿着该规定的方向，在一直线上只配置所述顺电体结晶。
24.根据权利要求16～23中任意一项所述的光学元件的制造方法，其中，
所述一对按压构件间的对置的位置通过位置固定构件被固定。
25.根据权利要求16～24中任意一项所述的光学元件的制造方法，其中，
所述顺电体结晶包含水晶。
26.根据权利要求16～25中任意一项所述的光学元件的制造方法，其中，
在所述紧固工序中，通过所述紧固构件来固定与所述规定的压力对应的所述一对按压构件之间的间隔，从而所述一对按压构件相互被固定。
27.一种光源装置，其特征在于，
具备将具有第一波长的光变换为具有第二波长的光的波长变换部，所述波长变换部包含权利要求1～26中任意一项所述的光学元件。
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