CN114341727A - 水晶元件及其制造方法、以及包含水晶元件的光振荡装置 - Google Patents

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CN114341727A CN202080061847.4A CN202080061847A CN114341727A CN 114341727 A CN114341727 A CN 114341727A CN 202080061847 A CN202080061847 A CN 202080061847A CN 114341727 A CN114341727 A CN 114341727A
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Abstract

水晶元件(1)具有设置有多个极性反转区域(11)和极性非反转区域(12)的主面(10a、10b)，多个极性反转区域(11)隔着极性非反转区域(12)而相互分开，主面(10a、10b)为平面。水晶元件(1)的制造方法包括：准备具有作为平面的第1主面(10a)的水晶体(10)和具有设置有多个第1凸部(32)的第1按压面(31)的第1按压夹具(30)的工序；和通过第1按压面(31)加热按压第1主面(10a)，来在水晶体(10)形成与多个第1凸部(32)对应的多个极性反转区域(11)的工序。

Description

水晶元件及其制造方法、以及包含水晶元件的光振荡装置
技术领域
本发明涉及水晶元件及其制造方法、以及包含水晶元件的光振荡装置。
背景技术
水晶一直以来作为振荡器、振子等压电元件用的材料而知晓。不仅如此，水晶还是具备对激光的低吸收性、透过性以及耐久性的光学材料，作为世界上第一个被用于波长转换的非线性光学晶体而知晓。作为由这样的水晶构成的光学元件，存在设置有准相位匹配(QPM：Quasi-Phase Matching)所需的非线性光学常数的周期性反转结构的元件。例如在下述专利文献1中，公开有使用包含周期性的阶差结构的水晶基片的、准相位匹配波长转换元件。在下述专利文献1中，公开了通过用一对加热块按压上述水晶基片而在水晶基片设置反映上述阶差结构的极性反转区域。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4666449号公报
发明内容
发明所要解决的问题
上述专利文献1中公开的方法中，需要对水晶的表面实施用于形成阶差结构的加工，在量产性上存在技术问题。
本发明的一个方面的目的在于，提供能够提高量产性的水晶元件及其制造方法、以及包含水晶元件的光振荡装置。
解决问题的技术手段
本发明的一个方面的水晶元件，是具有设置有多个极性反转区域和极性非反转区域的主面的水晶元件，多个极性反转区域隔着极性非反转区域而相互分开，主面为平面。
该水晶元件具有设置有多个极性反转区域的主面，且该主面为平面。因此，在水晶元件的上述主面，能够不形成阶差结构地设置多个极性反转区域。因此，不需要对水晶的表面实施用于形成阶差等的加工，因此能够提高水晶元件的量产性。
也可以是沿着与主面交叉的第2方向的水晶元件的厚度为0.1μm以上，多个极性反转区域各自的沿着第2方向的深度为5μm以上。在这种情况下，透过水晶元件的内部的光由多个极性反转区域而被良好地相位匹配。
多个极性反转区域各自的沿着第2方向的深度也可以为100μm以上。在这种情况下，透过水晶元件的内部的光由多个极性反转区域而更良好地被相位匹配。
多个极性反转区域也可以排列于根据水晶的折射率分散导出的规定位置。在这种情况下，能够良好地发挥水晶元件的所意图的性能。
本发明的另一个方面的光振荡装置，包括上述水晶元件和向水晶元件射出激光的激光发生装置，激光的强度比铌酸锂的损伤阈值光强度高。在这种情况下，例如与使用铌酸锂作为光学元件的情况不同，能够防止该光学元件的损伤。
本发明的又一个方面的水晶元件的制造方法，包括：准备具有作为平面的第1主面的水晶体和具有设置有多个第1凸部的第1按压面的第1按压夹具的工序；和通过第1按压面加热按压第1主面，来在水晶体形成与多个第1凸部对应的多个极性反转区域的工序。
在该水晶元件的制造方法中，通过使用设置有多个第1凸部的第1按压夹具，在水晶体形成与该第1凸部对应的多个极性反转区域。由此，能够不对水晶体的第1主面实施凹凸加工地从该第1主面侧形成多个极性反转区域。此外，通过对第1按压夹具进行再利用，能够高效率且再现性好地制造多个水晶元件。因此，能够通过实施上述制造方法而提高水晶元件的量产性。
也可以是水晶体具有位于第1主面的相反侧的第2主面，在准备水晶体和第1按压夹具的工序中，进一步准备具有设置有多个第2凸部的第2按压面的第2按压夹具，在第1按压面加热按压第1主面时，以第1凸部与第2凸部隔着水晶体而相对的状态，第2按压面加热按压第2主面。在这种情况下，能够加大各极性反转区域的深度相对于宽度之比。由此，透过水晶元件的内部的光在多个极性反转区域良好地被相位匹配。
也可以是在第1按压面加热按压第1主面时，第1按压夹具的温度设定为200℃以上573℃以下，对第1按压夹具施加朝向水晶体的100MPa以上的应力。在这种情况下，能够加大各极性反转区域的深度相对于宽度之比。由此，透过水晶元件的内部的光在多个极性反转区域良好地被相位匹配。
第1按压夹具的线膨胀系数与水晶的线膨胀系数的差异也可以为113％以下。在这种情况下，能够防止在第1按压面加热按压第1主面时，水晶体与第1按压夹具的至少一者的破损。
第1凸部的硬度也可以为水晶的硬度以上。在这种情况下，第1凸部不易因水晶体而磨损，因此能够对第1按压夹具良好地进行再利用。
发明的效果
根据本发明的一个方面，能够提供能够提高量产性的水晶元件及其制造方法、以及包含水晶元件的光振荡装置。
附图说明
图1的(a)是表示实施方式的水晶元件的俯视图，图1的(b)是表示本实施方式的水晶元件的侧面图。
图2是表示使用了实施方式的水晶元件的光振荡装置的结构的概略图。
图3的(a)、(b)是用于说明实施方式的水晶元件的制造方法的图。
图4是用于说明实施方式的水晶元件的制造方法的图。
图5是用于说明变形例的水晶元件的制造方法的图。
图6的(a)、(b)是表示水晶元件的其它例子的示意侧面图。
图7是表示对实施例的水晶元件实施表面蚀刻加工后的表面的图。
图8是实施例和比较例中的SH能量的最大值的检测结果。
具体实施方式
以下，参照附图，详细地说明本发明的一个方面的实施方式。另外，在以下的说明中，对相同的要素或具有相同的功能的要素，使用相同的符号，省略重复的说明。另外，本说明书中的“相同”和与其类似的词语并不仅限定于“完全相同”。
图1的(a)是表示本实施方式的水晶元件的俯视图。图1的(b)是表示本实施方式的水晶元件的侧面图。图1的(a)、(b)所示的水晶元件1是由水晶(SiO2)构成的元件。水晶元件1例如既可以是作为光波导或波长转换元件等发挥作用的光学元件，也可以是作为振荡器或振子等发挥作用的压电元件。在本实施方式中，水晶元件1作为波长转换元件发挥作用，例如，通过向水晶元件1射入基本波光，从水晶元件1射出基本波光被转换后的光(波长转换光)。波长转换光例如是比基本波光高阶的光。作为具体例子，在向水晶元件1射入波长1064nm的激光的情况下，从水晶元件1射出的激光的波长为532nm。另外，水晶对深紫外线(例如150nm左右)表现出高的透过率。
不仅如此，由水晶构成的水晶元件1呈现出即使被照射例如呈现几百GW/cm2以上的强度的激光也不易被破坏的性质。因此，本实施方式的水晶元件1例如优选作为相对于具有能够利用作为非线性光学晶体的一种的铌酸锂(LiNbO3)的光以上的强度的光的光学元件来使用。能够利用铌酸锂的光的强度为从铌酸锂的激光损伤阈值(DT：DamageThreshold)导出的光强度(以下称为“损伤阈值光强度IDT，LN”)。例如，相对于实施极性反转后的周期性极性反转镁添加铌酸锂(PPMgLN)的脉冲宽度10ns的损伤阈值光强度IDT，PPLN，为300MW/cm2。一般而言，损伤阈值光强度与脉冲宽度的平方根成反比。由此，相对于任意的脉冲宽度τ(ns)的、铌酸锂的损伤阈值光强度IDT，LN，成为300×(10/τ)1/2MW/cm2。因此，例如在从激光发生装置振荡的光强度为300×(10/τ)1/2MW/cm2以上的情况下，从防止光学元件的损伤的观点出发，优选使用水晶元件1。换言之，在射入光学元件的光的强度比铌酸锂的损伤阈值光强度高的情况下，优选使用水晶元件1作为光学元件。
根据图1的(a)、(b)，本实施方式的水晶元件1由呈板形状的1个水晶体10构成。水晶体10具有一对主面10a、10b和连结主面10a、10b的侧面10c～10f。主面10a(第1主面)、主面10b(第2主面)和侧面10c～10f分别为平面且呈大致矩形。侧面10c是水晶元件1的光入射面，侧面10d是水晶元件1的光出射面。以下，令与侧面10c、10d正交的方向为方向D1(第1方向)，令与侧面10e、10f正交的方向为方向D2，令与主面10a、10b正交的方向为方向D3(第2方向)。方向D3相当于水晶体10的厚度方向。此外，以下，侧面视相当于从方向D1或方向D2看，俯视相当于从方向D2看。
沿着方向D1的水晶体10的尺寸例如为0.1mm以上40mm以下，沿着方向D2的水晶体10的尺寸例如为0.1mm以上10mm以下。沿着方向D3的水晶体10的尺寸(即，水晶元件1的厚度)例如为0.1μm以上10mm以下。水晶元件1的厚度的下限值既可以为5μm，可以为10μm，可以为100μm，也可以为1mm。因此，水晶元件1的厚度既可以为5μm以上10mm以下，可以为10μm以上10mm以下，可以为100μm以上10mm以下，也可以为1mm以上10mm以下。
在水晶体10，设置有多个极性反转区域11和多个极性非反转区域12。各极性反转区域11是通过对水晶实施加热和应力施加而产生的区域，至少设置于主面10a。极性反转区域11的极性轴与极性非反转区域12的极性轴例如为相互反转180°的状态。极性反转区域11的形成方法在后面叙述。在本实施方式中，各极性反转区域11在方向D2上从侧面10e至侧面10f地设置，且在方向D3上从主面10a至主面10b地设置。在这种情况下，极性反转区域11与极性非反转区域12在方向D1上交替地排列。此外，各极性反转区域11的沿着方向D2的尺寸与沿着方向D2的水晶体10的尺寸相当。各极性反转区域11的沿着方向D3的深度相当于水晶体10的厚度。因此，在本实施方式中，从水晶元件1的侧面10c入射且从水晶元件1的侧面10d出射的光透过多个极性反转区域11的全部。
多个极性反转区域11隔着极性非反转区域12而相互分开。即，极性非反转区域12位于相邻的极性反转区域11彼此之间。多个极性反转区域11在水晶体10内，排列在根据水晶的折射率分散导出的规定位置。在本实施方式中，多个极性反转区域11在方向D1上周期性排列。上述规定位置Λ在水晶元件1为光学元件的情况下，例如能够利用公式“Λ＝(λ/2)/(N2w-Nw)”导出。λ是基本波光的波长，Nw是输入光的折射率，N2w是波长转换光的折射率。通过使用上述公式，根据光的波长和折射率的变化，适当地调整上述规定位置。例如在本实施方式中，方向D1上的极性反转区域11的尺寸(极性反转区域11的宽度)和在方向D1上相邻的极性反转区域11彼此的间隔(即，方向D1上的极性非反转区域12的宽度)与透过水晶元件1的光的波长相应地变化。
多个极性非反转区域12分别是水晶体10的极性反转区域11以外的区域。即，各极性非反转区域12是在水晶体10中至少未被施加应力的区域。
在本说明书中，准相位匹配的周期(QPM间距)相当于在方向D1上彼此相邻的一个极性反转区域11的宽度与一个极性非反转区域12的宽度的合计值。
图2是表示使用了本实施方式的水晶元件1的光振荡装置的结构的概略图。如图2所示，光振荡装置20不仅具有水晶元件1，而且具有脉冲光发生装置2和聚光透镜3。在光振荡装置20中，依次配置脉冲光发生装置2、聚光透镜3、水晶元件1。光振荡装置20也可以另外具有镜、透镜、光电二极管等光学元件。
脉冲光发生装置2是对脉冲状的激光L进行振荡的激光发生装置，例如是微芯片激光发生装置。激光L例如接近高斯光束。激光L的脉冲宽度例如为10ps以上1ns以下，激光L的每1脉冲的能量为2mJ以上。因此，向水晶元件1入射的激光L的强度为铌酸锂的损伤阈值光强度以上，例如为50GW/cm2以上。脉冲光发生装置2例如包含半导体激光装置、由Nd：YVO4或Nd：YAG构成的发光晶体(激光介质)和由Cr：YAG构成的被动Q开关。在这种情况下，由半导体激光装置产生的半导体激光激发发光晶体。于是，通过达到规定的强度的激光透过被动Q开关，从脉冲光发生装置2射出激光L。
聚光透镜3是用于将激光L聚光至水晶元件1的侧面10c(光入射面)的光学元件。存在利用聚光透镜3聚光而得到的激光L的最小束腰非常小的趋势。通过使得激光L的脉冲宽度短且其最小束腰小，水晶元件1的侧面10c上的激光L的每单位面积的强度能够成为50GW/cm2以上。
接着，参照图3的(a)、(b)和图4说明本实施方式的水晶元件1的制造方法。图3的(a)、(b)和图4是用于说明本实施方式的水晶元件1的制造方法的图。
首先，如图3的(a)所示，准备具有作为平面的主面10a、10b的水晶体10(准备工序)。此外，如图3的(b)所示，准备具有按压面31(第1按压面)的按压夹具30(第1按压夹具)。水晶体10的准备与按压夹具30的准备既可以同时实施，也可以在不同的时机实施。
按压夹具30是用于利用其按压面31按压水晶体10的压型器(QPM压型器)，具有包含设置有多个凸部32(多个第1凸部)的按压面31的主体部33。因此，按压夹具30的按压面31包含凹凸面。多个凸部32分别是从主体部33突出的突出部，在俯视和侧面视中呈大致矩形。多个凸部32例如通过对主体部33实施切削加工、蚀刻加工等来设置。在本实施方式中，多个凸部32周期性地设置。各凸部32的前端面32a是在侧面视中位于同一平面上的平面。各凸部32的突出量例如为0.1μm以上100μm以下。各凸部32的宽度和相邻的凸部32彼此的间隔分别根据水晶元件1所要求的性能适当地调整。各凸部32的沿着与突出方向和宽度方向交叉的方向的尺寸为与沿着方向D2的水晶体10的尺寸相同程度即可。从按压夹具30的破损防止的观点出发，凸部32的硬度为水晶的硬度以上。按压夹具30例如是金属制、不锈钢等的合金制或者陶瓷制的夹具。另外，各凸部32的间距实质上相当于水晶元件1的QPM间距。
接着，如图4所示那样，按压面31加热按压水晶体10的主面10a，由此在水晶体10形成与多个凸部32对应的多个极性反转区域11(极性反转区域形成工序)。在该工序中，首先，将水晶体10载置在台座40的平坦的载置面40a上。此时，水晶体10固定在台座40。接着，使预先加热了的按压夹具30的按压面31与预先加热了的水晶体10的主面10a抵接。在这种情况下，例如通过对收纳按压夹具和水晶体的腔室内进行加热，加热按压夹具30和水晶体10。然后，对按压夹具30施加朝向水晶体10的应力。利用这样使用QPM压型器的QPM压型器法，制造设置有与多个凸部32对应的多个极性反转区域11的水晶元件1(参照图1的(a)、(b))。另外，相对于按压夹具30朝向水晶体10的应力例如为100MPa以上。在这种情况下，能够加大各极性反转区域11的深度相对于宽度之比。
按压夹具30的按压面31加热按压水晶体10的主面10a时，按压夹具30和水晶体10例如预先加热至200℃以上573℃以下。通过按压夹具30和水晶体10加热至200℃以上，在水晶体10容易地形成极性反转区域11。通过按压夹具30和水晶体10加热至573℃以下，能够防止水晶体10的未意图的相变。此外，从水晶体10和按压夹具30的至少一者的破损防止的观点出发，按压夹具30的线膨胀系数与水晶的线膨胀系数的差异为113％以下。在上述差异具有下限的情况下，该下限既可以为0％，也可以为27％。在上述差异为113％以下的情况下，在对水晶体10进行应力施加时等，能够抑制按压夹具30和水晶体10双方的机械的破损。另外，在令按压夹具30的线膨胀系数为LEC1，令水晶的线膨胀系数为LEC2时，按压夹具30的线膨胀系数与水晶的线膨胀系数的差异以“(LEC1-LEC2)/LEC2”表示。
利用以上说明的本实施方式的制造方法制造的水晶元件1具有设置有多个极性反转区域11的主面10a，且该主面10a为平面。不仅如此，在本实施方式中，利用具有多个凸部32的按压夹具30在水晶体10形成多个极性反转区域11。因此，能够不对水晶元件1的主面10a实施凹凸加工地从主面10a侧形成多个极性反转区域11。换言之，不需要对水晶体10的表面实施用于形成阶差等的加工。此外，通过对按压夹具30进行再利用，能够高效率且再现性好地制造多个水晶元件1。因此，根据本实施方式，能够提高水晶元件1的量产性。
也可以是在按压面31对主面10a进行加热按压时，按压夹具30的温度设定为200℃以上573℃以下，对按压夹具30施加朝向水晶体10的100MPa以上的应力。在这种情况下，能够加大各极性反转区域11的深度相对于宽度之比。由此，透过水晶元件1的内部的光在多个极性反转区域11良好地被相位匹配。
按压夹具30的线膨胀系数与水晶的线膨胀系数的差异也可以为113％以下。在这种情况下，能够防止按压面31加热按压主面10a时，水晶体10与按压夹具30的至少一者的破损。
凸部32的硬度也可以为水晶的硬度以上。在这种情况下，凸部32不易因水晶体10而磨损，因此能够良好地再利用按压夹具30。
以下，参照图5说明上述实施方式的变形例的水晶元件的制造方法。图5是用于说明变形例的水晶元件的制造方法的图。
在本变形例中，如图5所示，替代台座40，水晶体10载置在按压夹具50(第2按压夹具)上。按压夹具50与按压夹具30一样是用于利用其按压面51(第2按压面)按压水晶体10的部件。在本实施方式中，按压夹具30、50为彼此相同形状，但并不限于此。按压夹具50的准备既可以与水晶体10的准备和按压夹具30的准备同时实施，也可以在不同的时机实施。
此处，说明按压夹具50的结构。按压夹具50具有包含设置有多个凸部52(多个第2凸部)的按压面51的主体部53。因此，按压夹具50的按压面51包含凹凸面。多个凸部52分别是从主体部53突出的突出部，在俯视和侧面视中呈大致矩形。在本变形例中，多个凸部52周期性地设置。各凸部52的前端面52a是在侧面视中位于同一平面上的平面。各凸部52的突出量例如为0.1μm以上100μm以下。各凸部52的宽度与按压夹具30所包含的各凸部32的宽度一致。不仅如此，相邻的凸部52彼此的间隔与在按压夹具30中相邻的凸部32彼此的间隔一致。从按压夹具50的破损防止的观点出发，凸部52的硬度为水晶的硬度以上。
返回图5，在用按压夹具30的按压面312对水晶体10的主面10a进行加热按压时，以凸部32与凸部52隔着水晶体10相对的状态，按压夹具50的按压面51加热按压水晶体10的主面10b。由此，主面10a与位于主面10a的相反侧的主面10b的双方被加热按压。按压夹具50与按压夹具30一样，例如预先加热至200℃以上573℃以下。此外，按压夹具50的线膨胀系数与水晶的线膨胀系数的差异为113％以下。在上述差异具有下限的情况下，该下限既可以为0％，也可以为27％。在上述差异为113％以下的情况下，在向水晶体10的应力施加时等，能够抑制按压夹具50和水晶体10双方的机械的破损。按压夹具50例如是金属制、不锈钢等的合金制，或者陶瓷制的夹具。另外，在令按压夹具50的线膨胀系数为LEC3时，按压夹具50的线膨胀系数与水晶的线膨胀系数的差异以“(LEC3-LEC2)/LEC2”表示。
在利用按压夹具30、50对水晶体10进行加热按压时，按压夹具30的各凸部32与按压夹具50的各凸部52在水晶体10的厚度方向上相互重叠。在本变形例中，在俯视中凸部32、52完全重叠。在这种情况下，从主面10a侧形成的极性反转区域与从主面10b侧形成的极性反转区域良好地重叠。由此，多个极性反转区域11在方向D3上从主面10a至主面10b高精度地设置。此外，各极性反转区域11的形状存在均匀化的趋势。从使凸部32、52良好地一致的观点出发，也可以在按压夹具30、50的双方设置标记、切口等。
在以上说明的本变形例中，也能够获得与上述实施方式相同的作用效果。不仅如此，在本变形例中，极性反转区域11容易从主面10a至主面10b地设置。即，能够加大极性反转区域11的深度相对于宽度之比。由此，透过水晶元件1的内部的光在多个极性反转区域11良好地被相位匹配。
本发明的一个方面的水晶元件及其制造方法并不限定于上述实施方式和上述变形例，能够进行其它各种各样的变形。例如，在上述实施方式和上述变形例中，多个极性反转区域周期性地设置，但并不限于此，只要设置在根据水晶的折射率分散导出的规定位置即可。因此，多个极性反转区域也可以在水晶体内非周期性地设置。此外，多个极性反转区域并不限定于上述实施方式和上述变形例中说明的方式。例如，多个极性反转区域也可以不仅在俯视中沿方向D1周期性地设置，而且沿方向D2周期性地设置。或者，多个极性反转区域也可以在俯视中仅沿方向D2周期性地设置，还可以在方向D1、D2上均非周期性地设置。此外，极性非反转区域也可以不通过极性反转区域划分。在这种情况下，在水晶元件包含多个极性反转区域和单一的极性非反转区域。多个极性反转区域也可以不在俯视中设置于主面的全体。例如，多个极性反转区域也可以在俯视中仅设置于主面的中央部。另外，设置在各按压夹具的凸部的形状和位置与设置在水晶元件的极性反转区域的方式相应地变化。由此，各按压夹具中的多个凸部也可以在俯视中非周期性地设置。
在上述实施方式和上述变形例中，各极性反转区域从水晶体的一个主面延伸至另一个主面，但并不限于此。图6的(a)、(b)是表示水晶元件的別例的模式侧面图。在图6的(a)表示具有多个极性反转区域11A的水晶元件1A。多个极性反转区域11A分别在方向D3上仅设置在主面10a侧。多个极性反转区域11A各自的沿着方向D3的深度为5μm以上即可。在这种情况下，水晶元件1A也能够作为光波导、波长转换元件等良好地利用。作为具体例子，水晶元件1A作为波长转换元件使用的情况下，透过水晶元件1A的内部(特别是主面10a及其附近)的光在多个极性反转区域11A被良好地相位匹配。此外，在图6的(b)表示具有多个极性反转区域11B的水晶元件1B。多个极性反转区域11B各自的沿着方向D3的深度例如为100μm以上。在这种情况下，水晶元件1B也能够作为光波导、波长转换元件等更良好地被利用。作为具体例子，水晶元件1B作为波长转换元件使用的情况下，透过水晶元件1B的内部的光在多个极性反转区域11B被更良好地相位匹配。
在上述实施方式和上述变形例中，按压夹具的主体部与凸部一体地形成，但并不限于此。例如，凸部也可以为沉积于作为主体部的按压面发挥作用的表面上的沉积加工体。在这种情况下，构成凸部的材料既可以与构成主体部的材料相同，也可以不同。例如，在主体部为陶瓷制的情况下，凸部也可以为金属制或者合金制。在任一情况下，均是在加热按压水晶体时，凸部具有不变形或者实质上不变形的性能即可。
在上述实施方式和上述变形例中，利用按压夹具对水晶体进行加热按压时，预先加热按压夹具和水晶体，但并不限于此。例如也可以仅预先加热按压夹具。在这种情况下，既可以在使按压夹具与水晶体接触后加热按压夹具，也可以在利用按压夹具按压水晶体时加热按压夹具。
实施例
通过以下的实施例更加详细地说明本发明。本发明并不限定于以下的实施例。
在本实施例中，准备具有多个凸部的不锈钢制的QPM压型器。多个凸部的间距设定为124μm。凸部的间距(即，124μm)相当于通过二次谐波发生(SHG：Second HarmonicGeneration)获得波长：532nm的激光时的QPM间距。此外，准备具有作为平面的主面的板状的水晶体。俯视时的水晶体的尺寸为10mm×20mm，水晶体的厚度为1mm。
接着，通过在水晶体的主面加热按压上述QPM压型器的凸部，将水晶体的一部分极性反转。具体而言，在300℃以上从QPM压型器对水晶体的主面施加100秒以上、100MPa以上的压力。由此，制造具有与上述凸部的位置对应的极性反转区域的水晶元件。
图7是表示对实施例的水晶元件实施表面蚀刻加工后的表面的图。在图7所示的水晶元件60，表示有周期性地设置的多个极性反转区域61和极性非反转区域62。水晶元件60的QPM间距P为124μm，与QPM压型器所包含的凸部的间距大致相同。根据该结果，在使用了QPM压型器的实施例中，确认到在水晶元件实质上形成有周期性的极性反转区域。另外，在表面蚀刻加工中，通过对水晶元件的上述主面进行湿蚀刻，仅除去极性非反转区域。蚀刻剂使用了氢氟酸。
(比较例)
与上述实施例不同，准备不实施极性反转的水晶体。因此，在比较例中，将仅包含极性非反转区域的水晶体作为水晶元件。
(SHG实验)
对实施例和比较例的水晶元件照射波长1064nm的脉冲激光(脉冲宽度～0.7ns)。使脉冲激光的激发能量从0mJ阶梯式上升至2.5mJ。然后，检测透过水晶元件的波长532nm的激光的能量(二次谐波能量：SH能量)的最大值。
图8是实施例和比较例的SH能量的最大值的检测结果。在图8中，纵轴表示SH能量的最大值，横轴表示激发能量。此外，曲线71表示实施例的SH能量的最大值，曲线72表示比较例的SH能量的最大值。如图8所示，在实施例中，确认到伴随激发能量的上升，SH能量也上升。在实施例中，激发能量为2.5mJ时，SH能量为1.26μJ。而在比较例中，确认到即使激发能量上升，SH能量也大致恒定。在比较例中，激发能量为2.5mJ时，SH能量为6.19nJ。即，表示了实施例中检测出的激发能量为比较例的几百倍。根据这些结果，确认到实施例的水晶元件与比较例不同，能够实施二次谐波发生(即，具备QPM结构)。
符号的说明
1，1A，1B，60…水晶元件、2…脉冲光发生装置(激光发生装置)、3…聚光透镜、10…水晶体、10a…主面(第1主面)、10b…主面(第2主面)、10c～10f…侧面、11，11A，11B，61…极性反转区域、12，62…极性非反转区域、20…光振荡装置、30…按压夹具(第1按压夹具)、31…按压面(第1按压面)、32…凸部(第1凸部)、33…主体部、50…按压夹具(第2按压夹具)、51…按压面(第2按压面)、52…凸部(第2凸部)。

Claims (10)

1.一种水晶元件，其特征在于：
是具有设置有多个极性反转区域和极性非反转区域的主面的水晶元件，
所述多个极性反转区域隔着所述极性非反转区域而相互分开，所述主面为平面。
2.如权利要求1所述的水晶元件，其特征在于：
沿着与所述主面交叉的第2方向的所述水晶元件的厚度为0.1μm以上，
所述多个极性反转区域各自的沿着所述第2方向的深度为5μm以上。
3.如权利要求2所述的水晶元件，其特征在于：
所述多个极性反转区域各自的沿着所述第2方向的深度为100μm以上。
4.如权利要求1～3中的任一项所述的水晶元件，其特征在于：
所述多个极性反转区域排列在根据水晶的折射率分散导出的规定位置。
5.一种光振荡装置，其特征在于：
包括：
权利要求1～4中的任一项所述的水晶元件；和
向所述水晶元件射出激光的激光发生装置，
所述激光的强度比铌酸锂的损伤阈值光强度高。
6.一种水晶元件的制造方法，其特征在于：
包括：
准备具有作为平面的第1主面的水晶体和具有设置有多个第1凸部的第1按压面的第1按压夹具的工序；和
通过所述第1按压面加热按压所述第1主面，来在所述水晶体形成与所述多个第1凸部对应的多个极性反转区域的工序。
7.如权利要求6所述的水晶元件的制造方法，其特征在于：
所述水晶体具有位于所述第1主面的相反侧的第2主面，
在准备所述水晶体和所述第1按压夹具的所述工序中，还准备具有设置有多个第2凸部的第2按压面的第2按压夹具，
在所述第1按压面加热按压所述第1主面时，以所述第1凸部与所述第2凸部隔着所述水晶体相对的状态、所述第2按压面加热按压所述第2主面。
8.如权利要求6或7所述的水晶元件的制造方法，其特征在于：
所述第1按压面加热按压所述第1主面时，
所述第1按压夹具的温度设定为200℃以上573℃以下，
对所述第1按压夹具施加朝向所述水晶体的100MPa以上的应力。
9.如权利要求6～8中的任一项所述的水晶元件的制造方法，其特征在于：
所述第1按压夹具的线膨胀系数与水晶的线膨胀系数的差异为113％以下。
10.如权利要求6～9中的任一项所述的水晶元件的制造方法，其特征在于：
所述第1凸部的硬度为水晶的硬度以上。
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