DE102010002594A1

DE102010002594A1 - Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102010002594A1
Application number: DE102010002594A
Authority: DE
Inventors: Takashi Nagoya-city Yoshino
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2010-03-04
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2030-03-05
Also published as: JP2010204505A; DE102010002594B4; US20100226001A1; US8294978B2; JP5358224B2

Abstract

Eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 umfasst einen Stützkörper 8, ein Wellenlängenumwandlungssubstrat 2, eine auf der Seite einer Bodenfläche 2b des Substrates 2 bereitgestellte Unterseitenpufferschicht 6, eine auf der Seite einer oberen Fläche 2a des Substrates 2 bereitgestellte Oberseitenpufferschicht 9 sowie eine den Stützkörper 8 und die Unterseitenpufferschicht 6 aneinander anhaftende Haftmittelschicht 7. Das Wellenlängenumwandlungssubstrat 2 ist aus einer Z-Platte aus einem ferroelektrischen Einkristall und einer darin ausgebildeten periodischen Polarisationsinversionsstruktur 5 ausgebildet. Der Stützkörper 8 weist einen geringeren spezifischen Volumenwiderstand als den des ferroelektrischen Einkristalls des Wellenlängenumwandlungssubstrates 2 auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Nichtlineare optische Kristalle wie etwa Einkristalle aus Lithiumniobat und Lithiumtantalat weisen eine hohe sekundäre nichtlineare optische Konstante auf. In dem Kristall kann zur Erzeugung einer quasi-phasenangepassten (QPM) Vorrichtung für die Erzeugung einer zweiten Oberschwingung („Secondary Harmonic Generation”: SHG) eine periodische Polarisationsinversionskonfiguration ausgebildet sein. Zudem kann in der periodischen Polarisationsinversionskonfiguration für die Erzeugung einer hocheffizienten SHG-Vorrichtung ein optischer Wellenleiter ausgebildet sein, was zu einer breiten Vielfalt von Anwendungen auf den Gebieten optische Kommunikation, Medizin, Fotochemie, und verschiedener optischer Messverfahren führt.
Gemäß der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2005-55528A wird eine Halbleiterlaseroszillationsvorrichtung in Fabry-Pérot-Bauart zur Oszillation von Licht verwendet, welches sodann auf einen aus einem nichtlinearen optischen Kristall ausgebildeten scheibenartigen optischen Wellenleiter als Grundwelle für die Ausgabe eines blauen Laserstrahls aus dem optischen Scheibenwellenleiter eingestrahlt wird. Der scheibenartige optische Wellenleiter wird durch Polieren einer Z-Platte des nichtlinearen optischen Kristalls wie etwa Lithiumkaliumniobat erzeugt.
Ferner offenbart die Druckschrift WO 2009/107473 A1 ( PCT/JP2009/052121 ) ein Wellenlängenumwandlungssubstrat aus einer Z-Platte, das mit einem Stützkörper durch eine organische Harzhaftschicht verbunden ist, so dass eine Verbrennung und Luftblasenerzeugung in der Haftschicht vermieden werden kann.
Wenn eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung unter Verwendung eines optischen Wellenleiters erzeugt wird, ist es notwendig, die Endfläche der Vorrichtung optisch zu polieren, und eine Antireflexionsschicht auf der polierten Endfläche auszubilden. Dazu wird eine Vielzahl der Vorrichtungen gestapelt und gehalten, und die Endflächen der Vorrichtungen werden sodann gleichzeitig zusammen poliert.
Bei einer Nacharbeitung der Vorrichtung zeigten sich jedoch Mikrorisse im Bereich des optischen Wellenleiters des Wellenlängenumwandlungssubstrates. Der Ausbreitungsverlust für das Licht kann dadurch erhöht werden. Eine Untersuchung dieser Vorrichtung mit den Mikrorissen ergab folgendes. Aufgrund des piezoelektrischen Effekts während des Poliervorgangs wurde eine unnormale Entladung zwischen der oberen Fläche des Wellenlängenumwandlungssubstrates der einen Vorrichtung und der unteren Fläche des Stützkörpers der benachbarten Vorrichtung auf der oberen Seite im Stapel erzeugt. Somit war bewiesen, dass die unnormale Entladung die Mikrorisse in dem optischen Wellenleiter induziert. Ein derartiges Phänomen ist im Stand der Technik nicht bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung bereitzustellen, die durch Anhaften eines Stützkörpers und eines Wellenlängenumwandlungssubstrates aus einer Z-Platte aus einem ferroelektrischen Einkristall mit einer periodischen Polarisationsinversionsstruktur erzeugt wird, um die Mikrorisse in dem optischen Wellenleiter aufgrund des durch den Poliervorgang für die Endfläche der Vorrichtung verursachten pyroelektrischen Effekts und den resultierenden Anstieg der Ausbreitungsverluste zu vermeiden.
Erfindungsgemäß wird eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung bereitgestellt, mit: einem Stützkörper; einem Wellenlängenumwandlungssubstrat mit einer Z-Platte mit einem ferroelektrischen Einkristall und einer darin ausgebildeten periodischen Polarisationsinversionsstruktur; einer Unterseitenpufferschicht, die auf der Seite einer Bodenfläche des Wellenlängenumwandlungssubstrates bereitgestellt ist; einer Oberseitenpufferschicht, die auf der Seite einer oberen Fläche des Wellenlängenumwandlungssubstrates bereitgestellt ist; und einer Haftschicht, die den Stützkörper und die Unterseitenpufferschicht aneinander anhaftet, wobei der Stützkörper einen spezifischen Volumenwiderstand aufweist, der geringer als der des ferroelektrischen Einkristalls des Wellenlängenumwandlungssubstrates ist.
Erfindungsgemäß wird ferner eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung bereitgestellt, mit: einem Stützkörper; einem Wellenlängenumwandlungssubstrat mit einer Z-Platte mit einem ferroelektrischen Einkristall und einer darin ausgebildeten periodischen Polarisationsinversionsstruktur; einer Unterseitenpufferschicht, die auf der Seite einer Bodenfläche des Wellenlängenumwandlungssubstrates bereitgestellt ist; einer Oberseitenpufferschicht, die auf der Seite einer oberen Fläche des Wellenlängenumwandlungssubstrates bereitgestellt ist; einer Haftschicht, welche den Stützkörper und die Unterseitenpufferschicht aneinander anhaftet; und einer leitenden Schicht, die auf der Oberseitenpufferschicht bereitgestellt ist.
Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zur Herstellung der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung bereitgestellt, das Verfahren umfasst die Schritte: Anhaften des Stützkörpers und des Wellenlängenumwandlungssubstrates an den Ober- und Unterseitenpufferschichten zur Bereitstellung eines Anhaftungskörpers; und Polieren der Endflächen der miteinander laminierten Anhaftungskörper.
Erfindungsgemäß wird die Materialverwendung für den an dem Wellenlängenumwandlungssubstrat anhaftenden Stützkörper verringert. Während des Polierens der Endfläche kann dadurch die unnormale Entladung zwischen der oberen Fläche des Wellenlängenumwandlungssubstrates einer Vorrichtung und der unteren Fläche des Stützkörpers der darauf benachbarten Vorrichtung vermieden werden. Somit ergibt sich, dass die Mikrorisse aufgrund der Entladung in dem optischen Wellenleiter dadurch vermieden werden können.
Zudem wird erfindungsgemäß die leitende Schicht auf der Pufferschicht auf dem Wellenlängenumwandlungssubstrat ausgebildet. Während des Poliervorgangs für die Endfläche kann dadurch die unnormale Entladung zwischen der oberen Fläche des Wellenlängenumwandlungssubstrates einer Vorrichtung und der unteren Fläche des Stützkörpers der darauf bereitgestellten benachbarten Vorrichtung vermieden werden. Somit ergibt sich, dass die Mikrorisse aufgrund der Entladung in dem optischen Wellenleiter dadurch vermieden werden können.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Diagramm zur schematischen Darstellung einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung von einer Vielzahl der Vorrichtungen nach 1, die miteinander laminiert sind; und
3 ein Diagramm zur schematischen Darstellung einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 11 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Gemäß den in den 1 bis 3 gezeigten Beispielen sind in einer aus einem ferroelektrischen Einkristall ausgebildeten Z-Platte 2 Polarisationsinversionsteile 3 von einer oberen Fläche 2a zu einer unteren Fläche 2b in einem vorbestimmten Intervall bereitgestellt. Eine Z-Platte bedeutet eine Platte, bei der der Poliervorgang in einer Richtung von der oberen Fläche zu der unteren Fläche der Platte auftritt. Zwischen den benachbarten Polarisationsinversionsteilen verbleiben jeweils Nichtpolarisationsinversionsteile 4. Die Polarisationsinversionsteile 3 und Nichtpolarisationsinversionsteile 4 sind mit einer vorbestimmten Periode zur Bereitstellung einer periodischen Polarisationsinversionsstruktur 5 alternierend ausgebildet.
Eine Unterseitenpufferschicht 6 ist auf einer Bodenfläche 2b ausgebildet, und eine Oberseitenpufferschicht 9 ist auf einer oberen Fläche 2a des Wellenlängenumwandlungssubstrates 2 ausgebildet. Gemäß dem vorliegenden Beispiel haftet der Stützkörper 8 an der unteren Fläche der Unterseitenpufferschicht 6 durch eine Anhaftungsschicht an.
Dann wird eine Grundwelle in einer Einfallsfläche 2a gemäß dem Pfeil „A” von einer nicht gezeigten Lichtquelle eingestrahlt. Die Grundwelle breitet sich dann durch die periodische Domäneninversionsstruktur 5 unter Umwandlung ihrer Wellenlänge aus, so dass das umgewandelte Licht danach von einer Emissionsfläche 2d als ein Pfeil „B” emittiert wird. Die Wellenlänge des umgewandelten Lichts wird durch eine in der Richtung des sich ausbreitenden Lichtes gesehene Polarisationsinversionsperiode bestimmt.
Bei der Herstellung werden die Ober- und Unterseitenpufferschichten auf dem Wellenlängenumwandlungssubstrat 2 ausgebildet, an das der Stützkörper 8 dann für den Erhalt eines Anhaftungskörpers 1A angehaftet wird. Beim optischen Polieren der Einfallsfläche 2c oder Emissionsfläche 2d des Anhaftungskörpers werden gemäß 2 eine Vielzahl der Anhaftungskörper laminiert und als integrierter Körper gehalten. Die Einfalls- oder Emissionsfläche des laminierten und integrierten Körpers wird optisch poliert. Bei dem optischen Poliervorgang wird ein Verfahren für einen Grobschliff auf einer Platte mit einer Metalloberfläche unter Verwendung von Schleifmitteln aus Diamantteilchen und für ein optisches Polieren unter Verwendung eines Schleifmittels aus kolloidalem Siliziumdioxid auf einer Platte mit einer Polyurethanoberfläche bevorzugt.
Dabei ergaben sich jedoch die nachstehend aufgeführten Probleme. Genauer wird eine unnormale Entladung 13 aufgrund einer Pyroelektrizität verursacht, die zwischen der oberen Fläche 2a des Wellenlängenumwandlungssubstrates 2 und der Bodenfläche 8b des Stützkörpers 8 des benachbarten Anhaftungskörpers 1A erzeugt wird, was zu Mikrorissen 14 aufgrund der unnormalen Entladung zum Inneren des optischen Wellenleiters führt. Derartige Mikrorisse führen zu einem Ausbreitungsverlust innerhalb des optischen Wellenleiters.
Erfindungsgemäß wird der spezifische Widerstand des Materials für den Stützkörper verringert, so dass die unnormale Entladung und die resultierenden Risse sowie der Anstieg der Ausbreitungsverluste vermieden werden können.
Zudem wird erfindungsgemäß wie bei 3 eine leitende Schicht 10 auf der Oberseitenpufferschicht 9 ausgebildet, so dass die unnormale Entladung und die resultierenden Risse sowie der Anstieg der Ausbreitungsverluste vermieden werden können.
Falls im Übrigen das aus einem ferroelektrischen Einkristall ausgebildete Wellenlängenumwandlungssubstrat 2 nicht eine Z-Platte ist, sondern eine X-Platte, eine Y-Platte oder eine abgesetzte X-Platte ist, wird die unnormale Entladung zwischen dem Wellenlängenumwandlungssubstrat und dem Stützkörper während des Poliervorgangs für die Endfläche nicht verursacht.
Daher werden von vorneherein die Ausbreitungsverluste im optischen Wellenleiter nicht beobachtet. Die Erfindung basiert somit auf der Entdeckung der vorstehend geschilderten Probleme, welche für die vorstehend beschriebene spezifische Struktur charakteristisch sind.
Erfindungsgemäß kann die Dicke „T” des Wellenlängenumwandlungssubstrates 2 (vergleiche 1 und 3) vorzugsweise 10 μm oder mehr und 100 μm oder weniger betragen. Durch Erhöhen der Dicke „T” auf 10 μm oder mehr kann die Grundwelle leicht in den Wellenleiter zur Verbesserung der Verbindungseffizienz für die Grundwelle eingestrahlt werden. Unter diesem Gesichtspunkt kann die Dicke „T” des Wellenlängenumwandlungssubstrates 2 noch bevorzugter 20 μm oder mehr betragen.
Zudem kann durch Ausbilden der Dicke „T” des Wellenlängenumwandlungssubstrates 2 auf 100 μm oder weniger die Energiedichte des geführten Lichtes zur Verbesserung der Umwandlungseffizienz erhöht werden. Unter diesem Gesichtspunkt kann die Dicke „T” des Wellenlängenumwandlungssubstrates 2 noch bevorzugter 80 μm oder weniger betragen.
Das ferroelektrische Material für das Wellenlängenumwandlungssubstrat ist nicht besonders beschränkt, solange es zur Modulation von Licht befähigt ist. Der Einkristall kann aus Lithiumniobat, Lithiumtantalat, einer Festkörperlösung aus Lithiumniobat und Lithiumtantalat, Lithiumkaliumniobat, KTP, GaAs, Quarz, K₃Li₂Nb₅O₁₅, La₃Ga₅SiO₁₄ und dergleichen sein.
Zur weiteren Verbesserung der Beständigkeit des optischen Wellenleiters gegenüber optischer Beschädigung kann der ferroelektrische Einkristall ein oder mehrere metallische Elemente aus der aus Magnesium (Mg), Zink (Zn), Scandium (Sc) und Indium (In) bestehenden Gruppe enthalten, wobei Magnesium besonders bevorzugt ist. Zudem kann ein Element der seltenen Erden als Dotierstoff in dem ferroelektrischen Einkristall enthalten sein. Das Element der seltenen Erden wirkt als additives Element zur Laseroszillation. Von den Elementen der seltenen Erden sind Nd, Er, Tm, Ho, Dy und Pr besonders bevorzugt.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt der spezifische Volumenwiderstand des Stützkörpers 1/100 oder weniger, und noch bevorzugter 1/500 oder weniger von dem des das Wellenlängenumwandlungssubstrat ausbildenden Einkristalls.
Ferner beträgt gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der spezifische Volumenwiderstand des Stützkörpers 1 × 10¹² Ω·cm oder weniger (noch bevorzugter 1 × 10¹¹ Ω·cm oder weniger). Zudem beträgt der spezifische Volumenwiderstand für den Einkristall des Wellenlängenumwandlungssubstrates 2 × 10¹² Ω·cm oder höher (noch bevorzugter 1 × 10¹³ Ω·cm oder höher).
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Stützkörper aus einem sauerstoffarmen ferroelektrischen Einkristall ausgebildet. Zur Erzeugung eines sauerstoffarmen ferroelektrischen Einkristalls zur Verringerung des spezifischen Volumenwiderstands wird der Einkristall unter reduzierender Atmosphäre (vorzugsweise unter Wasserstoffatmosphäre) bevorzugt bei 200 bis 1000°C wärmebehandelt. Es wird ferner bevorzugt, dass die Reduktion bei einem Druck von 133 × 10^–1 bis 133 × 10^–7 Pa durchgeführt wird.
Weiterhin ist gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Stützkörper aus einem mit Eisen dotierten ferroelektrischen Einkristall ausgebildet. Zur Dotierung von Eisenatomen in dem Einkristall wird den Rohmaterialien beim Aufwachsen des Einkristalls im Voraus ein Eisenbestandteil hinzugefügt. Ein derartiger Eisenbestandteil beinhaltet Fe₂O₃.
Das Verfahren zur Herstellung der leitenden Schicht 10 auf der Oberseitenpufferschicht ist nicht beschränkt und beinhaltet folgendes.

(1) Eine Metalldünnschicht wird durch Zerstäubung hergestellt.
(2) Eine leitende Paste wird auf der Pufferschicht durch Aufdrucken oder dergleichen aufgebracht und gebrannt.
(3) Ein leitendes Band wird auf der Pufferschicht aufgeklebt.

Das Material für die leitende Schicht ist nicht besonders beschränkt und beinhaltet ein Metall und eine leitende Paste. Im Einzelnen können Al, Ti, Ta, Cu, Ag sowie die Elemente der Indiumreihe für die Paste verwendet werden.
Die Dicke der leitenden Schicht ist nicht besonders beschränkt, und ist vorzugsweise 0,05 μm oder größer und noch bevorzugter 0,1 μm oder größer. Unter dem Gesichtspunkt einer Reduktion der optischen Absorption durch die leitende Schicht beträgt zudem die Dicke der leitenden Schicht vorzugsweise 5 μm oder weniger.
Die leitende Schicht kann vorzugsweise 90 Prozent oder mehr bis zur gesamten Oberfläche der Oberseitenpufferschicht bedecken.
Ferner wird gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der das Wellenlängenumwandlungssubstrat ausbildende Einkristall aus einer Gruppe ausgewählt, die aus Lithiumniobat, Lithiumtantalat und einer Festkörperlösung aus Lithiumniobat und Lithiumtantalat besteht, und der den Stützkörper ausbildende Einkristall mit geringem Widerstand wird aus einer Gruppe ausgewählt, die aus Lithiumniobat, Lithiumtantalat und einer Festkörperlösung aus Lithiumniobat und Lithiumtantalat besteht.
Der spezifische Volumenwiderstand für das das Wellenlängenumwandlungssubstrat ausbildende Material kann vorzugsweise 1 × 10¹⁹ Ω·cm oder weniger unter praktischen Gesichtspunkten betragen. Zudem kann unter praktischen Gesichtspunkten der spezifische Volumenwiderstand des den Stützkörper ausbildenden Materials vorzugsweise 1 × 10¹⁰ Ω·cm oder höher sein.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Differenz im thermischen Ausdehnungskoeffizienten für den das Wellenlängenumwandlungssubstrat ausbildenden Einkristall und den Stützkörper 10 Prozent oder weniger des thermischen Ausdehnungskoeffizienten für den das Wellenlängenumwandlungssubstrat ausbildenden Einkristall. Durch Reduzierung der Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten ist es möglich, eine Fluktuation oder Reduktion bei der Emissionseffizienz zu vermeiden, wenn Temperaturzyklen oder Temperaturänderungen durchlaufen werden.
Für die Materialien der Oberseiten- und Unterseitenpufferschichten können Siliziumoxyd, Magnesiumfluorid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxyd und Tantalpentoxid als Beispiele aufgeführt werden.
Die Dicke „c” der Oberseitenpufferschicht und der Unterseitenpufferschicht ist nicht besonders beschränkt. Wenn die Dicke „c” der Pufferschichten zu gering ist, erhöht sich jedoch der optische Ausbreitungsverlust. Unter diesem Gesichtspunkt beträgt die Dicke „c” vorzugsweise 0,2 μm oder mehr. Wenn zudem die Dicke „c” der Pufferschichten zu groß ist, wird eine Erzeugung der Pufferschicht schwierig. Unter diesem Gesichtspunkt kann die Dicke „c” vorzugsweise 2,0 μm oder weniger und noch bevorzugter 1,5 μm oder weniger betragen.
Das Material für die Haftschicht zum Anhaften des Wellenlängenumwandlungssubstrats und des Stützkörpers kann ein anorganisches Haftmittel, ein organisches Haftmittel oder eine Kombination daraus sein.
Obwohl das organische Haftmittel nicht besonders beschränkt ist, sind beispielsweise Epoxydhaftmittel, Akrylhaftmittel, wärmehärtende Haftmittel, unter ultravioletten Strahlen härtende Haftmittel sowie ALON-Keramiken C (Markenname der Toa Gosei Ltd.; Wärmeausdehnungskoeffizient: 13 × 10^–6/K) bevorzugt beinhaltet, die einen Wärmeausdehnungskoeffizienten relativ nahe zu dem eines den elektrooptischen Effekt zeigenden Materials wie etwa Lithiumniobat aufweisen.
Ferner ist bevorzugt, dass das anorganische Haftmittel eine niedrige dielektrische Konstante und eine Anhaftungstemperatur (Verarbeitungstemperatur) von 600°C oder weniger aufweist. Zudem weist das Haftmittel vorzugsweise eine ausreichend hohe Anhaftungsfestigkeit während der Verarbeitung auf. Im Einzelnen beinhaltet das Haftmittel ein Glas aus einem einzelnen Bestandteil oder einer Kombination von vielen Bestandteilen, die aus einer Gruppe ausgewählt werden, die aus Siliziumoxyd, Bleioxyd, Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd, Kalziumoxyd, Boroxyd und dergleichen besteht. Das andere anorganische Haftmittel beinhaltet beispielsweise Tantalpentoxid, Titanoxyd, Niobpentoxid und Zinkoxyd.
Das Herstellungsverfahren für die anorganische Haftmittelschicht ist nicht besonders beschränkt und beinhaltet Zerstäubung, Gasphasenabscheidung, Aufschleuderungsbeschichtung sowie eine Sol-Gel-Verarbeitung. Zudem kann eine Schicht aus einem Haftmittel zwischen dem Wellenlängenumwandlungssubstrat und einem Stützkörper zu deren Verbindung angeordnet werden. Eine Schicht aus einem wärmehärtenden Harz, einem unter Licht aushärtenden Harz oder einem unter Licht verdickenden Harzhaftmittel wird vorzugsweise zwischen dem Wellenlängenumwandlungssubstrat und dem Stützkörper angeordnet und dann ausgeheilt. Eine derartige Schicht kann vorzugsweise ein Schichtharz mit einer Dicke von 10 μm oder weniger sein.
BEISPIELE
(Beispiel 1)
Die in 1 dargestellte Vorrichtung zur Oszillation einer zweiten Oberschwingung wurde hergestellt.
Im Einzelnen wurde eine kammförmige periodische Elektrode mit einer Periode von 7,0 μm auf einem mit 5% MgO dotierten Lithiumniobat-Z-Substrat mit einer Dicke von 0,5 mm durch Fotolithographie ausgebildet. Das Substrat wies einen spezifischen Volumenwiderstand von 5 × 10¹³ Ω·cm auf. Eine Elektrodenmembran wurde über die gesamte Oberfläche der Rückfläche des Substrates ausgebildet. Dann wurde eine Impulsspannung zum Ausbilden der periodischen Domänenpolarisationsinversionsstruktur 5 an die Elektroden angelegt. Eine untere Mantelschicht 6 aus SiO₂ (Pufferschicht) mit einer Dicke von 0,6 μm wurde durch Zerstäubung darauf ausgebildet.
Auf einem Lithiumniobatsubstrat 8 mit geringem Widerstand in Z-Schnitt mit einer Dicke von 0,5 mm wurde ein Haftmittel aufgebracht, das dann an das vorstehend beschriebene MgO-dotierte Lithiumniobatsubstrat angehaftet wurde. Das Substrat 8 wies einen spezifischen Volumenwiderstand von 5 × 10¹⁰ Ω·cm auf. Die Dicke des Haftmittels betrug 0,4 μm. Die Oberfläche des MgO-dotierten Lithiumniobatsubstrats wurde auf eine Dicke von 45 μm abgeschliffen und poliert. Auf dem somit erhaltenen Substrat 2 wurde ein optischer Wellenleiter ausgebildet, und eine obere Mantelschicht 9 aus Siliziumdioxyd (Pufferschicht) mit einer Dicke von 0,6 μm wurde durch Zerstäubung darauf ausgebildet.
Der somit erhaltene Anhaftungskörper wurde mittels eines Chipschneidegerätes auf eine Länge von 5 mm und eine Breite von 23 mm geschnitten. Der Anhaftungskörper wurde auf einer Einspannvorrichtung zum Polieren der Endfläche fixiert. 20 der Anhaftungskörper wurden laminiert und auf der Einspannvorrichtung fixiert. Die Endflächen der Anhaftungskörper wurden mit einem Diamantschleifmittel und danach mit einem Schleifmittel aus kolloidalem Siliziumoxyd poliert. Auf beiden Endflächen jedes Anhaftungskörpers wurden jeweils Antireflexionsschichten ausgebildet. Danach wurde der Anhaftungskörper in Chips mit jeweils einer Breite von 3,5 mm geschnitten, und ein optischer Scheibenwellenleiter wurde darin ausgebildet.
In dem optischen Wellenleiter wurde ein Nd-YAG-Laser zum Messen der optischen Eigenschaften des Chips verwendet. Genauer wurde die Oszillationsleistung des Lasers auf 2 W zur Bereitstellung von Grundwellenlicht eingestellt, was auf den optischen Scheibenwellenleiter durch eine Linse eingestrahlt wurde. Das Grundwellenlicht wurde über eine Breite von 3 mm gerastert, und die Verteilung der resultierenden SHG-Ausgabe wurde gemessen. Es ergab sich, dass eine SHG-Ausgabeleistung von 10 mW oder mehr über den gesamten gerasterten Bereich beobachtet wurde.
(Beispiel 2)
Die Vorrichtung 1 zur Oszillation einer zweiten Oberschwingung wurde gemäß demselben Ablauf wie bei Beispiel 1 hergestellt, und ihre Endfläche wurde poliert. Das Material für den Stützkörper 8 war jedoch ein Einkristall aus Lithiumniobat mit einem geringen Widerstand, d. h. mit einem spezifischen Volumenwiderstand von 4 × 10¹¹ Ω·cm.
Ein Nd-YAG-Laser wurde in dem optischen Wellenleiter zum Messen der optischen Eigenschaften des Chips verwendet. Genauer wurde die Oszillationsleistung des Lasers auf 2 W zur Bereitstellung von Grundwellenlicht eingestellt, was auf den optischen Scheibenwellenleiter durch eine Linse eingestrahlt wurde. Das Grundwellenlicht wurde über eine Breite von 3 mm gerastert, und die Verteilung der resultierenden SHG-Ausgabe wurde gemessen. Es ergab sich, dass eine SHG-Ausgabeleistung von 10 mW oder mehr über den gesamten gerasterten Bereich betrachtet wurde.
(Vergleichsbeispiel 1)
Die Vorrichtung 1 zum Oszillieren einer zweiten Oberschwingung wurde gemäß demselben Ablauf wie bei Beispiel 1 hergestellt, und ihre Endfläche wurde poliert. Das Material für den Stützkörper 8 war jedoch ein konventioneller Einkristall aus Lithiumniobat (mit einem spezifischen Volumenwiderstand von 1 × 10¹⁹ Ω·cm), anstelle des Einkristalls aus Lithiumniobat mit niedrigem Widerstand.
Ein Nd-YAG-Laser wurde bei dem optischen Wellenleiter zur Messung der optischen Eigenschaften des Chips verwendet. Genauer wurde die Oszillationsleistung des Lasers zur Bereitstellung von Grundwellenlicht auf 2 W eingestellt, das auf den optischen Scheibenwellenleiter durch eine Linse eingestrahlt wurde. Das Grundwellenlicht wurde über eine Breite von 3 mm gerastert, und die Verteilung der resultierenden SHG-Ausgabe wurde gemessen. Es ergab sich, dass eine SHG-Ausgabeleistung von weniger als 2 mW an drei betrachteten Bereichen beobachtet wurde.
Als Ergebnis der Beobachtung der drei Bereiche mit der geringen Ausgabeleistung wurden Spuren einer Entladung 13 auf der Oberfläche des optischen Scheibenwellenleiters und Risse 14 innerhalb des Wellenleiters nachgewiesen.
(Beispiel 3)
Die in 3 dargestellte Vorrichtung 11 zur Oszillation einer zweiten Oberschwingung wurde herstellt.
Im Einzelnen wurde eine kammförmige periodische Elektrode mit einer Periode von 7,0 μm auf einem mit 5% MgO dotierten Lithiumniobat-Z-Substrat mit einer Dicke von 0,5 mm durch Fotolithographie ausgebildet. Das Substrat wies einen spezifischen Volumenwiderstand von 5 × 10¹³ Ω·cm auf. Eine Elektrodenmembran wurde über der gesamten Oberfläche der Rückfläche des Substrates ausgebildet. Dann wurde eine Impulsspannung an den Elektroden zur Ausbildung einer periodischen Domänenpolarisationsinversionsstruktur 5 angelegt. Eine untere Mantelschicht 6 aus Siliziumdioxyd (Pufferschicht) mit einer Dicke von 0,6 μm wurde durch Zerstäubung darauf ausgebildet.
Auf einem Lithiumniobatsubstrat 8 mit einer Dicke von 0,5 mm wurde ein Haftmittel aufgebracht, was sodann an das vorstehend beschriebene MgO-dotierte Lithiumniobatsubstrat angehaftet wurde. Das Substrat 8 wies einen spezifischen Volumenwiderstand von 1 × 10¹⁹ Ω·cm auf. Die Dicke des Haftmittels betrug 0,4 μm. Die Oberfläche des MgO-dotierten Lithiumniobatsubstrats wurde auf eine Dicke von 45 μm geschliffen und poliert. Auf dem somit erhaltenen Substrat 2 wurde ein optischer Wellenleiter ausgebildet, und eine obere Mantelschicht 9 aus Siliziumdioxyd (Pufferschicht) mit einer Dicke von 0,6 μm wurde darauf durch Zerstäubung ausgebildet. Zudem wurde auf der oberen Mantelschicht 9 durch Zerstäubung eine leitende Schicht 10 mit einer Dicke von 0,5 μm aus Cr ausgebildet.
Der somit erhaltene Anhaftungskörper wurde durch ein Chipschneidegerät auf eine Länge von 5 mm und eine Breite von 23 mm geschnitten. Der Anhaftungskörper wurde auf eine Einspannvorrichtung zum Polieren der Endfläche fixiert. 20 der Anhaftungskörper wurden laminiert und auf der Einspannvorrichtung fixiert. Die Endflächen der Anhaftungskörper wurden mit Diamantschleifmittel und danach durch kolloidales Siliziumoxydschleifmittel poliert. Auf beiden Endflächen jedes Anhaftungskörpers wurden jeweils Antireflexionsschichten ausgebildet. Danach wurde der Anhaftungskörper in Chips mit jeweils einer Breite von 3,5 mm geschnitten, und ein optischer Scheibenwellenleiter wurde darin ausgebildet.
Ein Nd-YAG-Laser wurde in dem optischen Wellenleiter zur Messung der optischen Eigenschaften des Chips verwendet.
Genauer wurde die Oszillationsleistung des Lasers zur Bereitstellung von Grundwellenlicht auf 2 W eingestellt, das auf den optischen Scheibenwellenleiter durch eine Linse eingestrahlt wurde. Das Grundwellenlicht wurde über eine Breite von 3 mm gerastert, und die Verteilung der resultierenden SHG-Ausgabe wurde gemessen. Es ergab sich, dass eine SHG-Ausgabeleistung von 10 mW oder mehr über dem gesamten gerasterten Bereich beobachtet wurde.

1, 11: Wellenlängenumwandlungsvorrichtung,
2: Wellenlängenumwandlungssubstrat,
3: Polarisationsinversionsteil,
4: Nichtinversionsteil,
5: Periodische Domäneninversionsstruktur,
6: Unterseitenpufferschicht,
7: Anhaftungsschicht,
8: Stützkörper,
9: Oberseitenpufferschicht,
10: leitende Schicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2005-55528 A [0003]
- WO 2009/107473 A1 [0004]
- JP 2009/052121 [0004]

Claims

Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, mit: einem Stützkörper; einem Wellenlängenumwandlungssubstrat mit einer Z-Platte mit einem ferroelektrischen Einkristall und einer darin ausgebildeten periodischen Polarisationsinversionsstruktur; einer Unterseitenpufferschicht, die auf der Seite einer Bodenfläche des Wellenlängenumwandlungssubstrates bereitgestellt ist; einer Oberseitenpufferschicht, die auf der Seite einer oberen Fläche des Wellenlängenumwandlungssubstrates bereitgestellt ist; und einer Haftmittelschicht, welche den Stützkörper und die Unterseitenpufferschicht aneinander anhaftet, wobei der Stützkörper einen geringeren spezifischen Volumenwiderstand als den des ferroelektrischen Einkristalls des Wellenlängenumwandlungssubstrates aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Stützkörper einen spezifischen Volumenwiderstand von 1/100 oder weniger als der des ferroelektrischen Einkristalls aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Stützkörper einen spezifischen Volumenwiderstand von 1 × 10¹¹ Ω·cm oder weniger aufweist, und wobei der ferroelektrische Einkristall einen spezifischen Volumenwiderstand von 1 × 10¹³ Ω·cm oder höher aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Stützkörper einen sauerstoffarmen ferroelektrischen Einkristall aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Stützkörper einen Eisen-dotierten ferroelektrischen Einkristall aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten von dem das Wellenlängenumwandlungssubstrat ausbildenden ferroelektrischen Einkristall und von dem Stützkörper 10 Prozent oder weniger des Wärmeausdehnungskoeffizienten des das Wellenlängenumwandlungssubstrat ausbildenden ferroelektrischen Einkristalls beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Wellenlängenumwandlungssubstrat eine Dicke von 10 μm bis 100 μm aufweist.
Verfahren zur Herstellung der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, mit den Schritten: Anhaften des Wellenlängenumwandlungssubstrates mit der Oberseiten- und der Unterseitenpufferschicht an dem Stützkörper für den Erhalt eines Anhaftungskörpers mit einer Endfläche; und anschließendes Polieren der Endflächen der miteinander laminierten Anhaftungskörper.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, mit: einem Stützkörper; einem Wellenlängenumwandlungssubstrat mit einer Z-Platte mit einem ferroelektrischen Einkristall und einer darin ausgebildeten periodischen Polarisationsinversionsstruktur; einer Unterseitenpufferschicht, die auf der Seite einer Bodenfläche des Wellenlängenumwandlungssubstrates bereitgestellt ist; einer Oberseitenpufferschicht, die auf der Seite einer oberen Fläche des Wellenlängenumwandlungssubstrates bereitgestellt ist; einer Anhaftungsschicht, welche den Stützkörper und die Unterseitenpufferschicht aneinander anhaftet; und einer leitenden Schicht, die auf der Oberseitenpufferschicht bereitgestellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Wellenlängenumwandlungssubstrat eine Dicke von 10 μm bis 100 μm aufweist.
Verfahren zur Herstellung der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 9, mit den Schritten: Anhaften des Wellenlängenumwandlungssubstrates mit der Oberseiten- und der Unterseitenpufferschicht an dem Stützkörper für den Erhalt eines Anhaftungskörpers mit einer Endfläche; und anschließendes Polieren der Endflächen der miteinander laminierten Anhaftungskörper.