JP2001242498A - 強誘電体の分極反転方法、並びに光波長変換素子およびその作製方法 - Google Patents
強誘電体の分極反転方法、並びに光波長変換素子およびその作製方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 単分極化された強誘電体結晶の一表面に、所
定のパターンを有する電極を形成し、この電極を介して
強誘電体結晶の表裏に電場を印加することにより、該強
誘電体結晶に前記電極のパターンに対応した局部的な分
極反転部を形成する方法において、面内で均一に分極反
転の成長を制御可能とする。 【解決手段】 単分極化された強誘電体結晶１の一表面
１ａに、所定のパターンを有する電極２を形成し、この
電極２を介して強誘電体結晶１の表裏に電場を印加する
ことにより、該強誘電体結晶１に電極２のパターンに対
応した局部的な分極反転部を形成する方法において、前
記電場の印加を、電場印加条件を変えて２段階以上に分
けて行なう。
定のパターンを有する電極を形成し、この電極を介して
強誘電体結晶の表裏に電場を印加することにより、該強
誘電体結晶に前記電極のパターンに対応した局部的な分
極反転部を形成する方法において、面内で均一に分極反
転の成長を制御可能とする。 【解決手段】 単分極化された強誘電体結晶１の一表面
１ａに、所定のパターンを有する電極２を形成し、この
電極２を介して強誘電体結晶１の表裏に電場を印加する
ことにより、該強誘電体結晶１に電極２のパターンに対
応した局部的な分極反転部を形成する方法において、前
記電場の印加を、電場印加条件を変えて２段階以上に分
けて行なう。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は強誘電体の分極反転
方法に関し、さらに詳しくは、分極反転の成長を強誘電
体各部で均一に制御できるようにした強誘電体の分極反
転方法に関するものである。
方法に関し、さらに詳しくは、分極反転の成長を強誘電
体各部で均一に制御できるようにした強誘電体の分極反
転方法に関するものである。
【０００２】また本発明は、上述のような強誘電体の分
極反転方法を応用した光波長変換素子の作製方法およ
び、その方法により作製された光波長変換素子に関する
ものである。
極反転方法を応用した光波長変換素子の作製方法およ
び、その方法により作製された光波長変換素子に関する
ものである。
【０００３】
【従来の技術】非線形光学効果を有する強誘電体の自発
分極（ドメイン）を周期的に反転させた領域を設けた光
波長変換素子を用いて、基本波を第２高調波に波長変換
する方法が既にBleombergenらによって提案されている
（Phys.Rev.,Vol.127,No.6,1918(1962)参照）。この方
法においては、分極反転部の周期Λを、 Λｃ＝２π／｛β（２ω）−２β（ω）｝ ……(1) ただしβ（２ω）は第２高調波の伝搬定数 β（ω）は基本波の伝搬定数 で与えられるコヒーレント長Λｃの整数倍になるように
設定することで、第２高調波の位相整合を取ることがで
きる。非線形光学材料のバルク結晶を用いて波長変換す
る場合は、位相整合する波長が結晶固有の特定波長に限
られるが、上記の方法によれば、任意の波長に対して
(1)式を満足する周期Λを選択することにより、効率良
く位相整合（いわゆる疑似位相整合）を取ることが可能
となる。
分極（ドメイン）を周期的に反転させた領域を設けた光
波長変換素子を用いて、基本波を第２高調波に波長変換
する方法が既にBleombergenらによって提案されている
（Phys.Rev.,Vol.127,No.6,1918(1962)参照）。この方
法においては、分極反転部の周期Λを、 Λｃ＝２π／｛β（２ω）−２β（ω）｝ ……(1) ただしβ（２ω）は第２高調波の伝搬定数 β（ω）は基本波の伝搬定数 で与えられるコヒーレント長Λｃの整数倍になるように
設定することで、第２高調波の位相整合を取ることがで
きる。非線形光学材料のバルク結晶を用いて波長変換す
る場合は、位相整合する波長が結晶固有の特定波長に限
られるが、上記の方法によれば、任意の波長に対して
(1)式を満足する周期Λを選択することにより、効率良
く位相整合（いわゆる疑似位相整合）を取ることが可能
となる。
【０００４】上述のような周期分極反転構造を形成する
方法の１つとして、特開平７−７２５２１号に示される
ように、単分極化された非線形光学効果を有する強誘電
体結晶の一表面に所定のパターンの周期電極を形成した
後、この電極と、上記一表面と反対の表面側に配したコ
ロナワイヤーとにより強誘電体結晶をコロナ帯電させて
そこに電場を印加し、該強誘電体結晶の上記電極に対向
する部分を局部的な分極反転部とする方法が知られてい
る。
方法の１つとして、特開平７−７２５２１号に示される
ように、単分極化された非線形光学効果を有する強誘電
体結晶の一表面に所定のパターンの周期電極を形成した
後、この電極と、上記一表面と反対の表面側に配したコ
ロナワイヤーとにより強誘電体結晶をコロナ帯電させて
そこに電場を印加し、該強誘電体結晶の上記電極に対向
する部分を局部的な分極反転部とする方法が知られてい
る。
【０００５】またこのコロナ帯電を利用する他、例えば
特開平４−３３５６２０号に示されるように、所定パタ
ーンの周期電極を形成した表面の反対側の強誘電体表面
に全面電極を形成し、この全面電極と周期電極とにより
強誘電体に直接的に電場を印加して、局部的な分極反転
部を形成する方法も知られている。
特開平４−３３５６２０号に示されるように、所定パタ
ーンの周期電極を形成した表面の反対側の強誘電体表面
に全面電極を形成し、この全面電極と周期電極とにより
強誘電体に直接的に電場を印加して、局部的な分極反転
部を形成する方法も知られている。
【０００６】なお、以上説明した従来方法で強誘電体の
分極を反転させる場合、いずれの方法においても、印加
電圧や印加電流等の電場印加条件は、電場印加を開始し
てから分極反転が終了するまでの間ずっと一定に保つよ
うにしていた。
分極を反転させる場合、いずれの方法においても、印加
電圧や印加電流等の電場印加条件は、電場印加を開始し
てから分極反転が終了するまでの間ずっと一定に保つよ
うにしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な電極を用いて強誘電体結晶に分極反転部を形成する場
合、分極反転のパターンが微細になるほど、面内（周期
電極を形成した表面と平行な面内）で均一に分極反転の
成長を制御することは困難となっている。
な電極を用いて強誘電体結晶に分極反転部を形成する場
合、分極反転のパターンが微細になるほど、面内（周期
電極を形成した表面と平行な面内）で均一に分極反転の
成長を制御することは困難となっている。
【０００８】つまり、面内のある部分では分極反転が十
分に進行していないのに、他の部分では分極反転が進行
して分極反転部が広く形成されてしまう、といったこと
が起こり得る。例えば、周期電極を用いて非線形光学結
晶に周期分極反転構造を形成する場合は、周期電極の周
期が短くなるほど、隣接する分極反転部同士がつながる
ことが起こりやすくなり、周期分極反転構造の周期を均
一にすることが困難になる。
分に進行していないのに、他の部分では分極反転が進行
して分極反転部が広く形成されてしまう、といったこと
が起こり得る。例えば、周期電極を用いて非線形光学結
晶に周期分極反転構造を形成する場合は、周期電極の周
期が短くなるほど、隣接する分極反転部同士がつながる
ことが起こりやすくなり、周期分極反転構造の周期を均
一にすることが困難になる。
【０００９】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、微細な分極反転のパターンを形成する場合で
も、面内で均一に分極反転の成長を制御することができ
る強誘電体の分極反転方法を提供することを目的とす
る。
であり、微細な分極反転のパターンを形成する場合で
も、面内で均一に分極反転の成長を制御することができ
る強誘電体の分極反転方法を提供することを目的とす
る。
【００１０】また本発明は、強誘電体である非線形光学
結晶に周期性の優れた周期分極反転構造を形成すること
ができる、光波長変換素子の作製方法を提供することを
目的とする。
結晶に周期性の優れた周期分極反転構造を形成すること
ができる、光波長変換素子の作製方法を提供することを
目的とする。
【００１１】さらに本発明は、周期分極反転構造の周期
性が優れた光波長変換素子を提供することを目的とす
る。
性が優れた光波長変換素子を提供することを目的とす
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明による第１の強誘
電体の分極反転方法は、前述したように単分極化された
強誘電体結晶の一表面に、所定のパターンを有する電極
を形成し、この電極を介して前記強誘電体結晶の表裏に
電場を印加することにより、該強誘電体結晶に前記電極
のパターンに対応した局部的な分極反転部を形成する方
法において、前記電場の印加を、電場印加条件を変えて
２段階以上に分けて行なうことを特徴とするものであ
る。
電体の分極反転方法は、前述したように単分極化された
強誘電体結晶の一表面に、所定のパターンを有する電極
を形成し、この電極を介して前記強誘電体結晶の表裏に
電場を印加することにより、該強誘電体結晶に前記電極
のパターンに対応した局部的な分極反転部を形成する方
法において、前記電場の印加を、電場印加条件を変えて
２段階以上に分けて行なうことを特徴とするものであ
る。
【００１３】なお、この強誘電体の分極反転方法におい
ては、上記２段階以上の電場印加のうち第１段階の電場
印加を、それ以降の段階より比較的高電場かつ比較的短
時間の電場印加条件で行なうことが望ましい。より具体
的に、この第１段階の電場印加は、印加電圧５ｋＶ以
上、印加電流1000μＡ以上、印加時間10ｍｓ以下の条件
で行なうのが望ましい。
ては、上記２段階以上の電場印加のうち第１段階の電場
印加を、それ以降の段階より比較的高電場かつ比較的短
時間の電場印加条件で行なうことが望ましい。より具体
的に、この第１段階の電場印加は、印加電圧５ｋＶ以
上、印加電流1000μＡ以上、印加時間10ｍｓ以下の条件
で行なうのが望ましい。
【００１４】また、本発明による第２の強誘電体の分極
反転方法は、前述したように単分極化された強誘電体結
晶の一表面に、所定のパターンを有する電極を形成し、
この電極を介して前記強誘電体結晶の表裏に電場を印加
することにより、該強誘電体結晶に前記電極のパターン
に対応した局部的な分極反転部を形成する方法におい
て、電場印加を行なう前に、強誘電体結晶に対して降下
温度幅ΔＴ＝50℃以上の降温熱処理を施すことを特徴と
するものである。
反転方法は、前述したように単分極化された強誘電体結
晶の一表面に、所定のパターンを有する電極を形成し、
この電極を介して前記強誘電体結晶の表裏に電場を印加
することにより、該強誘電体結晶に前記電極のパターン
に対応した局部的な分極反転部を形成する方法におい
て、電場印加を行なう前に、強誘電体結晶に対して降下
温度幅ΔＴ＝50℃以上の降温熱処理を施すことを特徴と
するものである。
【００１５】より具体的に上記降温熱処理は、降温速度
Δｖ＝−１℃／ｓ以上（絶対値が１以上ということを意
味する）として行なうのが望ましい。またこの降温熱処
理は、強誘電体結晶に低温気体を吹き付けたり、あるい
は、室温以下の雰囲気中に強誘電体結晶を放置すること
によってなされ得る。
Δｖ＝−１℃／ｓ以上（絶対値が１以上ということを意
味する）として行なうのが望ましい。またこの降温熱処
理は、強誘電体結晶に低温気体を吹き付けたり、あるい
は、室温以下の雰囲気中に強誘電体結晶を放置すること
によってなされ得る。
【００１６】なお、以上説明した本発明による第１およ
び第２の強誘電体の分極反転方法は、前記強誘電体結晶
の一表面と反対側の表面側にコロナワイヤーを配し、こ
のコロナワイヤーと前記電極とを用いて、コロナ帯電法
により前記電場の印加を行なう場合に適用されると特に
効果的である。
び第２の強誘電体の分極反転方法は、前記強誘電体結晶
の一表面と反対側の表面側にコロナワイヤーを配し、こ
のコロナワイヤーと前記電極とを用いて、コロナ帯電法
により前記電場の印加を行なう場合に適用されると特に
効果的である。
【００１７】また、本発明による第１および第２の強誘
電体の分極反転方法は、強誘電体結晶が、ＬｉＮｂｘＴ
ａ１−ｘＯ３ （０≦ｘ≦１）結晶、またはそれにＭｇ
Ｏ、ＺｎＯもしくはＳｃがドープされた結晶である場合
に適用されると特に効果的である。
電体の分極反転方法は、強誘電体結晶が、ＬｉＮｂｘＴ
ａ１−ｘＯ３ （０≦ｘ≦１）結晶、またはそれにＭｇ
Ｏ、ＺｎＯもしくはＳｃがドープされた結晶である場合
に適用されると特に効果的である。
【００１８】他方、本発明による光波長変換素子の作製
方法は、以上説明した本発明による強誘電体の分極反転
方法において、前記単分極化された強誘電体結晶として
非線形光学結晶を用いるとともに、前記電極として周期
パターンを有する周期電極を用い、前記非線形光学結晶
に前記電極の周期パターンに対応した周期分極反転構造
を形成することを特徴とするものである。
方法は、以上説明した本発明による強誘電体の分極反転
方法において、前記単分極化された強誘電体結晶として
非線形光学結晶を用いるとともに、前記電極として周期
パターンを有する周期電極を用い、前記非線形光学結晶
に前記電極の周期パターンに対応した周期分極反転構造
を形成することを特徴とするものである。
【００１９】この本発明による光波長変換素子の作製方
法においては、前記電極の周期パターンの線幅を0.3μ
ｍ以下として、1.0μｍ〜4.6μｍの周期で分極反転部が
繰り返す周期分極反転構造を形成することが望ましい。
法においては、前記電極の周期パターンの線幅を0.3μ
ｍ以下として、1.0μｍ〜4.6μｍの周期で分極反転部が
繰り返す周期分極反転構造を形成することが望ましい。
【００２０】
【発明の効果】一般に強誘電体の分極を反転させる際に
は、まず反転の核が発生し、その反転核を中心に反転成
長して行くことが実験により確認されている。そして、
先に述べた通り従来方法では、電場印加を開始してから
分極反転が終了するまでの間電場印加条件をずっと一定
に保つようにしているため、上記の反転核発生と反転成
長とが同時に促進されるようになる。つまり、強誘電体
の反転核発生部でも未発生部でも反転成長が並行して進
行するため、電場印加の初期の段階で反転核が高密度に
発生した部分では分極反転部が既に比較的広く成長して
いるのに対し、電場印加の初期の段階で反転核がまばら
に発生した部分では分極反転部が余り成長していないと
いうように、強誘電体の面内において分極反転の成長が
不均一になってしまうのである。
は、まず反転の核が発生し、その反転核を中心に反転成
長して行くことが実験により確認されている。そして、
先に述べた通り従来方法では、電場印加を開始してから
分極反転が終了するまでの間電場印加条件をずっと一定
に保つようにしているため、上記の反転核発生と反転成
長とが同時に促進されるようになる。つまり、強誘電体
の反転核発生部でも未発生部でも反転成長が並行して進
行するため、電場印加の初期の段階で反転核が高密度に
発生した部分では分極反転部が既に比較的広く成長して
いるのに対し、電場印加の初期の段階で反転核がまばら
に発生した部分では分極反転部が余り成長していないと
いうように、強誘電体の面内において分極反転の成長が
不均一になってしまうのである。
【００２１】そこで、反転核がまばらに発生した部分に
おいて分極反転部が所望の広さに成長するまで電場印加
を続けていると、反転核が高密度に発生した部分では分
極反転部が成長し過ぎて、隣接する微細パターンの分極
反転部同士がつながってしまう、といった不都合が発生
する。このようなことがあるため、前述した光波長変換
素子の周期分極反転構造を形成する際には、分極反転部
の周期が短いほど隣接する分極反転部同士がつながりや
すくなり、均一な分極反転パターンを得ることが困難と
なる。
おいて分極反転部が所望の広さに成長するまで電場印加
を続けていると、反転核が高密度に発生した部分では分
極反転部が成長し過ぎて、隣接する微細パターンの分極
反転部同士がつながってしまう、といった不都合が発生
する。このようなことがあるため、前述した光波長変換
素子の周期分極反転構造を形成する際には、分極反転部
の周期が短いほど隣接する分極反転部同士がつながりや
すくなり、均一な分極反転パターンを得ることが困難と
なる。
【００２２】それに対して本発明による第１の強誘電体
の分極反転方法においては、強誘電体結晶に対する電場
印加を、電場印加条件を変えて２段階以上に分けて行な
うようにしたので、第１段階では強誘電体の面内のあら
ゆる部分で反転核が高密度に発生し得るような電場印加
条件を設定し、それに続く段階では分極反転を成長させ
るのに適した電場印加条件を設定することが可能とな
り、強誘電体の面内で均一に分極反転の成長を制御でき
るようになる。そこで、微細な分極反転のパターンを形
成する場合でも、隣接する分極反転部同士がつながって
しまうことを防止可能となる。
の分極反転方法においては、強誘電体結晶に対する電場
印加を、電場印加条件を変えて２段階以上に分けて行な
うようにしたので、第１段階では強誘電体の面内のあら
ゆる部分で反転核が高密度に発生し得るような電場印加
条件を設定し、それに続く段階では分極反転を成長させ
るのに適した電場印加条件を設定することが可能とな
り、強誘電体の面内で均一に分極反転の成長を制御でき
るようになる。そこで、微細な分極反転のパターンを形
成する場合でも、隣接する分極反転部同士がつながって
しまうことを防止可能となる。
【００２３】基本的には、第１段階の電場印加条件を、
それ以降の段階より比較的高電場かつ比較的短時間の条
件とすれば、上述したように強誘電体の面内のあらゆる
部分で反転核を高密度に発生させることができる。その
ような電場印加条件とは、より具体的には、前述したよ
うに印加電圧５ｋＶ以上、印加電流1000μＡ以上、印加
時間10ｍｓ以下の条件である。
それ以降の段階より比較的高電場かつ比較的短時間の条
件とすれば、上述したように強誘電体の面内のあらゆる
部分で反転核を高密度に発生させることができる。その
ような電場印加条件とは、より具体的には、前述したよ
うに印加電圧５ｋＶ以上、印加電流1000μＡ以上、印加
時間10ｍｓ以下の条件である。
【００２４】なお、上記第１段階で設定する比較的高電
場の電場印加条件をそのままずっと最後まで保持する
と、強誘電体にヒビが入ったり、最悪の場合は強誘電体
が破壊することもある。そこで、第２段階以降における
分極反転を成長させるのに適した電場印加条件とは、一
般には、第１段階よりも低電場の条件となる。
場の電場印加条件をそのままずっと最後まで保持する
と、強誘電体にヒビが入ったり、最悪の場合は強誘電体
が破壊することもある。そこで、第２段階以降における
分極反転を成長させるのに適した電場印加条件とは、一
般には、第１段階よりも低電場の条件となる。
【００２５】また、本発明による第２の強誘電体の分極
反転方法において、電場印加を行なう前に、強誘電体結
晶に対して降下温度幅ΔＴ＝50℃以上の降温熱処理を施
すと、焦電効果によって、強誘電体の面内のあらゆる部
分で反転核を高密度に発生させることができる。
反転方法において、電場印加を行なう前に、強誘電体結
晶に対して降下温度幅ΔＴ＝50℃以上の降温熱処理を施
すと、焦電効果によって、強誘電体の面内のあらゆる部
分で反転核を高密度に発生させることができる。
【００２６】すなわち、強誘電体は一般に焦電特性を有
し、温度変化に伴う自発分極の増減に比例して表面に電
荷が生じる。特に急激に温度変化した場合は、瞬間的に
分極変化に伴う高い表面電荷が生じる。そして、温度降
下時に生じる表面電荷は自発分極の逆の極性となるた
め、分極反転が生じ、反転核が発生する。
し、温度変化に伴う自発分極の増減に比例して表面に電
荷が生じる。特に急激に温度変化した場合は、瞬間的に
分極変化に伴う高い表面電荷が生じる。そして、温度降
下時に生じる表面電荷は自発分極の逆の極性となるた
め、分極反転が生じ、反転核が発生する。
【００２７】このようにして反転核を発生させる際に、
降下温度幅ΔＴ＝50℃以上とすれば、反転核を高密度に
発生させることができるので、それに引き続いて電場印
加を行なえば、強誘電体の面内で均一に分極反転の成長
を制御できるようになる。そこで、微細な分極反転のパ
ターンを形成する場合でも、隣接する分極反転部同士が
つながってしまうことを防止可能となる。
降下温度幅ΔＴ＝50℃以上とすれば、反転核を高密度に
発生させることができるので、それに引き続いて電場印
加を行なえば、強誘電体の面内で均一に分極反転の成長
を制御できるようになる。そこで、微細な分極反転のパ
ターンを形成する場合でも、隣接する分極反転部同士が
つながってしまうことを防止可能となる。
【００２８】なお上記降温熱処理において、降温速度Δ
ｖ＝−１℃／ｓ以上としておけば、より高密度に反転核
を発生させることができる。通常は、例えば強誘電体を
100℃から自然冷却させる場合等でも、降温速度Δｖは
−１℃／ｓ以上となる。ただし、特にこの降温速度Δｖ
を規定しなくても、本発明の目的を達成できる程度に高
密度に反転核を発生させることは可能である。
ｖ＝−１℃／ｓ以上としておけば、より高密度に反転核
を発生させることができる。通常は、例えば強誘電体を
100℃から自然冷却させる場合等でも、降温速度Δｖは
−１℃／ｓ以上となる。ただし、特にこの降温速度Δｖ
を規定しなくても、本発明の目的を達成できる程度に高
密度に反転核を発生させることは可能である。
【００２９】他方、本発明による光波長変換素子の作製
方法は、以上説明した第１あるいは第２の強誘電体の分
極反転方法を適用して周期分極反転構造を形成するもの
であるから、分極反転部の周期が非常に小さい場合で
も、隣接する分極反転部同士がつながってしまうことを
防止して、分極反転部の周期性が良好で波長変換特性の
優れた光波長変換素子を作製可能となる。本発明による
光波長変換素子はこの方法によって作製されたものであ
るから、波長変換特性に優れたものとなる。
方法は、以上説明した第１あるいは第２の強誘電体の分
極反転方法を適用して周期分極反転構造を形成するもの
であるから、分極反転部の周期が非常に小さい場合で
も、隣接する分極反転部同士がつながってしまうことを
防止して、分極反転部の周期性が良好で波長変換特性の
優れた光波長変換素子を作製可能となる。本発明による
光波長変換素子はこの方法によって作製されたものであ
るから、波長変換特性に優れたものとなる。
【００３０】なお、本発明による光波長変換素子の作製
方法において、電極の周期パターンの線幅を0.3μｍ以
下として、1.0μｍ〜4.6μｍの周期で分極反転部が繰り
返す周期分極反転構造を形成すれば、波長が 640ｎｍ〜
940ｎｍの範囲にある基本波が入射されたとき、上記周
期を疑似位相整合のための１次の周期として、波長が32
0ｎｍ〜 470ｎｍの範囲にある第２高調波を生成する光
波長変換素子を得ることも可能になる。このような光波
長変換素子は、紫外域の第２高調波を得る上で極めて有
用なものである。
方法において、電極の周期パターンの線幅を0.3μｍ以
下として、1.0μｍ〜4.6μｍの周期で分極反転部が繰り
返す周期分極反転構造を形成すれば、波長が 640ｎｍ〜
940ｎｍの範囲にある基本波が入射されたとき、上記周
期を疑似位相整合のための１次の周期として、波長が32
0ｎｍ〜 470ｎｍの範囲にある第２高調波を生成する光
波長変換素子を得ることも可能になる。このような光波
長変換素子は、紫外域の第２高調波を得る上で極めて有
用なものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態
による強誘電体の分極反転方法の工程を概略的に示すも
のである。本実施形態では、強誘電体結晶として非線形
光学結晶を用いるとともに、電場印加用の電極として周
期パターンを有する周期電極を用い、非線形光学結晶に
上記電極の周期パターンに対応した周期分極反転構造を
形成して、光波長変換素子を作製する。
施の形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態
による強誘電体の分極反転方法の工程を概略的に示すも
のである。本実施形態では、強誘電体結晶として非線形
光学結晶を用いるとともに、電場印加用の電極として周
期パターンを有する周期電極を用い、非線形光学結晶に
上記電極の周期パターンに対応した周期分極反転構造を
形成して、光波長変換素子を作製する。
【００３２】この図１中、１は非線形光学効果を有する
強誘電体である、ＭｇＯが５mol％ドープされたＬｉＮ
ｂＯ３ （ＭｇＯ−ＬＮ）結晶の基板である。このＭｇ
Ｏ−ＬＮ基板１は単分極化処理がなされて厚さ0.3 ｍｍ
に形成され、最も大きい非線形光学定数ｄ３３が有効に
利用できるようにＺ面でカット、光学研磨されている。
強誘電体である、ＭｇＯが５mol％ドープされたＬｉＮ
ｂＯ３ （ＭｇＯ−ＬＮ）結晶の基板である。このＭｇ
Ｏ−ＬＮ基板１は単分極化処理がなされて厚さ0.3 ｍｍ
に形成され、最も大きい非線形光学定数ｄ３３が有効に
利用できるようにＺ面でカット、光学研磨されている。
【００３３】このＭｇＯ−ＬＮ基板１の−Ｚ面１ａ上に
Ｃｒをスパッタして例えば厚さ50ｎｍのＣｒ薄膜を形成
した後、フォトリソグラフィーとドライエッチングによ
り、同図（１）に示されるＣｒ薄膜からなる周期電極２
を形成する。この周期電極２は、図２に概略平面形状を
示す通り、例えば基板１のＸ軸方向に一定の周期Λで繰
り返す多数の電極指２ａを備えてなるものである。な
お、これらの電極指２ａは全て共通の基部から延ばされ
たもので、互いに電気的に導通する状態となっている。
Ｃｒをスパッタして例えば厚さ50ｎｍのＣｒ薄膜を形成
した後、フォトリソグラフィーとドライエッチングによ
り、同図（１）に示されるＣｒ薄膜からなる周期電極２
を形成する。この周期電極２は、図２に概略平面形状を
示す通り、例えば基板１のＸ軸方向に一定の周期Λで繰
り返す多数の電極指２ａを備えてなるものである。な
お、これらの電極指２ａは全て共通の基部から延ばされ
たもので、互いに電気的に導通する状態となっている。
【００３４】図２に示される通り、本例において周期電
極２の長さ（Ｘ軸方向寸法）は５ｍｍ、幅（Ｙ軸方向寸
法）は２ｍｍである。そして周期電極２の周期Λ、つま
り電極指２ａ部分のピッチは2.4μｍである。この周期
Λ＝2.4μｍは、後述するように紫外域の第２高調波を
得るために設定されたものであって、可視域の第２高調
波を得る場合よりも極めて小さい。
極２の長さ（Ｘ軸方向寸法）は５ｍｍ、幅（Ｙ軸方向寸
法）は２ｍｍである。そして周期電極２の周期Λ、つま
り電極指２ａ部分のピッチは2.4μｍである。この周期
Λ＝2.4μｍは、後述するように紫外域の第２高調波を
得るために設定されたものであって、可視域の第２高調
波を得る場合よりも極めて小さい。
【００３５】次に図１（２）に示すように、周期電極２
を接続線３を介して高圧電源４に接続するとともに、Ｍ
ｇＯ−ＬＮ基板１の＋Ｚ面１ｂに向かい合う位置に配し
たコロナワイヤー５を、接続線６を介して高圧電源４に
接続する。それによりＭｇＯ−ＬＮ基板１に、コロナ帯
電により電場が印加される。なお本実施形態では、電場
印加時の温度は60℃である。
を接続線３を介して高圧電源４に接続するとともに、Ｍ
ｇＯ−ＬＮ基板１の＋Ｚ面１ｂに向かい合う位置に配し
たコロナワイヤー５を、接続線６を介して高圧電源４に
接続する。それによりＭｇＯ−ＬＮ基板１に、コロナ帯
電により電場が印加される。なお本実施形態では、電場
印加時の温度は60℃である。
【００３６】この電場印加により、図１（３）に示すよ
うに、ＭｇＯ−ＬＮ基板１の−Ｚ面１ａの周期電極２が
形成されていた箇所から＋Ｚ面１ｂまで貫通する分極反
転部７が形成される。これらの分極反転部７は、周期電
極２の周期Λと同じ周期で繰り返して、周期分極反転構
造を構成するものとなる。
うに、ＭｇＯ−ＬＮ基板１の−Ｚ面１ａの周期電極２が
形成されていた箇所から＋Ｚ面１ｂまで貫通する分極反
転部７が形成される。これらの分極反転部７は、周期電
極２の周期Λと同じ周期で繰り返して、周期分極反転構
造を構成するものとなる。
【００３７】このとき電場印加は、条件をそれぞれ変え
て２段階に行なわれる。図３は、この電場印加時の印加
電流波形を示すものである。図示されるように第１段階
の電場印加は、印加電流を−2000μＡ（印加電圧10ｋ
Ｖ）、印加時間を2.5ｍｓ（ミリ・秒）に設定してなさ
れる。そしてそれに続く第２段階の電場印加は、印加電
流を−600μＡ（印加電圧３ｋＶ）、印加時間を１ｓに
設定してなされる。
て２段階に行なわれる。図３は、この電場印加時の印加
電流波形を示すものである。図示されるように第１段階
の電場印加は、印加電流を−2000μＡ（印加電圧10ｋ
Ｖ）、印加時間を2.5ｍｓ（ミリ・秒）に設定してなさ
れる。そしてそれに続く第２段階の電場印加は、印加電
流を−600μＡ（印加電圧３ｋＶ）、印加時間を１ｓに
設定してなされる。
【００３８】以上のように、第１段階の電場印加条件
を、第２段階より比較的高電場かつ比較的短時間の条件
とすれば、ＭｇＯ−ＬＮ基板１のＺ面内のあらゆる部分
で反転核を高密度に発生させることができる。また、電
場印加時間を比較的短くしているから、高電場であって
も、ＭｇＯ−ＬＮ基板１の破壊を招くようなことはな
い。そして第２段階の電場印加条件を、比較的低電場か
つ比較的長時間の条件とすることにより、この第２段階
において、ＭｇＯ−ＬＮ基板１の破壊を防止しつつ反転
成長を促進させることができる。このようにすることに
より、分極反転のパターンが微細であっても、隣接する
分極反転部同士がつながってしまうことを防止可能とな
る。
を、第２段階より比較的高電場かつ比較的短時間の条件
とすれば、ＭｇＯ−ＬＮ基板１のＺ面内のあらゆる部分
で反転核を高密度に発生させることができる。また、電
場印加時間を比較的短くしているから、高電場であって
も、ＭｇＯ−ＬＮ基板１の破壊を招くようなことはな
い。そして第２段階の電場印加条件を、比較的低電場か
つ比較的長時間の条件とすることにより、この第２段階
において、ＭｇＯ−ＬＮ基板１の破壊を防止しつつ反転
成長を促進させることができる。このようにすることに
より、分極反転のパターンが微細であっても、隣接する
分極反転部同士がつながってしまうことを防止可能とな
る。
【００３９】図４は、本実施形態の方法により分極反転
させる場合の、ＭｇＯ−ＬＮ基板１のＺ面内での分極反
転部の成長の様子を概略的に示すものである。同図中斜
線を付した部分が、分極反転部を示している。また同図
の（１）、（２）がそれぞれ、第１段階、第２段階の電
場印加が終了した時点の状態を示している。
させる場合の、ＭｇＯ−ＬＮ基板１のＺ面内での分極反
転部の成長の様子を概略的に示すものである。同図中斜
線を付した部分が、分極反転部を示している。また同図
の（１）、（２）がそれぞれ、第１段階、第２段階の電
場印加が終了した時点の状態を示している。
【００４０】一方図６には、従来方法により分極反転さ
せる場合の、分極反転部の成長の様子を概略的に示して
ある。なおこの場合の印加電流波形は、図５に示すも
の、つまり本実施形態における第２段階の印加電流波形
と同じ（印加電流：−600μＡ、印加電圧３ｋＶ、印加
時間：１ｓ）であり、また電場印加時の温度は60℃であ
る。そして図６の（１）、（２）がそれぞれ、この電場
印加の初期の状態、電場印加が終了した時点の状態を示
している。
せる場合の、分極反転部の成長の様子を概略的に示して
ある。なおこの場合の印加電流波形は、図５に示すも
の、つまり本実施形態における第２段階の印加電流波形
と同じ（印加電流：−600μＡ、印加電圧３ｋＶ、印加
時間：１ｓ）であり、また電場印加時の温度は60℃であ
る。そして図６の（１）、（２）がそれぞれ、この電場
印加の初期の状態、電場印加が終了した時点の状態を示
している。
【００４１】図６（１）に示される通り、従来方法によ
る場合は、電場印加の初期段階で反転核は比較的まばら
に発生している。そのため、同図（２）のように分極反
転がＺ面内で不均一に成長し、隣接する分極反転部同士
がつながってしまうようなことも起こり得る。
る場合は、電場印加の初期段階で反転核は比較的まばら
に発生している。そのため、同図（２）のように分極反
転がＺ面内で不均一に成長し、隣接する分極反転部同士
がつながってしまうようなことも起こり得る。
【００４２】それに対して本実施形態の場合は、図４
（１）に示される通り、電場印加の第１段階で反転核は
高密度に発生している。そのため、同図（２）のように
分極反転がＺ面内で均一に成長し、周期電極２のパター
ン通りの分極反転パターンが得られ、隣接する分極反転
部同士がつながってしまうことも防止できる。
（１）に示される通り、電場印加の第１段階で反転核は
高密度に発生している。そのため、同図（２）のように
分極反転がＺ面内で均一に成長し、周期電極２のパター
ン通りの分極反転パターンが得られ、隣接する分極反転
部同士がつながってしまうことも防止できる。
【００４３】なお、図４および図６に示す分極反転部の
成長の様子は、前述した通り概略的なものであるが、こ
のような傾向は、ＭｇＯ−ＬＮ基板１に形成された分極
反転部を光学顕微鏡により観察して、実際に確認したも
のである。
成長の様子は、前述した通り概略的なものであるが、こ
のような傾向は、ＭｇＯ−ＬＮ基板１に形成された分極
反転部を光学顕微鏡により観察して、実際に確認したも
のである。
【００４４】以上説明した第１の実施形態により周期分
極反転構造を形成したＭｇＯ−ＬＮ基板１の＋Ｘ面およ
び−Ｘ面を研磨し、そこに適宜のコートを施して、実際
に光波長変換素子を作製した。そして図７に示すよう
に、この光波長変換素子10に、Ａｒレーザー励起チタン
サファイアレーザー11から発せられた波長λ１＝780ｎ
ｍのレーザー光12を、集光レンズ13により集光して入射
させた。
極反転構造を形成したＭｇＯ−ＬＮ基板１の＋Ｘ面およ
び−Ｘ面を研磨し、そこに適宜のコートを施して、実際
に光波長変換素子を作製した。そして図７に示すよう
に、この光波長変換素子10に、Ａｒレーザー励起チタン
サファイアレーザー11から発せられた波長λ１＝780ｎ
ｍのレーザー光12を、集光レンズ13により集光して入射
させた。
【００４５】この基本波としてのレーザー光12は、光波
長変換素子10により波長λ２＝390ｎｍの紫外域の第２
高調波14に変換された。このときの波長変換効率を測定
し、その測定値から上記光波長変換素子10の非線形光学
定数ｄを求めたところ、ｄ＝８ｐｍ／Ｖであった。
長変換素子10により波長λ２＝390ｎｍの紫外域の第２
高調波14に変換された。このときの波長変換効率を測定
し、その測定値から上記光波長変換素子10の非線形光学
定数ｄを求めたところ、ｄ＝８ｐｍ／Ｖであった。
【００４６】また先に説明した従来方法、つまり図５に
示す印加電流波形で分極反転させたＭｇＯ−ＬＮ基板か
ら、上記と同様にして比較例としての光波長変換素子を
作製した。この光波長変換素子も図７のように使用し
て、第２高調波を発生させた。このときの波長変換効率
を測定し、その測定値から上記比較例の光波長変換素子
の非線形光学定数ｄを求めたところ、ｄ＝５ｐｍ／Ｖで
あった。
示す印加電流波形で分極反転させたＭｇＯ−ＬＮ基板か
ら、上記と同様にして比較例としての光波長変換素子を
作製した。この光波長変換素子も図７のように使用し
て、第２高調波を発生させた。このときの波長変換効率
を測定し、その測定値から上記比較例の光波長変換素子
の非線形光学定数ｄを求めたところ、ｄ＝５ｐｍ／Ｖで
あった。
【００４７】以上説明の通り、本発明方法により作製さ
れた光波長変換素子10は、従来方法による光波長変換素
子と比較して非線形光学定数が著しく向上しており、こ
の点からも、本発明方法によれば分極反転を均一に成長
させて、分極反転の微細な周期パターンを正確に形成可
能であることが裏付けられた。
れた光波長変換素子10は、従来方法による光波長変換素
子と比較して非線形光学定数が著しく向上しており、こ
の点からも、本発明方法によれば分極反転を均一に成長
させて、分極反転の微細な周期パターンを正確に形成可
能であることが裏付けられた。
【００４８】次に、図８を参照して本発明の第２実施形
態について説明する。なおこの図８において、図１中の
要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての
説明は特に必要のない限り省略する（以下、同様）。
態について説明する。なおこの図８において、図１中の
要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての
説明は特に必要のない限り省略する（以下、同様）。
【００４９】この第２実施形態でも、強誘電体結晶とし
て非線形光学結晶を用いるとともに、電場印加用の電極
として周期パターンを有する周期電極を用い、非線形光
学結晶に上記電極の周期パターンに対応した周期分極反
転構造を形成して、非線形光学材料を作製する。
て非線形光学結晶を用いるとともに、電場印加用の電極
として周期パターンを有する周期電極を用い、非線形光
学結晶に上記電極の周期パターンに対応した周期分極反
転構造を形成して、非線形光学材料を作製する。
【００５０】本実施形態においては、まず図８（１）に
示されるように、単分極化処理がなされたＭｇＯ−ＬＮ
基板１の−Ｚ面１ａ上にＣｒ薄膜からなる周期電極２を
形成する。このＭｇＯ−ＬＮ基板１および周期電極２
は、第１実施形態で用いたものと同じものである。
示されるように、単分極化処理がなされたＭｇＯ−ＬＮ
基板１の−Ｚ面１ａ上にＣｒ薄膜からなる周期電極２を
形成する。このＭｇＯ−ＬＮ基板１および周期電極２
は、第１実施形態で用いたものと同じものである。
【００５１】次に図８（２）に示すように、周期電極２
が形成されたＭｇＯ−ＬＮ基板１をカーボン支持体20の
上に載置し、赤外線加熱炉により150℃に加熱する。こ
のとき、ＭｇＯ−ＬＮ基板１は赤外線を吸収しないが、
赤外線を吸収するカーボン支持体20からの熱伝導により
ＭｇＯ−ＬＮ基板１が加熱される。
が形成されたＭｇＯ−ＬＮ基板１をカーボン支持体20の
上に載置し、赤外線加熱炉により150℃に加熱する。こ
のとき、ＭｇＯ−ＬＮ基板１は赤外線を吸収しないが、
赤外線を吸収するカーボン支持体20からの熱伝導により
ＭｇＯ−ＬＮ基板１が加熱される。
【００５２】ＭｇＯ−ＬＮ基板１の温度が150℃に到達
した後、低温Ｎ２ ガス21を吹き付けることにより、Ｍ
ｇＯ−ＬＮ基板１を−５℃／ｓの降温速度で25℃まで高
速冷却する。なお、このときの雰囲気は、大気あるいは
Ｏ２ とする。また降温速度は、Ｎ２ ガス21の噴射状態
によって制御することができる。
した後、低温Ｎ２ ガス21を吹き付けることにより、Ｍ
ｇＯ−ＬＮ基板１を−５℃／ｓの降温速度で25℃まで高
速冷却する。なお、このときの雰囲気は、大気あるいは
Ｏ２ とする。また降温速度は、Ｎ２ ガス21の噴射状態
によって制御することができる。
【００５３】この降温熱処理を施した後、図８（３）に
示すように、第１実施形態で用いたのと同様の手段を用
いて、ＭｇＯ−ＬＮ基板１に電場を印加する。このとき
の電場印加は、電場印加条件を１通りに設定して１段階
で行なう。この電場印加は、図５に示した印加電流波形
（印加電流：−600μＡ、印加電圧３ｋＶ、印加時間：
１ｓ）でなされ、また電場印加時の温度は60℃である。
示すように、第１実施形態で用いたのと同様の手段を用
いて、ＭｇＯ−ＬＮ基板１に電場を印加する。このとき
の電場印加は、電場印加条件を１通りに設定して１段階
で行なう。この電場印加は、図５に示した印加電流波形
（印加電流：−600μＡ、印加電圧３ｋＶ、印加時間：
１ｓ）でなされ、また電場印加時の温度は60℃である。
【００５４】以上説明のように、電場印加を行なう前
に、ＭｇＯ−ＬＮ基板１に対して降下温度幅ΔＴ＝50℃
以上の降温熱処理を施すと、焦電効果によって、ＭｇＯ
−ＬＮ基板１のＺ面内のあらゆる部分で反転核を高密度
に発生させることができる。そこで、それに引き続いて
電場印加を行なえば、ＭｇＯ−ＬＮ基板１のＺ面内で分
極反転が均一に成長し、周期電極２の微細パターン通り
の分極反転パターンが得られ、隣接する分極反転部同士
がつながってしまうことも防止できる。
に、ＭｇＯ−ＬＮ基板１に対して降下温度幅ΔＴ＝50℃
以上の降温熱処理を施すと、焦電効果によって、ＭｇＯ
−ＬＮ基板１のＺ面内のあらゆる部分で反転核を高密度
に発生させることができる。そこで、それに引き続いて
電場印加を行なえば、ＭｇＯ−ＬＮ基板１のＺ面内で分
極反転が均一に成長し、周期電極２の微細パターン通り
の分極反転パターンが得られ、隣接する分極反転部同士
がつながってしまうことも防止できる。
【００５５】以上説明した第２の実施形態により周期分
極反転構造を形成したＭｇＯ−ＬＮ基板１の＋Ｘ面およ
び−Ｘ面を研磨し、そこに適宜のコートを施して、実際
に光波長変換素子を作製した。そしてこの場合も図７に
示すように、作製された光波長変換素子10に、Ａｒレー
ザー励起チタンサファイアレーザー11から発せられた波
長λ１＝780ｎｍのレーザー光12を、集光レンズ13によ
り集光して入射させた。
極反転構造を形成したＭｇＯ−ＬＮ基板１の＋Ｘ面およ
び−Ｘ面を研磨し、そこに適宜のコートを施して、実際
に光波長変換素子を作製した。そしてこの場合も図７に
示すように、作製された光波長変換素子10に、Ａｒレー
ザー励起チタンサファイアレーザー11から発せられた波
長λ１＝780ｎｍのレーザー光12を、集光レンズ13によ
り集光して入射させた。
【００５６】この基本波としてのレーザー光12は、光波
長変換素子10により波長λ２＝390ｎｍの紫外域の第２
高調波14に変換された。このときの波長変換効率を測定
し、その測定値から上記光波長変換素子10の非線形光学
定数ｄを求めたところ、第１実施形態におけるのと同様
にｄ＝８ｐｍ／Ｖであった。
長変換素子10により波長λ２＝390ｎｍの紫外域の第２
高調波14に変換された。このときの波長変換効率を測定
し、その測定値から上記光波長変換素子10の非線形光学
定数ｄを求めたところ、第１実施形態におけるのと同様
にｄ＝８ｐｍ／Ｖであった。
【００５７】以上説明の通り、第２実施形態の方法で作
製された光波長変換素子10も、従来方法による光波長変
換素子と比較して非線形光学定数が著しく向上してお
り、この点からも、第２実施形態の方法によれば分極反
転を均一に成長させて、分極反転の微細な周期パターン
を正確に形成可能であることが裏付けられた。
製された光波長変換素子10も、従来方法による光波長変
換素子と比較して非線形光学定数が著しく向上してお
り、この点からも、第２実施形態の方法によれば分極反
転を均一に成長させて、分極反転の微細な周期パターン
を正確に形成可能であることが裏付けられた。
【００５８】なお、ＭｇＯ−ＬＮ基板１の降温速度を−
１℃／ｓ未満（絶対値が１未満）と比較的遅くすると、
反転核の密度が低くなりやすい。
１℃／ｓ未満（絶対値が１未満）と比較的遅くすると、
反転核の密度が低くなりやすい。
【００５９】また、ＭｇＯ−ＬＮ基板１を100℃以上に
加熱した場合には、室温への自然冷却でも−１℃／ｓ以
上の冷却速度が得られており、特に降温速度を制御しな
くても反転核が高密度に得られることが確認された。一
方、ＭｇＯ−ＬＮ基板１を室温未満の低温雰囲気中へ放
置することによっても、急速冷却を行なうことができ
る。
加熱した場合には、室温への自然冷却でも−１℃／ｓ以
上の冷却速度が得られており、特に降温速度を制御しな
くても反転核が高密度に得られることが確認された。一
方、ＭｇＯ−ＬＮ基板１を室温未満の低温雰囲気中へ放
置することによっても、急速冷却を行なうことができ
る。
【００６０】次に、図９を参照して本発明の第３実施形
態について説明する。この第３実施形態の方法は第１実
施形態の方法と比べると、ＭｇＯ−ＬＮ基板１に形成す
る分極反転部のパターンおよび電場印加条件が異なるだ
けで、その他の点は第１実施形態と同様である。
態について説明する。この第３実施形態の方法は第１実
施形態の方法と比べると、ＭｇＯ−ＬＮ基板１に形成す
る分極反転部のパターンおよび電場印加条件が異なるだ
けで、その他の点は第１実施形態と同様である。
【００６１】図９は、この第３実施形態の方法で用いら
れる電場印加用電極の形状を示している。図中左半分に
示した電極30は、長さ１ｍｍのレンズ型電極であり、各
電極間の間隔は100μｍとされている。また図中右半分
に示した電極31は、一辺が１ｍｍのプリズム型電極であ
る。両電極30、31とも、図２に示した周期電極２と同様
にＣｒ蒸着によって形成され、そして電場印加に際して
この周期電極２と同様に用いられる。
れる電場印加用電極の形状を示している。図中左半分に
示した電極30は、長さ１ｍｍのレンズ型電極であり、各
電極間の間隔は100μｍとされている。また図中右半分
に示した電極31は、一辺が１ｍｍのプリズム型電極であ
る。両電極30、31とも、図２に示した周期電極２と同様
にＣｒ蒸着によって形成され、そして電場印加に際して
この周期電極２と同様に用いられる。
【００６２】この場合の印加電流波形は、図１０に示す
通りである。つまり図３に示した第１実施形態のものと
比較すると、第２段階の印加時間が１ｓから10ｓに延ば
された点が異なるものである。また電場印加時の温度は
100℃である。その他の電場印加条件は第１実施形態に
おけるのと同じであり、電場印加は２段階になされる。
それにより本例においても分極反転が均一に成長し、電
極30、31のパターン通りの分極反転パターンが得られる
ことが確認された。
通りである。つまり図３に示した第１実施形態のものと
比較すると、第２段階の印加時間が１ｓから10ｓに延ば
された点が異なるものである。また電場印加時の温度は
100℃である。その他の電場印加条件は第１実施形態に
おけるのと同じであり、電場印加は２段階になされる。
それにより本例においても分極反転が均一に成長し、電
極30、31のパターン通りの分極反転パターンが得られる
ことが確認された。
【００６３】次に、本発明の第４実施形態について説明
する。この第４実施形態の方法は第２実施形態の方法と
比べると、ＭｇＯ−ＬＮ基板１に形成する分極反転部の
パターンおよび印加電流波形が異なるだけで、その他の
点は第２実施形態と同様である。この第４実施形態の方
法で用いられる電場印加用電極の形状は第３実施形態に
おけるのと同じ、つまり図９に示されるものである。
する。この第４実施形態の方法は第２実施形態の方法と
比べると、ＭｇＯ−ＬＮ基板１に形成する分極反転部の
パターンおよび印加電流波形が異なるだけで、その他の
点は第２実施形態と同様である。この第４実施形態の方
法で用いられる電場印加用電極の形状は第３実施形態に
おけるのと同じ、つまり図９に示されるものである。
【００６４】この場合の印加電流波形は、図１１に示す
通りである。つまり図５に示した第２実施形態のものと
比較すると、印加時間が１ｓから10ｓに延ばされた点が
異なるものである。また電場印加時の温度は100℃であ
る。その他の電場印加条件は第２実施形態におけるのと
同じである。
通りである。つまり図５に示した第２実施形態のものと
比較すると、印加時間が１ｓから10ｓに延ばされた点が
異なるものである。また電場印加時の温度は100℃であ
る。その他の電場印加条件は第２実施形態におけるのと
同じである。
【００６５】そしてこの電場印加に先行して、第２実施
形態におけるのと同様に、ＭｇＯ−ＬＮ基板１に対して
降温熱処理がなされる。この降温熱処理の条件は、第２
実施形態と同様である。それにより本例においても分極
反転が均一に成長し、電極30、31のパターン通りの分極
反転パターンが得られることが確認された。
形態におけるのと同様に、ＭｇＯ−ＬＮ基板１に対して
降温熱処理がなされる。この降温熱処理の条件は、第２
実施形態と同様である。それにより本例においても分極
反転が均一に成長し、電極30、31のパターン通りの分極
反転パターンが得られることが確認された。
【００６６】以上説明したようにして、レンズ型電極30
やプリズム型電極31のパターンに対応した形状の分極反
転部を強誘電体に形成できれば、その分極反転部に電極
を形成し、この電極を介して電界をかけることにより分
極反転部の屈折率を電気光学効果によって変化させるこ
とができる。これにより強誘電体中の光路を、レンズ作
用やプリズム作用によって制御することも可能になる。
やプリズム型電極31のパターンに対応した形状の分極反
転部を強誘電体に形成できれば、その分極反転部に電極
を形成し、この電極を介して電界をかけることにより分
極反転部の屈折率を電気光学効果によって変化させるこ
とができる。これにより強誘電体中の光路を、レンズ作
用やプリズム作用によって制御することも可能になる。
【図１】本発明の第１実施形態による強誘電体の分極反
転方法の工程を示す概略図
転方法の工程を示す概略図
【図２】上記第１実施形態の方法で用いられた周期電極
の平面図
の平面図
【図３】上記第１実施形態の方法における印加電流波形
を示すグラフ
を示すグラフ
【図４】上記第１実施形態の方法における分極反転部の
成長の様子を示す概略図
成長の様子を示す概略図
【図５】印加電流波形の別の例を示すグラフ
【図６】従来方法における分極反転部の成長の様子を示
す概略図
す概略図
【図７】上記第１実施形態の方法により作製された光波
長変換素子の使用状態を示す概略図
長変換素子の使用状態を示す概略図
【図８】本発明の第２実施形態による強誘電体の分極反
転方法の工程を示す概略図
転方法の工程を示す概略図
【図９】本発明の第３実施形態による強誘電体の分極反
転方法で用いられた電場印加用電極の平面図
転方法で用いられた電場印加用電極の平面図
【図１０】上記第３実施形態の方法における印加電流波
形を示すグラフ
形を示すグラフ
【図１１】本発明の第４実施形態による強誘電体の分極
反転方法における印加電流波形を示すグラフ
反転方法における印加電流波形を示すグラフ
１ ＭｇＯ−ＬＮ基板 １ａ ＭｇＯ−ＬＮ基板の−Ｚ面 １ｂ ＭｇＯ−ＬＮ基板の＋Ｚ面 ２ 周期電極 ２ａ 周期電極の電極指 ４ 高圧電源 ５ コロナワイヤー ７ 分極反転部 10 光波長変換素子 20 カーボン支持体 21 低温Ｎ２ ガス 30 レンズ型電極 31 プリズム型電極
Claims (11)
- 【請求項１】 単分極化された強誘電体結晶の一表面
に、所定のパターンを有する電極を形成し、 この電極を介して前記強誘電体結晶の表裏に電場を印加
することにより、該強誘電体結晶に前記電極のパターン
に対応した局部的な分極反転部を形成する方法におい
て、 前記電場の印加を、電場印加条件を変えて２段階以上に
分けて行なうことを特徴とする強誘電体の分極反転方
法。 - 【請求項２】 前記２段階以上の電場印加のうち第１段
階の電場印加を、それ以降の段階より比較的高電場かつ
比較的短時間の電場印加条件で行なうことを特徴とする
請求項１記載の強誘電体の分極反転方法。 - 【請求項３】 前記第１段階の電場印加を、印加電圧５
ｋＶ以上、印加電流1000μＡ以上、印加時間10ｍｓ以下
の条件で行なうことを特徴とする請求項２記載の強誘電
体の分極反転方法。 - 【請求項４】 単分極化された強誘電体結晶の一表面
に、所定のパターンを有する電極を形成し、 この電極を介して前記強誘電体結晶の表裏に電場を印加
することにより、該強誘電体結晶に前記電極のパターン
に対応した局部的な分極反転部を形成する方法におい
て、 前記電場印加を行なう前に、前記強誘電体結晶に対して
降下温度幅ΔＴ＝50℃以上の降温熱処理を施すことを特
徴とする強誘電体の分極反転方法。 - 【請求項５】 前記降温熱処理を、降温速度Δｖ＝−１
℃／ｓ以上として行なうことを特徴とする請求項４記載
の強誘電体の分極反転方法。 - 【請求項６】 前記降温熱処理が、前記強誘電体結晶に
低温気体を吹き付ける処理であることを特徴とする請求
項４または５記載の強誘電体の分極反転方法。 - 【請求項７】 前記降温熱処理が、室温以下の雰囲気中
に前記強誘電体結晶を放置する処理であることを特徴と
する請求項４または５記載の強誘電体の分極反転方法。 - 【請求項８】 前記強誘電体結晶の一表面と反対側の表
面側にコロナワイヤーを配し、このコロナワイヤーと前
記電極とを用いて、コロナ帯電法により前記電場の印加
を行なうことを特徴とする請求項１から７いずれか１項
記載の強誘電体の分極反転方法。 - 【請求項９】 前記強誘電体結晶が、ＬｉＮｂｘＴａ
１−ｘＯ３ （０≦ｘ≦１）結晶、またはそれにＭｇ
Ｏ、ＺｎＯもしくはＳｃがドープされた結晶であること
を特徴とする請求項１から８いずれか１項記載の強誘電
体の分極反転方法。 - 【請求項１０】 請求項１から９いずれか１項記載の強
誘電体の分極反転方法において、 前記単分極化された強誘電体結晶として非線形光学結晶
を用いるとともに、 前記電極として周期パターンを有する周期電極を用い、 前記非線形光学結晶に前記電極の周期パターンに対応し
た周期分極反転構造を形成することを特徴とする光波長
変換素子の作製方法。 - 【請求項１１】 前記電極の周期パターンの線幅を0.3
μｍ以下として、1.0μｍ〜4.6μｍの周期で分極反転部
が繰り返す周期分極反転構造を形成することを特徴とす
る請求項１０記載の光波長変換素子の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000050587A JP2001242498A (ja) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | 強誘電体の分極反転方法、並びに光波長変換素子およびその作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000050587A JP2001242498A (ja) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | 強誘電体の分極反転方法、並びに光波長変換素子およびその作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001242498A true JP2001242498A (ja) | 2001-09-07 |
Family
ID=18572353
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000050587A Withdrawn JP2001242498A (ja) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | 強誘電体の分極反転方法、並びに光波長変換素子およびその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001242498A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2000
- 2000-02-28 JP JP2000050587A patent/JP2001242498A/ja not_active Withdrawn
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