JP2003005236A - 強誘電体の分極反転方法および光波長変換素子の作製方法 - Google Patents

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、分極反転パターンを
正確に形成可能とする。 【解決手段】 単分極化された強誘電体結晶１の一表面
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に局部的な分極反転部７を形
成する方法において、電極２の端部の少なくとも一部
を、微細屈曲形状が繰り返す形状とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は強誘電体結晶に電場
を印加して分極反転部を形成する方法に関し、さらに詳
しくは、電場印加時間を短くして、均一な分極反転パタ
ーンを形成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。

【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号公報に示さ
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
特許第３００５２２５号公報に示されるように、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結
晶の分極を反転させる場合、いずれの方法においても、
強誘電体結晶の、周期電極の１つに対応する部分に１つ
の分極反転部を形成するようにしていた。

【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周期的な分極反転部を形
成する際、特に周期の長いものや、大面積の周期分極反
転構造を形成する場合には、長い電場印加時間を要する
ことになる。そしてこのように電場印加時間が長いと、
分極反転が最初に始まった初期反転部では反転幅が広
く、遅れて分極反転が始まった後期反転部では反転幅が
狭くなって、分極反転部の幅が不均一になるという問題
が認められる。

【０００８】上記の問題は特に、分極反転の前後で強誘
電体結晶の電気伝導度が大きく変化して、初期反転部に
電荷が集中しやすい、ＭｇＯ、ＺｎＯもしくはＳｃがド
ープされたＬｉＮｂ_ｘＴａ_１−ｘＯ_３（０≦ｘ≦１）結
晶において顕著に認められる。

【０００９】非線形光学効果を有する強誘電体結晶に周
期分極反転構造を形成してなる光波長変換素子におい
て、上述のような問題が生じると、分極反転部の周期が
不均一になって波長変換効率の低下を招く。

【００１０】本発明は上記の事情に鑑み、短い電場印加
時間で、所望のパターンの分極反転部を正確に形成する
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。

【００１１】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。

【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、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、該強誘電体結晶に局部的な分極反転部を形
成する方法において、滑らかな線状に延びる縁部を有す
る分極反転部を形成するために、この縁部に対応する端
部の少なくとも一部が、微細屈曲形状が繰り返す形状と
された電極を用いることを特徴とするものである。

【００１３】この第１の強誘電体の分極反転方法におい
ては、特に前記電極として、複数本の電極が周期的に繰
り返してなる周期電極を用いることにより、これら複数
本の電極の１本毎に１つの分極反転部を形成して、該分
極反転部が周期的に繰り返してなる周期分極反転構造を
形成することができる。

【００１４】また本発明による第２の強誘電体の分極反
転方法は、本出願人が先に特願２０００−３４６２４７
で提案した、複数の電極によって所望パターンの１つの
分極反転部を強誘電体結晶に形成する方法において、微
細屈曲形状が繰り返す端部形状を有する電極を用いるよ
うにしたものであり、具体的には、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、該強誘電体結晶に局部的な分極
反転部を形成する方法において、前記電極の複数に各々
対応する強誘電体結晶の部分と、それらの部分の間の部
分とを分極反転させて所望パターンの１つの分極反転部
を形成し、前記複数の電極のうちの少なくとも１つとし
て、別の電極の端部と向かい合う端部の少なくとも一部
が、微細屈曲形状が繰り返す形状とされた電極を用いる
ことを特徴とするものである。

【００１５】なおこの本発明による第２の強誘電体の分
極反転方法においても、上記第１の方法と同様、強誘電
体結晶に滑らかな線状に延びる縁部を有する分極反転部
を形成するために、この縁部に対応する端部の少なくと
も一部が、微細屈曲形状が繰り返す形状とされた電極を
用いることが望ましい。

【００１６】またこの第２の強誘電体の分極反転方法に
おいては、特に前記電極として、複数本で１群とされた
電極が複数群周期的に繰り返す周期電極を用いることに
より、前記１群の電極毎に１つの分極反転部を形成し
て、該分極反転部が周期的に繰り返してなる周期分極反
転構造を形成することができる。

【００１７】なお本発明による強誘電体の分極反転方法
では、特に、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電極とを
用いて、コロナ帯電法により電場の印加を行なうことが
望ましい。

【００１８】また、本発明による強誘電体の分極反転方
法は、強誘電体結晶が、ＬｉＮｂ_ｘＴａ_１−ｘＯ_３
（０≦ｘ≦１）結晶、またはそれにＭｇＯ、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。

【００１９】一方本発明による光波長変換素子の作製方
法は、上述した複数本の電極が１本ずつ周期的に繰り返
してなる周期電極、あるいは複数本で１群とされた電極
が複数群周期的に繰り返す周期電極を用いる分極反転方
法を応用したものであり、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、該非線形光学結晶に
前記周期電極の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。

【００２０】

【発明の効果】一般に強誘電体結晶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、強誘電体結晶に電極を介して電場印加する場合は、
図７の(1)に示すように、まず電極51の端部において強
誘電体結晶52に反転核（斜線で示す部分）が発生し、そ
れらが同図(2)のように成長し、それらが互いに繋がり
広がって、最終的に同図(3)のように電極51に対応した
形状の分極反転部53が形成される。

【００２１】そして従来方法によって周期分極反転構造
を形成する場合は、図８の(1)に示すように強誘電体結
晶52に周期状の電極51を形成しておき、この電極51から
ある時間電場印加することにより、同図(2)に示すよう
に電極51よりも幅広い領域まで分極反転部53を太らせ
て、所望パターンの分極反転部を形成していた。特に周
期が長くなると、例えばアスペクト比１：１の所望パタ
ーンを形成する場合は、電場印加時間を長くする必要が
あった。

【００２２】この従来方法のように電場印加時間つまり
反転時間が長いと、初期反転部つまり最初に反転核が生
じた部分に電荷が集中しやすく、それが反転幅の不均一
を招いていることが判明した。この現象は特に、分極反
転の前後で強誘電体結晶の電気伝導度が大きく変化し
て、初期反転部に電荷が集中しやすい、ＭｇＯ、ＺｎＯ
もしくはＳｃがドープされたＬｉＮｂ_ｘＴａ_１−ｘＯ_３
（０≦ｘ≦１）結晶において顕著に認められる。

【００２３】上述した通り分極反転の核は、電極の端部
において発生する。また電場印加時に電荷は、電極端部
でも特に形状が屈曲している所に集中しやすいことが分
かった。この知見に基づいて本発明による第１の強誘電
体の分極反転方法においては、滑らかな線状に延びる縁
部を有する分極反転部を形成するために、この縁部に対
応する端部の少なくとも一部が、微細屈曲形状が繰り返
す形状とされた電極を用いるようにしたものである。

【００２４】すなわちこのような形状の電極は、従来用
いられている直線状の端部を有する電極と比べると、端
部がより長くなり、また屈曲していることにより電荷が
より集中しやすくなっている。そこでこのような形状の
電極を用いる本発明の第１の強誘電体の分極反転方法に
よれば、反転核がより高密度で発生するので、より短い
電場印加時間で所定パターンの分極反転部を形成可能と
なる。このように電場印加時間が短くて済めば、初期反
転部と後期反転部とで反転幅が異なって分極反転部の幅
が不均一になることを防止して、分極反転部を所望通り
のパターンに正確に形成できるようになる。

【００２５】この第１の強誘電体の分極反転方法におい
て、特に前記電極として、複数本の電極が周期的に繰り
返してなる周期電極を用いることにより、これら複数本
の電極の１本毎に１つの分極反転部を形成して、該分極
反転部が周期的に繰り返してなる周期分極反転構造を形
成する場合は、上記のように正確に所望パターンの分極
反転部を形成できることから、周期が精度良く均一化さ
れた周期分極反転構造を形成可能となる。

【００２６】また、本発明による第２の強誘電体の分極
反転方法においては、所望パターンの１つの分極反転部
を形成するために用いられる複数の電極のうちの少なく
とも１つとして、別の電極の端部と向かい合う端部の少
なくとも一部が、微細屈曲形状が繰り返す形状とされた
電極を用いるようにしたので、この電極形状によって当
然上述の効果が得られる上に、複数の電極を用いること
による別の効果も得られる。この効果については、前述
した特願２０００−３４６２４７の明細書にも詳しい記
述があるが、以下、その効果について説明する。

【００２７】強誘電体結晶の分極反転させたい領域にそ
れよりも小さい複数の電極を配置しておいて、それら複
数の電極を介して強誘電体結晶に電場を印加する際に
は、分極反転させたい領域にそれに対応した形状の１つ
の電極を配置する従来方法と比べると、１つの分極反転
させたい領域において電極端部がより多く存在すること
になる。このように、反転核が発生する電極端部がより
多く存在すれば、反転核がより高密度に発生するので、
短い電場印加時間で所望領域に分極反転部を形成するこ
とができる。したがってこの第２の強誘電体の分極反転
方法においては、複数の電極を用いることから電場印加
時間がより短くて済むようになり、さらに正確に所望パ
ターンの分極反転部を形成可能となる。

【００２８】また、この第２の強誘電体の分極反転方法
において、前記第１の方法と同様、強誘電体結晶に滑ら
かな線状に延びる縁部を有する分極反転部を形成するた
めに、この縁部に対応する端部の少なくとも一部が、微
細屈曲形状が繰り返す形状とされた電極を用いるように
した場合は、当然この点からも電場印加時間がより短く
て済むようになり、より一層正確に所望パターンの分極
反転部を形成可能となる。

【００２９】この第２の強誘電体の分極反転方法におい
て、特に前記電極として、複数本で１群とされた電極が
複数群周期的に繰り返す周期電極を用いることにより、
前記１群の電極毎に１つの分極反転部を形成して、該分
極反転部が周期的に繰り返してなる周期分極反転構造を
形成する場合は、上記のように正確に所望パターンの分
極反転部を形成できることから、周期が精度良く均一化
された周期分極反転構造を形成可能となる。

【００３０】一方、本発明による光波長変換素子の作製
方法は、上述した本発明による強誘電体の分極反転方法
を適用して、非線形光学結晶である強誘電体結晶に周期
電極のパターンに対応した周期分極反転構造を形成する
ようにしたから、周期が均一な周期分極反転構造を備え
て波長変換効率の高い光波長変換素子を作製可能とな
る。

【００３１】なおこの本発明による光波長変換素子の作
製方法は、赤外域の光を波長変換する光波長変換素子を
作製する場合に適用するとより効果的である。すなわ
ち、その種の光波長変換素子は分極反転部の周期が比較
的長い、つまり分極反転部の幅が比較的広いため、必要
な電場印加時間が長くて反転幅が不均一になりやすい
が、本発明を適用すればその不具合発生を確実に防止で
きる。

【００３２】また、上述のように分極反転部の周期が比
較的長ければ、電極間隔が比較的広くなるので、本発明
の第２の方法において分割された１群の電極を形成する
際にその形成が容易になる。それに対して短周期の分極
反転部を形成する場合は、分割された１群の電極の各電
極幅を非常に細くする必要があり、電極の加工が困難な
ものとなる。

【００３３】なお、１群の電極を構成する電極の数は、
多いほど反転核が発生する電極端部がより多く存在する
ことになって、前述した本発明の効果が顕著化する。し
かし、電極の数が多いほど各電極の幅が小さくなって加
工が困難になるので、この１群の電極を構成する電極の
数は、効果と加工性の双方を考慮して適切に設定するの
が望ましい。

【００３４】

【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の実施の形
態による強誘電体の分極反転方法における工程を概略的
に示すものである。本実施の形態では、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。

【００３５】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
ｂＯ_３（ＭｇＯ−ＬＮ）結晶の基板である。このＭｇＯ
−ＬＮ基板１は単分極化処理がなされて厚さ0.4 ｍｍに
形成され、最も大きい非線形光学定数ｄ_３３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。

【００３６】このＭｇＯ−ＬＮ基板１の−Ｚ面１ａ上に
Ｃｒを蒸着あるいはスパッタして例えば厚さ50ｎｍのＣ
ｒ薄膜を形成した後、フォトリソグラフィーにより、こ
の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軸方向に多数繰り返すように形成されたものである。
なお、これらの周期電極２は全て図示外の共通の基部か
ら延ばされて、互いに電気的に導通する状態となってい
る。

【００３７】図２(1)に示される通り、本例においてＭ
ｇＯ−ＬＮ基板１の長さ（Ｘ軸方向寸法）は45ｍｍ、幅
（Ｙ軸方向寸法）は５ｍｍである。そして周期電極２の
各々は、波形に繰り返す屈曲した端部を有する形状とさ
れ、それらは一定の周期Λ＝19μｍで繰り返すように形
成されている。

【００３８】また図２(2)に拡大して示す通り、本例に
おいて各周期電極２の屈曲部の周期Ａは５μｍ以下、波
形の高さＢは２μｍ以下とされる。また同図に示すよう
に左右の波形の谷部どうし間の距離をＣとすると、後出
する分極反転部７の幅を良好に制御する上で好ましくは
（Ｃ＋２Ｂ）≦Λ／２であり、さらに好ましくはそれに
Ｂ／Λ≦0.11なる条件を加える。なお本例においてＢ＝
２μｍとすると、Ｂ／Λ＝２μｍ／19μｍ＝0.105とな
って、上記条件を満足する。

【００３９】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、Ｍｇ
Ｏ−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。なお本実施の形態では、電場
印加時の温度は100℃である。また印加電圧は３kＶ、印
加電流は−600μＡ、電場印加時間は９ｓ（秒）であ
る。

【００４０】この電場印加により、図１(3)に示すよう
に、周期電極２が形成されていた部分において、ＭｇＯ
−ＬＮ基板１の−Ｚ面１ａ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、
電極群の周期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。なお図２(1)において２点
鎖線で示すように、分極反転部７の端部は、周期電極２
の屈曲した端部に整合した形状にはならずに、周期電極
２が延びる方向に平行な直線状となる。

【００４１】本実施の形態におけるものと同様の分極反
転部を、前述した図８のような直線状の端部を有する周
期電極を用いて従来方法で形成する場合、電場印加時間
は12ｓ（秒）を要した。このように本実施の形態の方法
によれば、より短い電場印加時間で分極反転部７を形成
することができる。そして、このように短い電場印加時
間で分極反転部７を形成できれば、先に詳しく説明した
理由により分極反転部７の幅が均一化されるので、周期
性の優れた周期分極反転構造を形成可能となる。

【００４２】以下、実際に周期分極反転構造の周期性を
評価した結果について説明する。周期分極反転構造が形
成されたＭｇＯ−ＬＮ基板１を室温に保ったＨＦ（フッ
酸）：ＨＮＯ_３（硝酸）＝１：２の混合液に30分浸漬す
ると、分極方向の違いに起因するエッチングレートの差
異により、分極反転に対応したエッチング段差が生じ、
分極反転パターンを確認することができる。この分極反
転パターンを光学顕微鏡によって観察したところ、上記
従来方法によって分極反転部を形成した場合と比べて、
ＭｇＯ−ＬＮ基板１の45ｍｍの全長に亘って、分極反転
部７の幅がより均一になっていることが確認された。

【００４３】以上説明した第１の実施の形態により周期
分極反転構造を形成したＭｇＯ−ＬＮ基板１の中央部を
切り出し、＋Ｘ面および−Ｘ面を研磨し、そこに適宜の
コートを施して、光通過長が３ｍｍの光波長変換素子を
作製した。そして図３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λ_１＝1000ｎｍ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。

【００４４】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λ_２＝500ｎｍの第２高調波14
に変換された。なおこの場合は、３次の疑似位相整合が
取られる。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＝3.2ｐｍ／Ｖであった。

【００４５】また、図８のような周期電極を用いて従来
方法で分極反転させた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３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＝2.7ｐｍ／Ｖであった。

【００４６】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部を均一に成
長させて、周期性の優れた周期分極反転構造を形成可能
であることが裏付けられた。このような効果が得られる
理由は、前述したように、直線状の端部を持つ周期電極
を用いる場合と比較して、周期電極２の端部がより長く
なっている、そして周期電極２の端部に電荷が集中しや
すい屈曲部がより多く存在してる、という点にあると考
えられる。

【００４７】次に、図４を参照して本発明の第２の実施
の形態について説明する。なおこの図４において、図２
中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それら
についての説明は特に必要のない限り省略する。

【００４８】図４は、本発明の第２の実施の形態により
周期分極反転構造が形成されるＭｇＯ−ＬＮ基板１と、
そこに電場印加用に形成された周期電極２の形状を示す
ものである。ここに示される通り本実施の形態では、１
つの分極反転部を形成するために２本１群の周期電極２
が形成されるが、その他の点はＭｇＯ−ＬＮ基板１の形
状等も含めて、基本的に全て第１の実施の形態における
のと同様とされている。周期電極２の各々の形状は、第
１の実施の形態におけるのと同じである。

【００４９】以上のように形成された周期電極２を用
い、図１に示したのと同様の構成を用いてコロナ帯電に
より電場印加を行なって、ＭｇＯ−ＬＮ基板１に周期分
極反転構造を形成した。この場合、電場印加時の温度、
印加電圧、印加電流を第１の実施の形態におけるのと同
様にしたとき電場印加時間は５ｓ（秒）で済み、第１の
実施の形態における９ｓ（秒）よりさらに短縮される。

【００５０】このように電場印加時間がさらに短縮され
れば、周期分極反転構造の周期性はより優れたものとな
る。この第２の実施の形態により周期分極反転構造が形
成されたＭｇＯ−ＬＮ基板１から、実際に図３に示した
ものと同様の光波長変換素子10を作成して、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
λ_１＝1000ｎｍのレーザー光12を該光波長変換素子10に
より波長λ_２＝500ｎｍの第２高調波14に変換させたと
ころ、波長変換効率ｄ＝4.2ｐｍ／Ｖであった。これ
は、第１の実施の形態による光波長変換素子10の波長変
換効率ｄ＝3.2ｐｍ／Ｖよりも高く、この点から、周期
分極反転構造の周期性がより優れていることが裏付けら
れている。

【００５１】また、本実施の形態で形成された分極反転
パターンを第１の実施の形態と同様にして光学顕微鏡に
よって観察したが、この場合も、従来方法によって分極
反転部を形成した場合と比べて分極反転部の幅がより均
一になっていることが確認された。

【００５２】なお２本１群をなす周期電極２の各々は、
他方の周期電極２の端部と向かい合う波形の端部と、そ
の反対側の波形の端部とを有しており、後者の端部から
外側に延びて行く分極反転部の外縁部が最終的に直線状
となって、図２(1)に示したのと同様の分極反転部７が
形成されることになる。つまり、周期電極２の前者の端
部は分極反転部７の縁部と対応するするものではない。
本発明では、このような２通りの端部のうちの一方のみ
を屈曲形状としておいても、所要電場印加時間を短縮す
る効果が得られる。

【００５３】次に、図５を参照して本発明の第３の実施
の形態について説明する。図５は、本発明の第３の実施
の形態により周期分極反転構造が形成されるＭｇＯ−Ｌ
Ｎ基板21と、そこに電場印加用に形成された周期電極22
の形状を示すものである。ここに示される通り本実施の
形態では、周期電極22の端部が、矩形状の凹凸が繰り返
す形状とされている。本発明における電極端部の「微細
屈曲形状が繰り返す形状」とは、このような形状も含む
ものとする。

【００５４】上述のような端部形状を有する周期電極22
においても、従来用いられている直線状の端部形状を有
する周期電極と比べれば、端部の長さがより長くなり、
また端部に屈曲した部分が形成されるので、前述の波形
の端部形状を持つ周期電極２を用いる場合と基本的に同
様に効果が得られる。

【００５５】以上、周期状のライン分極反転パターンを
形成する実施の形態について説明したが、本発明による
強誘電体の分極反転方法は、それ以外の分極反転パター
ンを形成する場合にも同様に適用可能で、そして同様の
効果を奏するものである。

【００５６】例えば図６の(2)に示すように、強誘電体
結晶31にドット状の分極反転パターン37を形成する場合
には、同図(1)に示す同心円状のパターンを有する電極3
2を強誘電体結晶31に形成し、これらの電極31を介して
電場印加することができるが、その際も各電極32の端部
を図示のように屈曲した形状としておけば、既述の各実
施の形態におけるのと同様の効果を得ることができる。

【００５７】なお上記同心円状のパターンを有する電極
32のうち、最も外側の電極は、その内側の電極の端部と
向かい合う内周端部と、その反対側の外周端部とを有し
ており、外周端部から外側に延びて行く分極反転部の外
縁部が最終的に弧状となって、円形の分極反転部37が形
成されることになる。つまり、この電極の内周端部は分
極反転部37の縁部と対応するするものではないが、この
内周端部を曲形状としておいても、所要電場印加時間を
短縮する効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の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

【図２】上記第１の実施の形態の方法に用いられる周期
電極の平面図

【図３】上記第１の実施の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

【図４】本発明の第２の実施の形態による強誘電体の分
極反転方法に用いられる周期電極の平面図

【図５】本発明の第３の実施の形態による強誘電体の分
極反転方法に用いられる周期電極の平面図

【図６】本発明の強誘電体の分極反転方法に用いられる
電極の別の例を示す平面図

【図７】分極反転部の成長の様子を示す概略図

【図８】従来方法における電場印加用電極の形状と分極
反転パターンとの関係を示す概略図

【符号の説明】

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 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 11 Ａｒレーザー励起チタンサファイアレーザー 12 レーザー光（基本波） 13 集光レンズ 14 第２高調波 21、31 強誘電体結晶 22 電極 32 同心円状電極 51 電極 52 強誘電体結晶 53 分極反転部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【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、該強誘電体結晶に局部的な分極反転部
   を形成する方法において、 滑らかな線状に延びる縁部を有する分極反転部を形成す
   るために、この縁部に対応する端部の少なくとも一部
   が、微細屈曲形状が繰り返す形状とされた電極を用いる
   ことを特徴とする強誘電体の分極反転方法。
2. 【請求項２】 前記電極として、複数本の電極が周期的
   に繰り返してなる周期電極を用い、 前記複数本の電極の１本毎に１つの分極反転部を形成し
   て、該分極反転部が周期的に繰り返してなる周期分極反
   転構造を形成する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。
3. 【請求項３】 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、該強誘電体結晶に局部的な分極反転部
   を形成する方法において、 前記電極の複数に各々対応する強誘電体結晶の部分と、
   それらの部分の間の部分とを分極反転させて所望パター
   ンの１つの分極反転部を形成し、 前記複数の電極のうちの少なくとも１つとして、別の電
   極の端部と向かい合う端部の少なくとも一部が、微細屈
   曲形状が繰り返す形状とされた電極を用いることを特徴
   とする強誘電体の分極反転方法。
4. 【請求項４】 滑らかな線状に延びる縁部を有する分極
   反転部を形成するために、この縁部に対応する端部の少
   なくとも一部が、微細屈曲形状が繰り返す形状とされた
   電極を用いる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。
5. 【請求項５】 前記電極として、複数本で１群とされた
   電極が複数群周期的に繰り返す周期電極を用い、 前記１群の電極毎に１つの分極反転部を形成して、該分
   極反転部が周期的に繰り返してなる周期分極反転構造を
   形成することを特徴とする請求項３または４記載の強誘
   電体の分極反転方法。
6. 【請求項６】 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５いずれか１項
   記載の強誘電体の分極反転方法。
7. 【請求項７】 前記強誘電体結晶が、ＬｉＮｂ_ｘＴａ
   _１−ｘＯ_３ （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６いずれか１項記載の強誘電
   体の分極反転方法。
8. 【請求項８】 請求項２、５、６、７いずれか１項記載
   の強誘電体の分極反転方法を用いた光波長変換素子の作
   製方法であって、 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、 該非線形光学結晶に前記周期電極の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。