JP2003195377A - 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
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Info
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
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パターン電極とそれに繋がる接続
電極とを形成し、このパターン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
にパターン電極の形状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、接続電極に対面する部分の結晶
破壊を防止する。 【解決手段】 単分極化された強誘電体結晶１の一表面
１ａに、パターン電極２およびそれに接続する接続電極
８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、強誘電体結
晶１の他表面１ｂ上において、接続電極８の少なくとも
一部に対向する位置に絶縁体９を配した状態で電場を印
加する。
定のパターンを有するパターン電極とそれに繋がる接続
電極とを形成し、このパターン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
にパターン電極の形状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、接続電極に対面する部分の結晶
破壊を防止する。 【解決手段】 単分極化された強誘電体結晶１の一表面
１ａに、パターン電極２およびそれに接続する接続電極
８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、強誘電体結
晶１の他表面１ｂ上において、接続電極８の少なくとも
一部に対向する位置に絶縁体９を配した状態で電場を印
加する。
Description
【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、強誘電体結晶の一表面に所定のパターンを有す
る電極を形成した状態で電場を印加して、電極形状に対
応したに分極反転させる強誘電体の分極反転方法に関す
るものである。
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、強誘電体結晶の一表面に所定のパターンを有す
る電極を形成した状態で電場を印加して、電極形状に対
応したに分極反転させる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。
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。
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、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
する部分を局部的に分極反転させる方法が知られてい
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、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
する部分を局部的に分極反転させ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４−２１２１３２号や、文献“FABRICATION OF D
OMAIN REVERSED GRATINGS FOR SHG IN LiNbO３ BY ELEC
TRONBEAM BOMBARDMENT”ELECTRONICS LETTERS Vol.26 N
o.3 pp.188-189(February 1990)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
表面に電子線を照射して電場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も知ら
れている。
特開平４−２１２１３２号や、文献“FABRICATION OF D
OMAIN REVERSED GRATINGS FOR SHG IN LiNbO３ BY ELEC
TRONBEAM BOMBARDMENT”ELECTRONICS LETTERS Vol.26 N
o.3 pp.188-189(February 1990)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
表面に電子線を照射して電場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も知ら
れている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の周期
電極を用いて強誘電体結晶に電場を印加する際には、周
期電極側を接地する必要がある。この周期電極は、複数
本が所定周期で繰り返しているものであるから、それら
を接地する上では一般に、各周期電極に繋がる１つの接
続電極を強誘電体結晶の表面に形成し、この接続電極を
ワイヤを介してアースに接続する、という方法が採用さ
れている。
電極を用いて強誘電体結晶に電場を印加する際には、周
期電極側を接地する必要がある。この周期電極は、複数
本が所定周期で繰り返しているものであるから、それら
を接地する上では一般に、各周期電極に繋がる１つの接
続電極を強誘電体結晶の表面に形成し、この接続電極を
ワイヤを介してアースに接続する、という方法が採用さ
れている。
【０００７】そのような方法で強誘電体結晶に電界を印
加する場合、例えばコロナ帯電させる領域や電子線を照
射する領域内に上記接続電極が存在していると、当然な
がらその接続電極に対面している強誘電体結晶の部分で
も分極反転が生じる。その際、強誘電体結晶の厚さや反
転面積、周期の関係で反転電荷量が多い場合には、接続
電極に対面している強誘電体結晶の部分が破壊（ひび割
れ等）することが度々ある。この結晶破壊は、特に接続
電極の、前記周期電極と繋がっている屈曲部分において
多く発生する。
加する場合、例えばコロナ帯電させる領域や電子線を照
射する領域内に上記接続電極が存在していると、当然な
がらその接続電極に対面している強誘電体結晶の部分で
も分極反転が生じる。その際、強誘電体結晶の厚さや反
転面積、周期の関係で反転電荷量が多い場合には、接続
電極に対面している強誘電体結晶の部分が破壊（ひび割
れ等）することが度々ある。この結晶破壊は、特に接続
電極の、前記周期電極と繋がっている屈曲部分において
多く発生する。
【０００８】また上記の問題は特に、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ＬｉＮｂｘＴａ１−ｘＯ３（０≦ｘ≦
１）結晶において顕著に認められる。
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ＬｉＮｂｘＴａ１−ｘＯ３（０≦ｘ≦
１）結晶において顕著に認められる。
【０００９】この結晶破壊の問題は、上述した周期電極
を用いて周期的な分極反転部を形成する場合に限らず、
所定パターンとされた電極とそれに繋がる接続電極とを
用いて、コロナ帯電や電子線照射により強誘電体結晶に
電場を印加する際に共通して見受けられるものである。
を用いて周期的な分極反転部を形成する場合に限らず、
所定パターンとされた電極とそれに繋がる接続電極とを
用いて、コロナ帯電や電子線照射により強誘電体結晶に
電場を印加する際に共通して見受けられるものである。
【００１０】このような結晶破壊が生じると、その強誘
電体結晶は当然不良品となるので、分極反転の歩留まり
が低下する。また、この方法で強誘電体結晶に周期分極
反転構造を形成して前述の光波長変換素子を作製する場
合は、分極反転の歩留まりが低いと、光波長変換素子の
コストアップを招くことになる。
電体結晶は当然不良品となるので、分極反転の歩留まり
が低下する。また、この方法で強誘電体結晶に周期分極
反転構造を形成して前述の光波長変換素子を作製する場
合は、分極反転の歩留まりが低いと、光波長変換素子の
コストアップを招くことになる。
【００１１】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、所定パターンとされた電極とそれに繋がる接続
電極とを用いて、コロナ帯電や電子線照射により強誘電
体結晶に電場を印加する際に、接続電極に対面している
強誘電体結晶の部分が破壊することを防止できる強誘電
体の分極反転方法を提供することを目的とする。
であり、所定パターンとされた電極とそれに繋がる接続
電極とを用いて、コロナ帯電や電子線照射により強誘電
体結晶に電場を印加する際に、接続電極に対面している
強誘電体結晶の部分が破壊することを防止できる強誘電
体の分極反転方法を提供することを目的とする。
【００１２】また本発明は、強誘電体である非線形光学
結晶に高歩留まりで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。
結晶に高歩留まりで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。
【００１３】
【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パ
ターン電極と、このパターン電極に接続する接続電極と
を形成し、前記強誘電体結晶の他表面と向き合う位置に
コロナワイヤーを配し、このコロナワイヤーと前記パタ
ーン電極とを用いて、コロナ帯電法により前記強誘電体
結晶の表裏に電場を印加することにより、該強誘電体結
晶に前記所定のパターンに対応した形状の分極反転部を
形成する方法において、前記強誘電体の他表面上におい
て、前記接続電極の少なくとも一部に対向する位置に絶
縁体を配した状態で電場を印加する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パ
ターン電極と、このパターン電極に接続する接続電極と
を形成し、前記強誘電体結晶の他表面と向き合う位置に
コロナワイヤーを配し、このコロナワイヤーと前記パタ
ーン電極とを用いて、コロナ帯電法により前記強誘電体
結晶の表裏に電場を印加することにより、該強誘電体結
晶に前記所定のパターンに対応した形状の分極反転部を
形成する方法において、前記強誘電体の他表面上におい
て、前記接続電極の少なくとも一部に対向する位置に絶
縁体を配した状態で電場を印加することを特徴とするも
のである。
【００１４】また、本発明による第２の強誘電体の分極
反転方法は、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パターン電極
と、このパターン電極に接続する接続電極とを形成し、
前記強誘電体結晶の他表面側から電子線を照射して、こ
の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所定のパターンに対応した形状の分
極反転部を形成する方法において、前記強誘電体の他表
面上において、前記接続電極の少なくとも一部に対向す
る位置に絶縁体を配した状態で電場を印加することを特
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パターン電極
と、このパターン電極に接続する接続電極とを形成し、
前記強誘電体結晶の他表面側から電子線を照射して、こ
の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所定のパターンに対応した形状の分
極反転部を形成する方法において、前記強誘電体の他表
面上において、前記接続電極の少なくとも一部に対向す
る位置に絶縁体を配した状態で電場を印加することを特
徴とするものである。
【００１５】なお、本発明による強誘電体の分極反転方
法においては、絶縁体を、少なくとも接続電極の屈曲部
分に対向する位置に配しておくことが望ましい。
法においては、絶縁体を、少なくとも接続電極の屈曲部
分に対向する位置に配しておくことが望ましい。
【００１６】また本発明による強誘電体の分極反転方法
は、パターン電極が所定周期で繰り返す複数本の周期電
極であり、接続電極が上記周期電極の各々に繋がって、
それらの周期電極を互いに連絡させているものである場
合に好適に適用され得るものである。その際には、接続
電極の、周期電極と繋がっている屈曲部分に対向する位
置に、前記絶縁体を配しておくことが望ましい。
は、パターン電極が所定周期で繰り返す複数本の周期電
極であり、接続電極が上記周期電極の各々に繋がって、
それらの周期電極を互いに連絡させているものである場
合に好適に適用され得るものである。その際には、接続
電極の、周期電極と繋がっている屈曲部分に対向する位
置に、前記絶縁体を配しておくことが望ましい。
【００１７】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、ＬｉＮｂｘＴａ１−ｘＯ３
（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。
法は、強誘電体結晶が、ＬｉＮｂｘＴａ１−ｘＯ３
（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。
【００１８】他方、本発明による光波長変換素子の作製
方法は、上述の周期電極とそれに繋がる接続電極とを用
いる本発明による強誘電体の分極反転方法を応用したも
のであり、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。
方法は、上述の周期電極とそれに繋がる接続電極とを用
いる本発明による強誘電体の分極反転方法を応用したも
のであり、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。
【００１９】
【発明の効果】本発明者の研究によると、従来方法にお
いて生じていた前述の結晶破壊の問題は、接続電極の一
部、特に周期電極に繋がっている屈曲部分に電荷が集中
することに起因していることが判明した。この知見に鑑
みて、本発明による強誘電体の分極反転方法において
は、コロナ帯電法により、あるいは電子線照射により強
誘電体結晶に電場を印加する際に、電極が形成される表
面とは反対側の結晶表面上において、接続電極の少なく
とも一部に対向する位置に絶縁体を配した状態で電場を
印加するようにしたものである。そこで、この絶縁体が
対面する強誘電体結晶の部分では、接続電極が対面して
いるにも拘わらず電場印加が抑えられ、それにより、電
荷集中による強誘電体結晶の破壊が防止される。
いて生じていた前述の結晶破壊の問題は、接続電極の一
部、特に周期電極に繋がっている屈曲部分に電荷が集中
することに起因していることが判明した。この知見に鑑
みて、本発明による強誘電体の分極反転方法において
は、コロナ帯電法により、あるいは電子線照射により強
誘電体結晶に電場を印加する際に、電極が形成される表
面とは反対側の結晶表面上において、接続電極の少なく
とも一部に対向する位置に絶縁体を配した状態で電場を
印加するようにしたものである。そこで、この絶縁体が
対面する強誘電体結晶の部分では、接続電極が対面して
いるにも拘わらず電場印加が抑えられ、それにより、電
荷集中による強誘電体結晶の破壊が防止される。
【００２０】なお上述の電荷集中は、強誘電体結晶の、
特に接続電極の屈曲部分に対向する部分において起こり
やすいので、この屈曲部分に対向する位置に絶縁体を配
置しておけば、強誘電体結晶の破壊がより効果的に防止
される。
特に接続電極の屈曲部分に対向する部分において起こり
やすいので、この屈曲部分に対向する位置に絶縁体を配
置しておけば、強誘電体結晶の破壊がより効果的に防止
される。
【００２１】また以上の観点から、パターン電極が具体
的に、複数本が所定周期で繰り返している前述の周期電
極であって、また接続電極が周期電極の各々に繋がって
それらを互いに連絡させているものである場合には、接
続電極の、周期電極と繋がっている屈曲部分に対向する
位置に絶縁体を配しておけば、強誘電体結晶の破壊が効
果的に防止される。
的に、複数本が所定周期で繰り返している前述の周期電
極であって、また接続電極が周期電極の各々に繋がって
それらを互いに連絡させているものである場合には、接
続電極の、周期電極と繋がっている屈曲部分に対向する
位置に絶縁体を配しておけば、強誘電体結晶の破壊が効
果的に防止される。
【００２２】また上述の電荷集中は、前述したようにＬ
ｉＮｂｘＴａ１−ｘＯ３ （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
において特に顕著に認められる。そこで、この種の強誘
電体結晶を局部的に分極反転させる際に本発明を適用す
れば、強誘電体結晶の破壊を防止する効果が特に顕著な
ものとなる。
ｉＮｂｘＴａ１−ｘＯ３ （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
において特に顕著に認められる。そこで、この種の強誘
電体結晶を局部的に分極反転させる際に本発明を適用す
れば、強誘電体結晶の破壊を防止する効果が特に顕著な
ものとなる。
【００２３】他方、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
ものであるから、強誘電体結晶の破壊を防止して高歩留
まりで周期分極反転構造を形成可能となり、それにより
光波長変換素子の作製コストを低減できるようになる。
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
ものであるから、強誘電体結晶の破壊を防止して高歩留
まりで周期分極反転構造を形成可能となり、それにより
光波長変換素子の作製コストを低減できるようになる。
【００２４】
【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、本発明の一実施の形態に
よる強誘電体の分極反転方法における各工程を概略的に
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、本発明の一実施の形態に
よる強誘電体の分極反転方法における各工程を概略的に
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。
【００２５】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。
【００２６】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薄膜からなるパターン電極としての周期電極２
と、それに繋がる概略長方形の接続電極８とを形成す
る。周期電極２は図２に概略平面形状を示す通り、基板
１のＸ軸方向に多数本が所定周期で並べられており、そ
れらの各々は接続電極８に繋がっている。したがって、
全ての周期電極２はこの接続電極８を介して連絡して、
電気的に導通する状態となっている。
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薄膜からなるパターン電極としての周期電極２
と、それに繋がる概略長方形の接続電極８とを形成す
る。周期電極２は図２に概略平面形状を示す通り、基板
１のＸ軸方向に多数本が所定周期で並べられており、そ
れらの各々は接続電極８に繋がっている。したがって、
全ての周期電極２はこの接続電極８を介して連絡して、
電気的に導通する状態となっている。
【００２７】なお、本例においてＭｇＯ−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は、一定の周期Λ＝19
μｍで繰り返すように形成されている。
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は、一定の周期Λ＝19
μｍで繰り返すように形成されている。
【００２８】またＭｇＯ−ＬＮ基板１の−Ｚ面１ｂ上に
は、接続電極８に全面的に対面する状態にして、絶縁膜
９が形成されている。この絶縁膜９は例えばフォトリソ
グラフィー用のレジストや、有機樹脂、ＳｉＯ２、Ｔａ
２Ｏ５、ＳｉＮ等の絶縁性材料から形成され、接続電極
８と周期電極２とが繋がっている部分（図２中にＴで示
す部分）に対面する十分な大きさとされている。
は、接続電極８に全面的に対面する状態にして、絶縁膜
９が形成されている。この絶縁膜９は例えばフォトリソ
グラフィー用のレジストや、有機樹脂、ＳｉＯ２、Ｔａ
２Ｏ５、ＳｉＮ等の絶縁性材料から形成され、接続電極
８と周期電極２とが繋がっている部分（図２中にＴで示
す部分）に対面する十分な大きさとされている。
【００２９】次に図１(2)に示すように、周期電極２と
繋がっている接続電極８を接続線３を介して高圧電源４
に接続するとともに、ＭｇＯ−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12ｓ（秒）である。
繋がっている接続電極８を接続線３を介して高圧電源４
に接続するとともに、ＭｇＯ−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12ｓ（秒）である。
【００３０】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１ｂから＋Ｚ面１ａ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。
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１ｂから＋Ｚ面１ａ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。
【００３１】本実施の形態では、接続電極８に対面する
位置においてＭｇＯ−ＬＮ基板１の−Ｚ面１ｂに絶縁膜
９を形成しているので、上記電場が印加される際に、接
続電極８に対面する部分のＭｇＯ−ＬＮ基板１に電荷が
集中することがなくなる。特に、前述したように電荷集
中が起きやすい、接続電極８と周期電極２との繋がり部
分Ｔ（図２参照）にも絶縁膜９が対面しているので、こ
の電荷集中が効果的に抑制される。そこで、この電荷集
中のためにＭｇＯ−ＬＮ基板１が破壊することが確実に
防止される。
位置においてＭｇＯ−ＬＮ基板１の−Ｚ面１ｂに絶縁膜
９を形成しているので、上記電場が印加される際に、接
続電極８に対面する部分のＭｇＯ−ＬＮ基板１に電荷が
集中することがなくなる。特に、前述したように電荷集
中が起きやすい、接続電極８と周期電極２との繋がり部
分Ｔ（図２参照）にも絶縁膜９が対面しているので、こ
の電荷集中が効果的に抑制される。そこで、この電荷集
中のためにＭｇＯ−ＬＮ基板１が破壊することが確実に
防止される。
【００３２】上記絶縁膜９を形成せず、その他は全て本
実施の形態と同様にして分極反転部７を形成した場合、
ＭｇＯ−ＬＮ基板１にひび割れ等の破壊が生じる頻度
は、約50％であった。それに対して、本実施の形態にお
いて基板破壊が生じる頻度は０％であった。
実施の形態と同様にして分極反転部７を形成した場合、
ＭｇＯ−ＬＮ基板１にひび割れ等の破壊が生じる頻度
は、約50％であった。それに対して、本実施の形態にお
いて基板破壊が生じる頻度は０％であった。
【００３３】以上の通りにして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
λ１＝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。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＝500ｎｍの第２
高調波14に変換された。
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
λ１＝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。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＝500ｎｍの第２
高調波14に変換された。
【００３４】本実施の形態では、ＭｇＯ−ＬＮ基板１の
破壊を防止して高歩留まりで周期分極反転構造を形成で
きるから、光波長変換素子10の作製コストを低減する効
果が得られる。
破壊を防止して高歩留まりで周期分極反転構造を形成で
きるから、光波長変換素子10の作製コストを低減する効
果が得られる。
【００３５】以上、パターン電極として周期電極２を用
いて周期分極反転構造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
れ以外の形状のパターン電極を用いる場合にも同様に適
用可能である。そして、どのような形状のパターン電極
を用いる場合でも、それに接続する接続電極の屈曲部分
に対向する位置に絶縁体を配しておけば、その屈曲部分
で発生しやすい電荷集中を抑制して、強誘電体結晶の破
壊を効果的に防止することができる。
いて周期分極反転構造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
れ以外の形状のパターン電極を用いる場合にも同様に適
用可能である。そして、どのような形状のパターン電極
を用いる場合でも、それに接続する接続電極の屈曲部分
に対向する位置に絶縁体を配しておけば、その屈曲部分
で発生しやすい電荷集中を抑制して、強誘電体結晶の破
壊を効果的に防止することができる。
【００３６】また本発明は、強誘電体結晶としてＭｇＯ
がドープされたＬｉＮｂｘＯ３ 結晶に限らず、その他
例えばＺｎＯもしくはＳｃがドープされたＬｉＮｂｘＯ
３結晶や非ドープのＬｉＮｂｘＯ３ 結晶、さらにはＬ
ｉＴａＯ３結晶や、それにＭｇＯ、ＺｎＯもしくはＳｃ
がドープされた結晶等に分極反転部を形成する際にも同
様に適用可能である。
がドープされたＬｉＮｂｘＯ３ 結晶に限らず、その他
例えばＺｎＯもしくはＳｃがドープされたＬｉＮｂｘＯ
３結晶や非ドープのＬｉＮｂｘＯ３ 結晶、さらにはＬ
ｉＴａＯ３結晶や、それにＭｇＯ、ＺｎＯもしくはＳｃ
がドープされた結晶等に分極反転部を形成する際にも同
様に適用可能である。
【図１】本発明の一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
転方法の工程を示す概略図
【図２】上記分極反転方法に用いられる電極および絶縁
膜の平面図
膜の平面図
【図３】上記分極反転方法を適用して作製された光波長
変換素子の使用状態を示す概略図
変換素子の使用状態を示す概略図
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
８ 接続電極
９ 絶縁膜
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
Claims (7)
- 【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パターン電極と、このパタ
ーン電極に接続する接続電極とを形成し、 前記強誘電体結晶の他表面と向き合う位置にコロナワイ
ヤーを配し、このコロナワイヤーと前記パターン電極と
を用いて、コロナ帯電法により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所
定のパターンに対応した形状の分極反転部を形成する方
法において、 前記強誘電体の他表面上において、前記接続電極の少な
くとも一部に対向する位置に絶縁体を配した状態で前記
電場を印加することを特徴とする強誘電体の分極反転方
法。 - 【請求項２】 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パターン電極と、このパタ
ーン電極に接続する接続電極とを形成し、 前記強誘電体結晶の他表面側から電子線を照射して、こ
の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所定のパターンに対応した形状の分
極反転部を形成する方法において、 前記強誘電体の他表面上において、前記接続電極の少な
くとも一部に対向する位置に絶縁体を配した状態で前記
電場を印加することを特徴とする強誘電体の分極反転方
法。 - 【請求項３】 前記絶縁体を、少なくとも前記接続電極
の屈曲部分に対向する位置に配しておくことを特徴とす
る請求項１または２記載の強誘電体の分極反転方法。 - 【請求項４】 前記パターン電極が、所定周期で繰り返
す複数本の周期電極であり、 前記接続電極が前記周期電極の各々に繋がって、それら
の周期電極を互いに連絡させているものであることを特
徴とする請求項１から３いずれか１項記載の強誘電体の
分極反転方法。 - 【請求項５】 前記接続電極の、前記周期電極と繋がっ
ている屈曲部分に対向する位置に、前記絶縁体を配して
おく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５いずれか１項記載の強誘電
体の分極反転方法。 - 【請求項７】 請求項４から６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。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001391874A JP3838910B2 (ja) | 2001-12-25 | 2001-12-25 | 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 |
| US10/327,062 US7112263B2 (en) | 2001-12-25 | 2002-12-24 | Polarization inversion method for ferroelectric substances |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001391874A JP3838910B2 (ja) | 2001-12-25 | 2001-12-25 | 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 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003195377A true JP2003195377A (ja) | 2003-07-09 |
| JP3838910B2 JP3838910B2 (ja) | 2006-10-25 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001391874A Expired - Fee Related JP3838910B2 (ja) | 2001-12-25 | 2001-12-25 | 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 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7112263B2 (ja) |
| JP (1) | JP3838910B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100951662B1 (ko) | 2009-10-22 | 2010-04-07 | 동국대학교 산학협력단 | 강유전체의 편극 도메인을 역전시키는 방법 및 편극 패턴된 도메인을 갖는 강유전체 |
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| US7652815B2 (en) * | 2006-09-08 | 2010-01-26 | Necsel Intellectual Property, Inc. | Mobile charge induced periodic poling and device |
| US7436579B1 (en) * | 2006-09-08 | 2008-10-14 | Arasor Corporation | Mobile charge induced periodic poling and device |
| CN101796457B (zh) * | 2007-09-03 | 2012-06-20 | 松下电器产业株式会社 | 波长转换装置、图像显示装置及加工装置 |
| JP5594192B2 (ja) * | 2011-03-08 | 2014-09-24 | 住友大阪セメント株式会社 | 光変調器 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69026766T2 (de) * | 1989-05-18 | 1996-11-28 | Sony Corp | Verfahren zur Kontrolle der ferroelektrischen Domänen eines nichtlinearen optischen Substrates |
| JP3109109B2 (ja) | 1990-07-12 | 2000-11-13 | ソニー株式会社 | 周期ドメイン反転構造を有する光デバイス装置の製造方法 |
| JP3222282B2 (ja) | 1993-09-02 | 2001-10-22 | 富士写真フイルム株式会社 | 強誘電体のドメイン反転構造形成方法および装置 |
-
2001
- 2001-12-25 JP JP2001391874A patent/JP3838910B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-12-24 US US10/327,062 patent/US7112263B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100951662B1 (ko) | 2009-10-22 | 2010-04-07 | 동국대학교 산학협력단 | 강유전체의 편극 도메인을 역전시키는 방법 및 편극 패턴된 도메인을 갖는 강유전체 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3838910B2 (ja) | 2006-10-25 |
| US7112263B2 (en) | 2006-09-26 |
| US20030116424A1 (en) | 2003-06-26 |
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