JP2660217B2 - 波長変換素子の製造方法 - Google Patents
波長変換素子の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は短波長光の発生に利用す
る。特に、入射基本波光に対して高調波光を発生する波
長変換素子に関する。さらに詳しくは、基本波光と高調
波光との位相を疑似的に整合させるため、光導波路に沿
って周期的に分極を反転させる方法に関する。
る。特に、入射基本波光に対して高調波光を発生する波
長変換素子に関する。さらに詳しくは、基本波光と高調
波光との位相を疑似的に整合させるため、光導波路に沿
って周期的に分極を反転させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬｉＮｂＯ3 などの強誘電体は非線形光
学特性をもつことから波長変換素子として利用されてお
り、特に二次の非線形光学特性を利用した二次高調波発
生素子がよく知られている。このような素子では、効率
よく高調波を発生させるため、基本波の位相と高調波の
位相とを少なくとも疑似的に整合させる必要がある。
学特性をもつことから波長変換素子として利用されてお
り、特に二次の非線形光学特性を利用した二次高調波発
生素子がよく知られている。このような素子では、効率
よく高調波を発生させるため、基本波の位相と高調波の
位相とを少なくとも疑似的に整合させる必要がある。
【０００３】二つの波の位相を疑似的に整合させる構造
のひとつとして、光導波路に沿って分極を周期的に反転
させたものが知られている。分極を反転させる方法とし
ては、ＬｉＮｂＯ3 の場合、Ｔｉ拡散法、ＳｉＯ2 装荷
法、電子打ち込み法などが知られている。また、ＬｉＴ
ａＯ3 の分極を反転させる方法としては、プロトン交換
法が知られている。ＳｉＯ2 装荷法、電子打ち込み法お
よびプロトン交換法は比較的新しい方法であり、それぞ
れ、１９９１年第３８回応物春季予稿集２８ａ−ＳＦ−
１４、同２９ｐ−ＰＢ−８、同２８ａ−ＳＦ−１３に詳
しく説明されている。
のひとつとして、光導波路に沿って分極を周期的に反転
させたものが知られている。分極を反転させる方法とし
ては、ＬｉＮｂＯ3 の場合、Ｔｉ拡散法、ＳｉＯ2 装荷
法、電子打ち込み法などが知られている。また、ＬｉＴ
ａＯ3 の分極を反転させる方法としては、プロトン交換
法が知られている。ＳｉＯ2 装荷法、電子打ち込み法お
よびプロトン交換法は比較的新しい方法であり、それぞ
れ、１９９１年第３８回応物春季予稿集２８ａ−ＳＦ−
１４、同２９ｐ−ＰＢ−８、同２８ａ−ＳＦ−１３に詳
しく説明されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、Ｔｉ拡散法
は、ＬｉＮｂＯ3 中にＴｉを拡散させるので、その部分
に屈折率差が生じ、高調波発生のための分極反転位相整
合には適していない。ＳｉＯ2 装荷法は、１０００℃以
上の高温処理を行うため、ＬｉＮｂＯ3 からＬｉイオン
が脱離してＳｉＯ2 に拡散するアウトディフュージョン
の問題がある。電子打ち込み法は、反転部の境界がぼけ
る傾向があり、また、装置が大がかりとなって量産には
向いていない。
は、ＬｉＮｂＯ3 中にＴｉを拡散させるので、その部分
に屈折率差が生じ、高調波発生のための分極反転位相整
合には適していない。ＳｉＯ2 装荷法は、１０００℃以
上の高温処理を行うため、ＬｉＮｂＯ3 からＬｉイオン
が脱離してＳｉＯ2 に拡散するアウトディフュージョン
の問題がある。電子打ち込み法は、反転部の境界がぼけ
る傾向があり、また、装置が大がかりとなって量産には
向いていない。
【０００５】また、プロトン交換法は、Ｌｉイオンをプ
ロトンに置換するため、Ｔｉ拡散の場合と同様に屈折率
差が生じ、しかも反転形状が最適なものとはいえない。
ロトンに置換するため、Ｔｉ拡散の場合と同様に屈折率
差が生じ、しかも反転形状が最適なものとはいえない。
【０００６】このような課題を解決するため、本発明者
らは、強誘電体基板、特にＬｉＮｂＯ3 基板の表面に接
して金属材料による周期格子を設け、この周期格子を熱
酸化することにより分極反転を形成する新しい製造方法
を発明し、既に特許出願した（平成４年２月６日出願、
特願平４−２１３７９）。
らは、強誘電体基板、特にＬｉＮｂＯ3 基板の表面に接
して金属材料による周期格子を設け、この周期格子を熱
酸化することにより分極反転を形成する新しい製造方法
を発明し、既に特許出願した（平成４年２月６日出願、
特願平４−２１３７９）。
【０００７】この方法では、周期格子を構成する金属材
料の膜の周囲に分極反転が形成された。分極反転が生じ
るのは−Ｃ面であった。この分極反転は表面に接した金
属が酸化するときに生じるものであり、熱酸化の温度も
６００℃以下でよかった。基板表面に膜を設けて加熱す
る点ではＳｉＯ2 装荷法に似ているが、温度がかなり低
く、８００℃以上で生じるＬｉのアウトディフュージョ
ンもないことから、全く別の現象であることがわかる。
料の膜の周囲に分極反転が形成された。分極反転が生じ
るのは−Ｃ面であった。この分極反転は表面に接した金
属が酸化するときに生じるものであり、熱酸化の温度も
６００℃以下でよかった。基板表面に膜を設けて加熱す
る点ではＳｉＯ2 装荷法に似ているが、温度がかなり低
く、８００℃以上で生じるＬｉのアウトディフュージョ
ンもないことから、全く別の現象であることがわかる。
【０００８】このようにして周期的な分極反転が形成さ
れた強誘電体基板を高調波発生素子として利用するに
は、周期的な分極反転に交差するように光導波路を作製
する必要があり、酸化物を取り除く必要がある。しか
し、酸化物、特に酸化チタンは安定な物質であるため、
エッチングその他による除去が困難であり、場合によっ
ては基板に損傷を与える可能性があった。
れた強誘電体基板を高調波発生素子として利用するに
は、周期的な分極反転に交差するように光導波路を作製
する必要があり、酸化物を取り除く必要がある。しか
し、酸化物、特に酸化チタンは安定な物質であるため、
エッチングその他による除去が困難であり、場合によっ
ては基板に損傷を与える可能性があった。
【０００９】本発明は、このような課題を解決し、基板
に損傷を与えることなく簡単に周期的な分極反転を形成
することのできる方法を提供することを目的とする。
に損傷を与えることなく簡単に周期的な分極反転を形成
することのできる方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、強誘電体基板
の表面に金属膜を設け、この金属膜を熱酸化してその周
囲の基板面に分極反転を形成する波長変換素子の製造方
法において、金属膜をストライプ状の領域に沿って配置
し、このストライプ状の領域の基板面を周期的に分極反
転させ、このストライプ状の領域に光導波路を形成す
る。
の表面に金属膜を設け、この金属膜を熱酸化してその周
囲の基板面に分極反転を形成する波長変換素子の製造方
法において、金属膜をストライプ状の領域に沿って配置
し、このストライプ状の領域の基板面を周期的に分極反
転させ、このストライプ状の領域に光導波路を形成す
る。
【００１１】強誘電体基板としてＬｉＮｂＯ3 基板を用
いると、その−Ｃ面に分極反転が形成される。金属膜と
してはＴｉ膜が適している。
いると、その−Ｃ面に分極反転が形成される。金属膜と
してはＴｉ膜が適している。
【００１２】ストライプ状の領域を周期的に分極反転さ
せるには、ストライプ状の領域にあらかじめ熱酸化によ
る分極反転を防止する処理を周期的に施しておく。その
方法としては、基板に密着させた周期的な金属マスクを
介してその基板表面をＯ2 プラズマに曝す処理がある。
この場合、金属マスクを例えばＡｕ蒸着膜により形成
し、Ｏ2 プラズマに曝した後にそのＡｕ蒸着膜を除去す
るとよい。
せるには、ストライプ状の領域にあらかじめ熱酸化によ
る分極反転を防止する処理を周期的に施しておく。その
方法としては、基板に密着させた周期的な金属マスクを
介してその基板表面をＯ2 プラズマに曝す処理がある。
この場合、金属マスクを例えばＡｕ蒸着膜により形成
し、Ｏ2 プラズマに曝した後にそのＡｕ蒸着膜を除去す
るとよい。
【００１３】
【作用】金属酸化物の下で分極反転せずに残った部分を
非分極反転部として利用するのではなく、金属酸化物に
沿った部分にも非分極反転部を形成し、光導波路を金属
酸化物に沿って形成する。
非分極反転部として利用するのではなく、金属酸化物に
沿った部分にも非分極反転部を形成し、光導波路を金属
酸化物に沿って形成する。
【００１４】一つの方法として、熱酸化処理では分極が
反転しない部分をあらかじめ周期的に形成しておくとよ
い。この場合には、熱酸化処理の後に、酸化物に沿って
分極が反転した領域と反転していない領域とが交互に周
期的に得られる。この部分に光導波路を形成する。
反転しない部分をあらかじめ周期的に形成しておくとよ
い。この場合には、熱酸化処理の後に、酸化物に沿って
分極が反転した領域と反転していない領域とが交互に周
期的に得られる。この部分に光導波路を形成する。
【００１５】また、金属膜をストライプ状の領域に沿っ
て周期的に設けると、そのストライプ状の領域のうち金
属膜の近傍は分極反転し、他を分極反転させずに残すこ
とができる。
て周期的に設けると、そのストライプ状の領域のうち金
属膜の近傍は分極反転し、他を分極反転させずに残すこ
とができる。
【００１６】どちらの場合にも、残った酸化物と実質的
に平行に光導波路を形成する。このため、酸化物を除去
する必要はなく、除去する場合でも光導波路の部分に損
傷を与えることがない。
に平行に光導波路を形成する。このため、酸化物を除去
する必要はなく、除去する場合でも光導波路の部分に損
傷を与えることがない。
【００１７】
【実施例】図１は本発明の波長変換素子の製造方法の第
一実施例を説明する図であり、（ａ）および（ｂ）は金
属膜の熱酸化による分極反転を防止する処理を示し、
（ｃ）および（ｄ）は金属膜の熱酸化による分極反転の
処理を示し、（ｅ）および（ｆ）は導波路形成を示す。
ここでは、強誘電体基板としてＬｉＮｂＯ3 基板を用
い、Ｔｉ膜の熱酸化により分極反転を形成して二次高調
波発生素子とする場合について説明する。
一実施例を説明する図であり、（ａ）および（ｂ）は金
属膜の熱酸化による分極反転を防止する処理を示し、
（ｃ）および（ｄ）は金属膜の熱酸化による分極反転の
処理を示し、（ｅ）および（ｆ）は導波路形成を示す。
ここでは、強誘電体基板としてＬｉＮｂＯ3 基板を用
い、Ｔｉ膜の熱酸化により分極反転を形成して二次高調
波発生素子とする場合について説明する。
【００１８】この方法では、まず、図１（ａ）に示すよ
うに、ＬｉＮｂＯ3 基板１の−Ｃ面に疑似位相整合のコ
ヒーレンス長のピッチでＡｕマスク２を形成する。これ
を５００Ｗで５分間にわたりＯ2 プラズマ処理すると、
Ａｕマスク２で覆われていない部分に非反転部３が形成
される。Ａｕマスク２は蒸着膜なので簡単に、例えば拭
くだけで除去できる。この状態を図１（ｂ）に示す。
うに、ＬｉＮｂＯ3 基板１の−Ｃ面に疑似位相整合のコ
ヒーレンス長のピッチでＡｕマスク２を形成する。これ
を５００Ｗで５分間にわたりＯ2 プラズマ処理すると、
Ａｕマスク２で覆われていない部分に非反転部３が形成
される。Ａｕマスク２は蒸着膜なので簡単に、例えば拭
くだけで除去できる。この状態を図１（ｂ）に示す。
【００１９】続いて、図１（ｃ）に示すように、ＬｉＮ
ｂＯ3 基板１の表面に接してストライプ状に複数のＴｉ
膜を設け、これをＴｉマスク４とする。Ｔｉマスク４の
ストライプ方向は非反転部３と交差するようにしてお
く。Ｔｉマスク４を熱酸化すると、図１（ｄ）に示すよ
うに、Ｔｉ酸化物５の周囲に分極反転部６が形成され
る。ただし、非反転部３は分極反転せずにそのまま残
る。すなわち、Ｔｉ酸化物５の間のストライプ状の領域
に、非反転部３と分極反転部６とが周期的に形成され
る。そこで、このストライプ状の領域に光導波路７を形
成し、図１（ｅ）に示すような疑似位相整合型の二次高
調波発生素子を得る。光導波路７を形成する方法として
は、イオン交換またはＴｉ拡散がよい。
ｂＯ3 基板１の表面に接してストライプ状に複数のＴｉ
膜を設け、これをＴｉマスク４とする。Ｔｉマスク４の
ストライプ方向は非反転部３と交差するようにしてお
く。Ｔｉマスク４を熱酸化すると、図１（ｄ）に示すよ
うに、Ｔｉ酸化物５の周囲に分極反転部６が形成され
る。ただし、非反転部３は分極反転せずにそのまま残
る。すなわち、Ｔｉ酸化物５の間のストライプ状の領域
に、非反転部３と分極反転部６とが周期的に形成され
る。そこで、このストライプ状の領域に光導波路７を形
成し、図１（ｅ）に示すような疑似位相整合型の二次高
調波発生素子を得る。光導波路７を形成する方法として
は、イオン交換またはＴｉ拡散がよい。
【００２０】この方法では最終的な素子形態が図１
（ｅ）に示したものとなるが、可能であれば、図１
（ｆ）に示すようにＴｉ酸化物５を取り除いてもよい。
この場合でも、Ｔｉ酸化物５のあった部分に損傷を与え
る可能性はあるが、光導波路７への影響は最小にするこ
とができる。
（ｅ）に示したものとなるが、可能であれば、図１
（ｆ）に示すようにＴｉ酸化物５を取り除いてもよい。
この場合でも、Ｔｉ酸化物５のあった部分に損傷を与え
る可能性はあるが、光導波路７への影響は最小にするこ
とができる。
【００２１】図２は熱酸化後のＬｉＮｂＯ3 表面の状態
を示す写真である。この写真では、分極反転部とそれ以
外の部分とを明確にするため、熱酸化後に−Ｃ面を選択
的にエッチングしている。この写真において、縦に連続
したストライプが酸化チタンであり、このストライプに
沿って、滑らかな面の分極反転部と、エッチピットが見
える−Ｃ面とが、周期的に配置される。
を示す写真である。この写真では、分極反転部とそれ以
外の部分とを明確にするため、熱酸化後に−Ｃ面を選択
的にエッチングしている。この写真において、縦に連続
したストライプが酸化チタンであり、このストライプに
沿って、滑らかな面の分極反転部と、エッチピットが見
える−Ｃ面とが、周期的に配置される。
【００２２】図３は本発明の第二実施例を説明する図で
あり、光導波路を形成しようとするストライプ状の領域
に沿ってＴｉマスクを周期的に配置し、それを熱酸化し
た状態を示す。ただし、この図は非常に簡略化してあ
る。
あり、光導波路を形成しようとするストライプ状の領域
に沿ってＴｉマスクを周期的に配置し、それを熱酸化し
た状態を示す。ただし、この図は非常に簡略化してあ
る。
【００２３】この実施例では、Ｔｉ酸化物５に隣接する
部分に分極反転部６が形成されるが、Ｔｉ酸化物５から
離れた部分は分極が反転しない。したがって、Ｔｉ酸化
物５のないストライプ状の領域に周期的に分極反転部６
が形成され、この領域に光導波路を形成して二次高調波
発生素子とすることができる。
部分に分極反転部６が形成されるが、Ｔｉ酸化物５から
離れた部分は分極が反転しない。したがって、Ｔｉ酸化
物５のないストライプ状の領域に周期的に分極反転部６
が形成され、この領域に光導波路を形成して二次高調波
発生素子とすることができる。
【００２４】この実施例ではＴｉマスクの形状を四角形
としたが、他の形状でもよい。ただし、光導波路を形成
しようとするストライプ状の領域に面する部分が直線状
であることが望ましく、例えば三角形の底辺がその領域
に面した形状を利用できる。
としたが、他の形状でもよい。ただし、光導波路を形成
しようとするストライプ状の領域に面する部分が直線状
であることが望ましく、例えば三角形の底辺がその領域
に面した形状を利用できる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の波長変換
素子の製造方法は、金属を熱酸化することにより、それ
に接する強誘電体基板表面の分極を反転させ、その金属
酸化物を除去する必要なしに光導波路を形成できる。し
たがって、金属酸化物、特に酸化チタンのエッチングに
伴う素子特性の劣化をなくすことができる効果がある。
金属を熱酸化することによる分極反転は本質的に屈折率
変化がなく、これも大きな利点となる。
素子の製造方法は、金属を熱酸化することにより、それ
に接する強誘電体基板表面の分極を反転させ、その金属
酸化物を除去する必要なしに光導波路を形成できる。し
たがって、金属酸化物、特に酸化チタンのエッチングに
伴う素子特性の劣化をなくすことができる効果がある。
金属を熱酸化することによる分極反転は本質的に屈折率
変化がなく、これも大きな利点となる。
【図１】本発明第一実施例の製造方法を示す図。
【図２】分極反転が形成されたＬｉＮｂＯ3 表面を示す
写真。
写真。
【図３】本発明第二実施例の製造方法を示す図。
１ ＬｉＮｂＯ3 基板 ２ Ａｕマスク ３ 非反転部 ４ Ｔｉマスク ５ Ｔｉ酸化物 ６ 分極反転部 ７ 光導波路
Claims (2)
- 【請求項１】 強誘電体基板に形成された周期的に分極
が反転する光導波路からなる波長変換素子を製造する方
法において、前記光導波路を形成しようとするストライプ状の領域に
あらかじめ熱酸化による分極反転を防止する処理を周期
的に施しておき、 このストライプ状の領域に沿って前記強誘電体基板の表
面に金属膜を設け、 この金属膜を熱酸化してその周囲の基板面を分極反転さ
せることで前記ストライプ状の領域に周期的な分極反転
を形成し、 この周期的な分極反転が形成された領域に前記光導波路
を形成する ことを特徴とする波長変換素子の製造方法。 - 【請求項２】 分極反転を防止する処理は、基板に密着
させた周期的な金属マスクを介してその基板表面をＯ 2
プラズマに曝す処理を含む請求項１記載の波長変換素子
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4060688A JP2660217B2 (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 波長変換素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4060688A JP2660217B2 (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 波長変換素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06208150A JPH06208150A (ja) | 1994-07-26 |
| JP2660217B2 true JP2660217B2 (ja) | 1997-10-08 |
Family
ID=13149496
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4060688A Expired - Lifetime JP2660217B2 (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 波長変換素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2660217B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102013104776A1 (de) * | 2013-05-08 | 2014-11-13 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements, Wellenlängenkonversionselement und Bauelement aufweisend das Wellenlängenkonversionselement |
| CN104808289B (zh) * | 2015-04-17 | 2017-11-21 | 天津理工大学 | 一种在铌酸锂晶体上制备周期性波导光栅的方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03191332A (ja) * | 1989-12-20 | 1991-08-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光波長変換素子およびその製造方法 |
-
1992
- 1992-03-17 JP JP4060688A patent/JP2660217B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03191332A (ja) * | 1989-12-20 | 1991-08-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光波長変換素子およびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06208150A (ja) | 1994-07-26 |
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