JP2852831B2 - 強誘電体のドメイン反転構造形成方法 - Google Patents

強誘電体のドメイン反転構造形成方法

Info

Publication number
JP2852831B2
JP2852831B2 JP4096571A JP9657192A JP2852831B2 JP 2852831 B2 JP2852831 B2 JP 2852831B2 JP 4096571 A JP4096571 A JP 4096571A JP 9657192 A JP9657192 A JP 9657192A JP 2852831 B2 JP2852831 B2 JP 2852831B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
domain inversion
ferroelectric
substrate
inversion structure
wavelength conversion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP4096571A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH05297430A (ja
Inventor
信春 野崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Photo Film Co Ltd filed Critical Fuji Photo Film Co Ltd
Priority to JP4096571A priority Critical patent/JP2852831B2/ja
Priority to US08/044,457 priority patent/US5395495A/en
Publication of JPH05297430A publication Critical patent/JPH05297430A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2852831B2 publication Critical patent/JP2852831B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/355Non-linear optics characterised by the materials used
    • G02F1/3558Poled materials, e.g. with periodic poling; Fabrication of domain inverted structures, e.g. for quasi-phase-matching [QPM]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、周期ドメイン反転構造
を有する光波長変換素子を作成する等のために、強誘電
体に所定パターンのドメイン反転構造を形成する方法に
関するものである。
【0002】
【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、ドメイン反転部の周期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 2β(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、基本波と第2高調波との位相整合を取
ることができる。周期ドメイン反転構造を持たない非線
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) 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。
【0003】上述のような周期ドメイン反転構造を形成
する方法としては従来より、 1)LiTaO3 の−z面に周期的にプロトン交換を施
し、キュリー点近傍の温度で熱処理する方法(K.Yam
amoto ,K.Mizuuchi ,and T.Taniuchi ,Optic
s Letters,vol.16, No.15,1156(1991)参照) 2)室温下で電子線ビームを直接単分極化されたLiT
aO3 やLiNbO3 の−z面に照射する方法(H.I
to,C.Takyu,and H.Inaba,ElectronicsLette
rs, vol.27, No.14,1221(1991)参照) 3)単分極化されたLiTaO3 やLiNbO3 等の表
面に電荷を遮断する所定パターンのレジストを配置した
上で、コロナ放電により該表面に全体的に電荷を作用さ
せる方法 等が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記2)や3)のよう
に強誘電体に荷電粒子線を照射する方法は、比較的簡便
に実施可能となっているが、その半面、ドメイン反転が
起こり難い、さらには強誘電体表面近傍でのドメイン反
転が不確実になりやすいといった問題が認められてい
た。
【0005】上記のようにドメイン反転が不確実になっ
ていると、その強誘電体を用いて前述の光波長変換素子
を形成した場合には、周期ドメイン反転構造が全く形成
されなかったり、あるいはその周期が不正確になるか
ら、効率良く波長変換を行なうことが不可能となる。
【0006】また、強誘電体表面近傍でドメイン反転が
不確実になっていると、その強誘電体を用いて特に光導
波路型の光波長変換素子を形成した場合には特有の問題
が生じる。すなわち光導波路はこの強誘電体の表面近傍
に形成されるから、たとえこの表面近傍以外では正確に
ドメイン反転が生じていても、肝腎の光導波路において
は周期ドメイン反転構造が形成されなかったり、あるい
はその周期が不正確になってしまう。そのような光導波
路型の光波長変換素子では、効率良く波長変換を行なう
ことは当然不可能である。
【0007】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、荷電粒子線照射により所定パターンのドメイン
反転部を確実に、特に強誘電体表面近傍において確実に
形成することができる強誘電体のドメイン反転構造形成
方法を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による強誘電体の
ドメイン反転構造形成方法は、単分極化された強誘電体
に荷電粒子線を照射して、この照射方向に延びるドメイ
ン反転部を形成する方法において、荷電粒子線が照射さ
れる強誘電体の表面部分に、該強誘電体よりも電気抵抗
が高い高抵抗層を堆積しておくことを特徴とするもので
ある。
【0009】
【作用および発明の効果】本発明者等の研究によると、
強誘電体に荷電粒子線を照射してもドメイン反転が起こ
らないという問題は、強誘電体の電気抵抗が低いことに
起因していることが判った。すなわちそのような場合
は、強誘電体に荷電粒子線を作用させてもその表面電位
がすぐに減衰したり、表面から深さ方向(つまり荷電粒
子線の照射方向)に電子が移動し難くて表面に沿った方
向に電流が流れてしまうのである。
【0010】そこで、本発明方法におけるように強誘電
体の表面部分に高抵抗層を堆積しておくと、表面電位が
すぐに減衰することがなくなり、また電子が強誘電体の
表面から深さ方向に移動しやすくなって、荷電粒子線照
射方向に延びるドメイン反転部が確実に形成されるよう
になる。
【0011】また、強誘電体の表面近傍部分でドメイン
反転が生じ難いという問題は、特に高エネルギーの荷電
粒子線が用いられた際に、表面からの電子注入深さが数
μm程度とかなり大きくなることに起因していることが
判った。そこで上述のような高抵抗層を設けておけば、
強誘電体表面からの電子注入深さがほぼこの高抵抗層の
厚さ分だけ浅くなり、この強誘電体の表面近傍で良好に
ドメインが反転するようになる。したがって、高抵抗層
を除去して強誘電体表面に光導波路を形成すれば、この
光導波路部分に確実にドメイン反転部が存在することに
なる。
【0012】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。まず図1を参照して、本発明の第1実
施例について説明する。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LiNbO3 の基板(以下、
LN基板と称する)である。このLN基板1は単分極化
処理がなされて、例えば0.5 mm程度の所定厚さとさ
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面で光学研磨されている。このLN基板1の−
z面1a上には、同図(a)に示すように、スパッタ法
により厚さ0.5 μmの高抵抗層としてのSiO2 膜2が
堆積される。またこのLN基板1の+z面1b上には電
極としてのCr膜3が形成され、このCr膜3が接地さ
れる。
【0013】次に同図(b)に示されるように、SiO
2 膜2越しにLN基板1の−z面1aに向けて電子線ビ
ーム4を照射し、この照射方向つまり−z面1aから深
さ方向に延びるドメイン反転部5を形成する。本実施例
においては、電子線ビーム4は20kV、0.2 nAの条件
で照射される。また1ケ所当りの電子線照射時間は3m
sec で、1ケ所照射する毎に照射位置が等ピッチで移動
される。本例ではこの照射ピッチは4μmである。以上
の処理によりLN基板1には、ドメイン反転部5が所定
周期Λ=4μmで周期的に並ぶ周期ドメイン反転構造が
形成される。
【0014】次にフッ硝酸エッチングによりSiO2
2を除去するとともに、LN基板1の−z面1aをエッ
チングする(同図(c)参照)。このように−z面1a
をエッチング処理すると、図2に示すように、ドメイン
反転部5とそうでない部分とでは化学的特性の違いによ
り、エッチングの程度に差が生じる。そこでこの−z面
1a部分を顕微鏡で観察することにより、ドメイン反転
部5が所定ピッチ、所定サイズで確実に生じているか否
か、そして特にLN基板1の表面近傍でも確実にドメイ
ン反転が生じているか否かを確認することができる。
【0015】この顕微鏡観察により本実施例では、Λ=
4μmの周期で−z面から+z面まで貫通するドメイン
反転部5が確実に形成されているのが確認された。また
このドメイン反転部5は、LN基板1の−z面1a近傍
においても確実に形成されているのが確認された。なお
図1(c)および図2の矢印10は、分極の方向を示して
いる。
【0016】なお本実施例においては、高抵抗層として
LiNbO3 よりも電気抵抗が均一なSiO2 膜2が用
いられているので、電子線ビーム4を照射する際の表面
抵抗がより均一になる。そこで、このようなSiO2
2を堆積しない場合と比べると、各ドメイン反転部5の
大きさがより一様になり、周期ドメイン反転構造の周期
精度が向上する。
【0017】次に図3を参照して本発明の第2実施例を
説明する。本実施例は第1実施例と比べると、電子線照
射の仕方が異なる。すなわち本実施例では、高抵抗層と
してのSiO2 膜2の上に電子線を遮断するレジスト6
が所定ピッチで堆積され、コロナ放電ワイヤ7を用いて
電子線8がLN基板1の−z面1aに照射される。そこ
でLN基板に1には、レジスト6が無い部分において周
期的にドメイン反転部5が形成される。
【0018】この場合も、レジスト6を除去してから第
1実施例におけるのと同様のエッチングを施し、LN基
板1の−z面1aを顕微鏡で観察したところ、ドメイン
反転部が、基板を貫通する状態で良好に形成されている
ことが確認された。
【0019】次に、本発明方法による周期ドメイン反転
構造を用いた導波路型光波長変換素子について説明す
る。図4にこの導波路型光波長変換素子の概略構成を示
す。第1実施例の通りにしてLN基板1に周期ドメイン
反転部5を形成した後、x方向に光が伝搬するようにチ
ャンネル導波路12を形成する。このチャンネル導波路12
は、プロトン交換等の公知の方法を適宜用いて形成する
ことができる。
【0020】以上のようにして作成した導波路型光波長
変換素子20に、基本波として波長λのレーザ光を入力端
20aから入射させると、導波−導波モードの位相整合が
取られて、出力端20bから波長λ/2の第2高調波を効
率良く出射させることができる。一例として、基本波光
源にレーザダイオードを用いた場合について、図5を参
照して説明する。レーザダイオード13から出射した基本
波としてのレーザビーム14(波長=880 nm)はコリメ
ートレンズ15によって平行光化された後、λ/2板16で
チャンネル導波路12のz軸方向に偏光方向を合わせ、集
光レンズ17により集光されてチャンネル導波路12の端面
12aにおいて収束する。それにより基本波14はチャンネ
ル導波路12内に入射し、そこを導波する。
【0021】導波モードで進行する基本波14は、導波路
12中の周期ドメイン反転領域で位相整合して第2高調波
18に波長変換される。この第2高調波18もチャンネル導
波路12を導波モードで伝搬し、出力端20bから効率良く
出射する。出力された第2高調波18の偏光方向もz軸方
向であるので、LiNbO3 の最も大きい非線形光学定
数d33が利用されていることになる。
【0022】なお本発明の方法は、強誘電体材料として
上記LiNbO3 以外のもの、例えばLiTaO3 、M
gO:LiNbO3 、MgO:LiTaO3 、KNbO
3 、MgO:KNbO3 、KTP等を用いる場合に適用
することもできる。
【0023】また本発明の方法は、周期ドメイン反転構
造を有するバルク結晶形光波長変換素子を作成するため
に適用することもできる。さらに本発明の方法は、周期
ドメイン反転構造以外のドメイン反転構造を形成するた
めに適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例により周期ドメイン反転構
造を形成する工程を示す概略図
【図2】周期ドメイン反転構造が形成されたLN基板の
表面部分を示す概略側面図
【図3】本発明の第2実施例により周期ドメイン反転構
造を形成する様子を示す概略図
【図4】周期ドメイン反転構造を有する導波路型光波長
変換素子の概略斜視図
【図5】図4の光波長変換素子の使用状態を示す概略側
面図
【符号の説明】
1 LiNbO3 単分極化基板(z板) 1a 基板の表面(−z面) 2 SiO2 膜 4 電子線ビーム 5 ドメイン反転部 6 レジスト 7 コロナ放電ワイヤ 8 電子線 12 チャンネル導波路 13 レーザーダイオード 14 レーザービーム(基本波) 15 コリメートレンズ 16 λ/2板 17 集光レンズ 18 第2高調波 20 導波路型光波長変換素子

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 単分極化された強誘電体に荷電粒子線を
    照射して、この照射方向に延びるドメイン反転部を形成
    する方法において、 前記荷電粒子線が照射される強誘電体の表面部分に、該
    強誘電体よりも電気抵抗が高い高抵抗層を堆積しておく
    ことを特徴とする強誘電体のドメイン反転構造形成方
    法。
JP4096571A 1992-04-16 1992-04-16 強誘電体のドメイン反転構造形成方法 Expired - Fee Related JP2852831B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4096571A JP2852831B2 (ja) 1992-04-16 1992-04-16 強誘電体のドメイン反転構造形成方法
US08/044,457 US5395495A (en) 1992-04-16 1993-04-09 Fabrication of ferroelectric domain reversals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4096571A JP2852831B2 (ja) 1992-04-16 1992-04-16 強誘電体のドメイン反転構造形成方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH05297430A JPH05297430A (ja) 1993-11-12
JP2852831B2 true JP2852831B2 (ja) 1999-02-03

Family

ID=14168688

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4096571A Expired - Fee Related JP2852831B2 (ja) 1992-04-16 1992-04-16 強誘電体のドメイン反転構造形成方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US5395495A (ja)
JP (1) JP2852831B2 (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06242478A (ja) * 1993-02-18 1994-09-02 Fuji Photo Film Co Ltd 強誘電体のドメイン反転構造形成方法
JP3318058B2 (ja) * 1993-07-09 2002-08-26 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
US5770826A (en) * 1996-05-10 1998-06-23 International Business Machines Corporation Atomic beam alignment of liquid crystals
US7115513B2 (en) * 2004-09-03 2006-10-03 Hc Photonics Corporation Domain reversal control method for ferroelectric materials
JP2007232826A (ja) * 2006-02-28 2007-09-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 波長変換素子の製造方法
KR100951662B1 (ko) * 2009-10-22 2010-04-07 동국대학교 산학협력단 강유전체의 편극 도메인을 역전시키는 방법 및 편극 패턴된 도메인을 갖는 강유전체

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04507299A (ja) * 1989-02-01 1992-12-17 ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ リーランド スタンフォード ジュニア ユニバーシティ 非線形光発振器と半導体の強誘電分極領域の制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPH05297430A (ja) 1993-11-12
US5395495A (en) 1995-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5615041A (en) Fabrication of patterned poled dielectric structures and devices
EP0532969B1 (en) Process for fabricating an optical device for generating a second harmonic optical beam
US5193023A (en) Method of controlling the domain of a nonlinear ferroelectric optics substrate
US5522973A (en) Fabrication of ferroelectric domain reversals
US5756263A (en) Method of inverting ferroelectric domains by application of controlled electric field
US5986798A (en) Method and arrangement for poling of optical crystals
US5734772A (en) Inverted domain structure in ferroelectric crystals with polarization in the crystal plane
Gui Periodically poled ridge waveguides and photonic wires in LiNbO3 for efficient nonlinear interactions
JP2852831B2 (ja) 強誘電体のドメイン反転構造形成方法
JP3578469B2 (ja) 光波長変換素子およびその作成方法
JPH09218431A (ja) 光波長変換素子およびその作成方法並びに光波長変換モジュール
JP3303346B2 (ja) ニオブ酸リチウム及びタンタル酸リチウムの分極制御方法とこれによる光導波路デバイスの製造方法及び光導波路デバイス
US5748361A (en) Ferroelectric crystal having inverted domain structure
JP3277515B2 (ja) 分極反転制御方法
JPH10246900A (ja) 強誘電体単結晶基板の微小構造の製造方法
JPH06186603A (ja) 分極反転層形成方法
JPH0713008A (ja) 回折格子およびその製造方法ならびに波長変換素子
JP3946092B2 (ja) 周期分極反転構造の形成方法
JP3260457B2 (ja) 強誘電体のドメイン反転構造形成方法
JP3318058B2 (ja) 強誘電体のドメイン反転構造形成方法
JPH08304862A (ja) 光デバイス
JP3447078B2 (ja) 光波長変換素子
JPH06281982A (ja) レーザ光発生装置
JP3310024B2 (ja) 変調機能付高調波発生装置
JPH0643513A (ja) 波長変換素子

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19981020

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071120

Year of fee payment: 9

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071120

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081120

Year of fee payment: 10

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees