JP2962024B2 - 光導波路の製造方法および光波長変換素子の製造方法 - Google Patents
光導波路の製造方法および光波長変換素子の製造方法Info
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- JP2962024B2 JP2962024B2 JP4018642A JP1864292A JP2962024B2 JP 2962024 B2 JP2962024 B2 JP 2962024B2 JP 4018642 A JP4018642 A JP 4018642A JP 1864292 A JP1864292 A JP 1864292A JP 2962024 B2 JP2962024 B2 JP 2962024B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コヒ−レント光を利用
する光情報処理分野、あるいは光応用計測制御分野に使
用する光導波路および光波長変換素子の製造方法に関す
るものである。
する光情報処理分野、あるいは光応用計測制御分野に使
用する光導波路および光波長変換素子の製造方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】図４に従来の光導波路を基本とした光波
長変換素子の構成図を示す。以下0.84μｍの波長の基本
波に対する高調波発生（波長0.42μｍ）について図を用
いて詳しく述べる。（K.Mizuuchi, K.Yamamoto and T.T
aniuchi, Applied Physics Letters, Vol 58, 2732ペー
ジ, 1991年６月号、参照）．図４に示されるようにLiTa
O3基板１に光導波路２が形成され、さらに光導波路２に
は周期的に分極の反転した層３（分極反転層）が形成さ
れている。基本波Ｐ１と発生する高調波Ｐ２の伝搬定数
の不整合を分極反転層３および非分極反転層４の周期構
造で補償することにより高効率に高調波Ｐ２を出すこと
ができる。光導波路２の入射面１０に基本波Ｐ１を入射
すると、光導波路２から高調波Ｐ２が効率良く発生さ
れ、光波長変換素子として動作する。
長変換素子の構成図を示す。以下0.84μｍの波長の基本
波に対する高調波発生（波長0.42μｍ）について図を用
いて詳しく述べる。（K.Mizuuchi, K.Yamamoto and T.T
aniuchi, Applied Physics Letters, Vol 58, 2732ペー
ジ, 1991年６月号、参照）．図４に示されるようにLiTa
O3基板１に光導波路２が形成され、さらに光導波路２に
は周期的に分極の反転した層３（分極反転層）が形成さ
れている。基本波Ｐ１と発生する高調波Ｐ２の伝搬定数
の不整合を分極反転層３および非分極反転層４の周期構
造で補償することにより高効率に高調波Ｐ２を出すこと
ができる。光導波路２の入射面１０に基本波Ｐ１を入射
すると、光導波路２から高調波Ｐ２が効率良く発生さ
れ、光波長変換素子として動作する。
【０００３】このような従来の光波長変換素子はプロト
ン交換法により作製された光導波路２を基本構成要素と
していた。この素子の製造方法について説明する。まず
LiTaO3基板１に通常のフォトプロセスとドライエッチン
グを用いてＴａを周期状にパターニングする。次にＴａ
パターンが形成されたLiTaO3基板１に２６０℃、３０分
間プロトン交換を行いＴａで覆われていないスリット直
下に厚み０．８μｍのプロトン交換層を形成する。次に
５９０℃の温度で１０分間熱処理する。熱処理の上昇レ
ートは１０℃／分、冷却レートは５０℃／分である。こ
れにより分極反転層が形成される。プロトン交換層直下
はＬｉが減少しておりキュリー温度が低下するため部分
的に分極反転を行うことができる。次にＨＦ：ＨＮＯ3
の１：１混合液にて２分間エッチングしＴａを除去す
る。さらに上記分極反転層中にプロトン交換を用いて光
導波路を形成する。光導波路用マスクとしてＴａをスト
ライプ状にパターニングを行うことでＴａマスクに幅４
μｍ、長さ１２ｍｍのスリットを形成する。このＴａマ
スクで覆われた基板に２６０℃、１６分間プロトン交換
を行い０．５μｍの高屈折率層を形成する。Ｔａマスク
を除去した後３８０℃で１０分間熱処理を行う。プロト
ン交換された保護マスクのスリット直下の領域は屈折率
が０．０３程度上昇した光導波路２となる。この従来の
方法により作製される光波長変換素子は波長0.84μｍの
基本波Ｐ１に対して、光導波路２の長さを９ｍｍ、基本
波Ｐ１のパワーを２７ｍＷにしたとき高調波Ｐ２のパワ
ー０．１３ｍＷ、変換効率０．５％が得られていた。こ
の場合１Ｗ当りの変換効率は１８％／Ｗである。
ン交換法により作製された光導波路２を基本構成要素と
していた。この素子の製造方法について説明する。まず
LiTaO3基板１に通常のフォトプロセスとドライエッチン
グを用いてＴａを周期状にパターニングする。次にＴａ
パターンが形成されたLiTaO3基板１に２６０℃、３０分
間プロトン交換を行いＴａで覆われていないスリット直
下に厚み０．８μｍのプロトン交換層を形成する。次に
５９０℃の温度で１０分間熱処理する。熱処理の上昇レ
ートは１０℃／分、冷却レートは５０℃／分である。こ
れにより分極反転層が形成される。プロトン交換層直下
はＬｉが減少しておりキュリー温度が低下するため部分
的に分極反転を行うことができる。次にＨＦ：ＨＮＯ3
の１：１混合液にて２分間エッチングしＴａを除去す
る。さらに上記分極反転層中にプロトン交換を用いて光
導波路を形成する。光導波路用マスクとしてＴａをスト
ライプ状にパターニングを行うことでＴａマスクに幅４
μｍ、長さ１２ｍｍのスリットを形成する。このＴａマ
スクで覆われた基板に２６０℃、１６分間プロトン交換
を行い０．５μｍの高屈折率層を形成する。Ｔａマスク
を除去した後３８０℃で１０分間熱処理を行う。プロト
ン交換された保護マスクのスリット直下の領域は屈折率
が０．０３程度上昇した光導波路２となる。この従来の
方法により作製される光波長変換素子は波長0.84μｍの
基本波Ｐ１に対して、光導波路２の長さを９ｍｍ、基本
波Ｐ１のパワーを２７ｍＷにしたとき高調波Ｐ２のパワ
ー０．１３ｍＷ、変換効率０．５％が得られていた。こ
の場合１Ｗ当りの変換効率は１８％／Ｗである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなプロトン
交換法により形成された光導波路を基本とした光波長変
換素子では光導波路を作製するためのプロトン交換時に
LiTaO3の結晶性が損なわれ非線形光学効果がなくなって
いた。図５に作製された光波長変換素子の断面図を示
す。最初にプロトン交換されたプロトン交換層５が非線
形光学効果を失う。熱処理によりプロトン交換層５は広
がり光導波路２となるが、その状態でも最初にプロトン
交換された層の非線形性は失われたままである。そのた
め変換効率が理論にたいして１／６程度に低下してしま
うといった問題があった。
交換法により形成された光導波路を基本とした光波長変
換素子では光導波路を作製するためのプロトン交換時に
LiTaO3の結晶性が損なわれ非線形光学効果がなくなって
いた。図５に作製された光波長変換素子の断面図を示
す。最初にプロトン交換されたプロトン交換層５が非線
形光学効果を失う。熱処理によりプロトン交換層５は広
がり光導波路２となるが、その状態でも最初にプロトン
交換された層の非線形性は失われたままである。そのた
め変換効率が理論にたいして１／６程度に低下してしま
うといった問題があった。
【０００５】一方熱処理時間を例えば１時間程度に長く
すれば非線形性は回復するが作製される光導波路の厚み
が５μｍ以上になるなど閉じ込めが悪く実用上問題があ
った。
すれば非線形性は回復するが作製される光導波路の厚み
が５μｍ以上になるなど閉じ込めが悪く実用上問題があ
った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するため、光導波路の製造方法および光波長変換素
子の製造方法に新たな工夫を加えることにより高効率変
換可能な光導波路の製造方法および光波長変換素子の製
造方法を提供するものである。
解決するため、光導波路の製造方法および光波長変換素
子の製造方法に新たな工夫を加えることにより高効率変
換可能な光導波路の製造方法および光波長変換素子の製
造方法を提供するものである。
【０００７】すなわち、非線形光学結晶表面に一層以上
のプロトン交換可能な膜を堆積する工程と、前記膜にプ
ロトン交換法によりプロトン交換層を形成する工程と、
前記プロトン交換層を熱処理により拡散させ、前記結晶
中に高屈折率層を形成する工程と、を有する光導波路製
造方法である。また、非線形光学結晶中に分極反転層を
形成する工程と、前記結晶中にプロトン交換法によりプ
ロトン交換層を形成する工程と、前記プロトン交換層を
熱処理し、高屈折率層を形成する工程と、前記高屈折率
層の表面を除去する工程と、を有する光波長変換素子の
製造方法である。
のプロトン交換可能な膜を堆積する工程と、前記膜にプ
ロトン交換法によりプロトン交換層を形成する工程と、
前記プロトン交換層を熱処理により拡散させ、前記結晶
中に高屈折率層を形成する工程と、を有する光導波路製
造方法である。また、非線形光学結晶中に分極反転層を
形成する工程と、前記結晶中にプロトン交換法によりプ
ロトン交換層を形成する工程と、前記プロトン交換層を
熱処理し、高屈折率層を形成する工程と、前記高屈折率
層の表面を除去する工程と、を有する光波長変換素子の
製造方法である。
【０００８】
【作用】本発明の光導波路の製造方法は、プロトン交換
光導波路を作製した場合に表面に形成される非線形の劣
化した層（以後、非線形劣化層とする）の形成を防止す
る方法である。すなわち、予めプロトン交換可能な膜を
基板上に堆積し、これをプロトン交換して、堆積した膜
にプロトン交換層を形成した後、これをアニール処理し
てプロトン交換層を基板に拡散させ高屈折率層を形成す
る。これによって、プロトン交換により生じる非線形劣
化層が基板に形成されるのを防止する方法である。非線
形劣化層を堆積した膜に形成することで、基板に非線形
劣化層が形成されるのを防止することが可能となる。こ
れによって、非線形性の高い光導波路の形成が可能とな
る。さらに、本発明の光波長変換素子の製造方法は、プ
ロトン交換によりプロトン交換層を形成した後、熱処理
により高屈折率層を形成する。その後、高屈折率層の表
面近傍に形成される結晶性が劣化した層（非線形劣化
層）を除去することにより、高い非線形性性を有する光
導波路の作製を可能にする。このようにして製造される
光波長変換素子は変換効率が大幅に向上する。
光導波路を作製した場合に表面に形成される非線形の劣
化した層（以後、非線形劣化層とする）の形成を防止す
る方法である。すなわち、予めプロトン交換可能な膜を
基板上に堆積し、これをプロトン交換して、堆積した膜
にプロトン交換層を形成した後、これをアニール処理し
てプロトン交換層を基板に拡散させ高屈折率層を形成す
る。これによって、プロトン交換により生じる非線形劣
化層が基板に形成されるのを防止する方法である。非線
形劣化層を堆積した膜に形成することで、基板に非線形
劣化層が形成されるのを防止することが可能となる。こ
れによって、非線形性の高い光導波路の形成が可能とな
る。さらに、本発明の光波長変換素子の製造方法は、プ
ロトン交換によりプロトン交換層を形成した後、熱処理
により高屈折率層を形成する。その後、高屈折率層の表
面近傍に形成される結晶性が劣化した層（非線形劣化
層）を除去することにより、高い非線形性性を有する光
導波路の作製を可能にする。このようにして製造される
光波長変換素子は変換効率が大幅に向上する。
【０００９】
【実施例】実施例の一つとして本発明の光導波路の製造
方法について図を用いて説明を行う。図１に本発明の光
導波路の製造方法の工程図を示す。図１（ａ）でLiTaO3
基板１に光導波路用マスクとしてＴａ６をストライプ状
にパターニングを行いＴａ６に幅４μｍ、長さ１２ｍｍ
のスリットを形成した。次に同図（ｂ）で２６０℃、２
０分間ピロ燐酸中でLiTaO3基板１に対してプロトン交換
を行った。これにより厚み０．６μｍのプロトン交換層
５が形成された。次に同図（ｃ）でＴａマスク６を除去
した後、３８０℃で１０分間アニール処理を行った。ア
ニール処理によりロスが減少し、屈折率が０．０３程度
上昇した高屈折率層２が形成される。しかしながらプロ
トン交換された保護マスクのスリット直下の最初にプロ
トン交換された層５は結晶性が回復せず、非線形性の低
い層となって存在する。次に同図（ｄ）で、この層５を
光学研磨により除去した。用いた研磨器はムサシノ電子
社製のMA-300でダイヤモンド液を用いた研磨剤を使用
し、鏡面状の研磨が可能であり、かつ0.1μｍ以下の高
精度で研磨できる。研磨器により基板表面を０．６μｍ
除去した。高屈折率層２が光導波路２となる。光導波路
２の非線形光学定数はLiTaO3基板１と同じ２６pm/vであ
った。また、厚みは１．６μｍと薄いため閉じ込めの良
い光導波路２が形成できた。
方法について図を用いて説明を行う。図１に本発明の光
導波路の製造方法の工程図を示す。図１（ａ）でLiTaO3
基板１に光導波路用マスクとしてＴａ６をストライプ状
にパターニングを行いＴａ６に幅４μｍ、長さ１２ｍｍ
のスリットを形成した。次に同図（ｂ）で２６０℃、２
０分間ピロ燐酸中でLiTaO3基板１に対してプロトン交換
を行った。これにより厚み０．６μｍのプロトン交換層
５が形成された。次に同図（ｃ）でＴａマスク６を除去
した後、３８０℃で１０分間アニール処理を行った。ア
ニール処理によりロスが減少し、屈折率が０．０３程度
上昇した高屈折率層２が形成される。しかしながらプロ
トン交換された保護マスクのスリット直下の最初にプロ
トン交換された層５は結晶性が回復せず、非線形性の低
い層となって存在する。次に同図（ｄ）で、この層５を
光学研磨により除去した。用いた研磨器はムサシノ電子
社製のMA-300でダイヤモンド液を用いた研磨剤を使用
し、鏡面状の研磨が可能であり、かつ0.1μｍ以下の高
精度で研磨できる。研磨器により基板表面を０．６μｍ
除去した。高屈折率層２が光導波路２となる。光導波路
２の非線形光学定数はLiTaO3基板１と同じ２６pm/vであ
った。また、厚みは１．６μｍと薄いため閉じ込めの良
い光導波路２が形成できた。
【００１０】なお、本実施例では、表面層の除去に研磨
を用いたが、他に沸酸（ＨＦ）または沸硝酸（ＨＦ＋Ｈ
ＮＯ3）などによるウェットエッチングまたＣＦ4雰囲気
中でプラズマ放電により行うドライエッチングなどの方
法を用いても表面層は除去できる。
を用いたが、他に沸酸（ＨＦ）または沸硝酸（ＨＦ＋Ｈ
ＮＯ3）などによるウェットエッチングまたＣＦ4雰囲気
中でプラズマ放電により行うドライエッチングなどの方
法を用いても表面層は除去できる。
【００１１】次に第２の実施例として本発明の光波長変
換素子の製造方法について図を使って説明する。図２は
その製造工程図である。同図（ａ）でまずLiTaO3基板１
にTa６を３００Ａ堆積する。同図（ｂ）で通常のフォト
プロセスとドライエッチングを用いてＴａ６を周期状に
パターニングする。次に同図（ｃ）でＴａ６によるパタ
ーンが形成されたLiTaO3基板１に２６０℃、５０分間プ
ロトン交換を行いスリット直下に厚み０．８μｍのプロ
トン交換層を形成したする。同図（ｄ）Ｔａ６を除去し
た後、５９０℃の温度で１０分間熱処理する。熱処理の
上昇レートは１０℃／分、冷却レートは５０℃／分であ
る。これにより分極反転層３が形成される。冷却レート
が遅いと不均一反転が生じるので３０℃／分以上が望ま
しい。プロトン交換層はＬｉが減少しておりキュリー温
度が低下するため部分的に分極反転ができる。次にＨ
Ｆ：ＨＮＯ3の２：１混合液にて２分間エッチングしＴ
ａ６を除去する。同図（ｅ）では分極反転層３と非分極
反転層４との間に存在する屈折率差を低減するため、４
００℃で３時間アニール処理を行う。次に上記分極反転
層３に対してプロトン交換を用いて光導波路２を形成す
る。同図（ｆ）で光導波路用マスクとしてＴａ６をスト
ライプ状にパターニングを行い、Ｔａマスクに幅４μ
ｍ、長さ１２ｍｍのスリットを形成する。同図（ｇ）で
２６０℃、１６分間ピロ燐酸中でプロトン交換を行い、
厚み０．４５μｍのプロトン交換層５が形成される。次
に同図（ｈ）でＴａマスクを除去した後、３８０℃で１
０分間アニール処理を行った。熱処理により均一化され
ロスが減少し、導波路深さは２．４μｍまで増加し、導
波路表面には、最初にプロトン交換された層が結晶性劣
化層として０．４５μｍ残る。これを、研磨により基板
表面を０．４μｍ除去すると深さ２．０μｍの光導波路
２が形成される。
換素子の製造方法について図を使って説明する。図２は
その製造工程図である。同図（ａ）でまずLiTaO3基板１
にTa６を３００Ａ堆積する。同図（ｂ）で通常のフォト
プロセスとドライエッチングを用いてＴａ６を周期状に
パターニングする。次に同図（ｃ）でＴａ６によるパタ
ーンが形成されたLiTaO3基板１に２６０℃、５０分間プ
ロトン交換を行いスリット直下に厚み０．８μｍのプロ
トン交換層を形成したする。同図（ｄ）Ｔａ６を除去し
た後、５９０℃の温度で１０分間熱処理する。熱処理の
上昇レートは１０℃／分、冷却レートは５０℃／分であ
る。これにより分極反転層３が形成される。冷却レート
が遅いと不均一反転が生じるので３０℃／分以上が望ま
しい。プロトン交換層はＬｉが減少しておりキュリー温
度が低下するため部分的に分極反転ができる。次にＨ
Ｆ：ＨＮＯ3の２：１混合液にて２分間エッチングしＴ
ａ６を除去する。同図（ｅ）では分極反転層３と非分極
反転層４との間に存在する屈折率差を低減するため、４
００℃で３時間アニール処理を行う。次に上記分極反転
層３に対してプロトン交換を用いて光導波路２を形成す
る。同図（ｆ）で光導波路用マスクとしてＴａ６をスト
ライプ状にパターニングを行い、Ｔａマスクに幅４μ
ｍ、長さ１２ｍｍのスリットを形成する。同図（ｇ）で
２６０℃、１６分間ピロ燐酸中でプロトン交換を行い、
厚み０．４５μｍのプロトン交換層５が形成される。次
に同図（ｈ）でＴａマスクを除去した後、３８０℃で１
０分間アニール処理を行った。熱処理により均一化され
ロスが減少し、導波路深さは２．４μｍまで増加し、導
波路表面には、最初にプロトン交換された層が結晶性劣
化層として０．４５μｍ残る。これを、研磨により基板
表面を０．４μｍ除去すると深さ２．０μｍの光導波路
２が形成される。
【００１２】上記のような工程により非線形性の大きな
光導波路２が製造された。非線形光学定数はLiTaO3基板
１と同程度である。この光導波路２の厚みｄは２．０μ
ｍであり分極反転層３の厚み２．０μｍ程度に対しほば
等しい。分極反転層３の周期は１０．８μｍであり波長
０．８４μｍに対して動作する。また、この光導波路２
の非分極反転層４と分極反転層３の屈折率変化はなく、
光が導波する場合の伝搬損失は小さい。光導波路２に垂
直な面を光学研磨し入射部および出射部を形成した。こ
のようにして光波長変換素子が製造できる。また、この
素子の長さは９ｍｍである。基本波Ｐ１として半導体レ
ーザ光（波長０．８４μｍ）を入射部より導波させたと
ころシングルモード伝搬し、波長０．４２μｍの高調波
Ｐ２が出射部より基板外部に取り出された。光導波路２
の伝搬損失は１dB/cmと小さく高調波Ｐ２が有効に取り
出された。低損失化の原因の１つとして燐酸により均一
な光導波路が形成されたことがある。基本波４０ｍＷの
入力で１ｍＷの高調波（波長０．４２μｍ）を得た。こ
の場合の変換効率は２．５％であり従来のものにくらべ
て５倍の高効率化が図られている。
光導波路２が製造された。非線形光学定数はLiTaO3基板
１と同程度である。この光導波路２の厚みｄは２．０μ
ｍであり分極反転層３の厚み２．０μｍ程度に対しほば
等しい。分極反転層３の周期は１０．８μｍであり波長
０．８４μｍに対して動作する。また、この光導波路２
の非分極反転層４と分極反転層３の屈折率変化はなく、
光が導波する場合の伝搬損失は小さい。光導波路２に垂
直な面を光学研磨し入射部および出射部を形成した。こ
のようにして光波長変換素子が製造できる。また、この
素子の長さは９ｍｍである。基本波Ｐ１として半導体レ
ーザ光（波長０．８４μｍ）を入射部より導波させたと
ころシングルモード伝搬し、波長０．４２μｍの高調波
Ｐ２が出射部より基板外部に取り出された。光導波路２
の伝搬損失は１dB/cmと小さく高調波Ｐ２が有効に取り
出された。低損失化の原因の１つとして燐酸により均一
な光導波路が形成されたことがある。基本波４０ｍＷの
入力で１ｍＷの高調波（波長０．４２μｍ）を得た。こ
の場合の変換効率は２．５％であり従来のものにくらべ
て５倍の高効率化が図られている。
【００１３】次に本発明の光導波路の製造方法を用いた
第３の実施例について説明する。光導波路の作製方法は
第１の実施例と同様である。光導波路を形成した後、ス
パッタリング法により導波路表面にTa2O5を３０００Ａ
堆積する。作製した光導波路深さは１．６μｍとなり、
表面のTa2O5を堆積しない場合とほぼ同じである。さら
にこの導波路を用いて、実施例２に示した波長変換素子
の作製を行った後、基板表面にTa2O5を３０００Ａ堆積
し、波長変換素子を作製した。作製した波長変換素子に
おいて光導波路のロスが０．８ｄＢ／ｃｍになった。こ
れは、基板の表面層を除去することにより発生した基板
表面散乱による導波ロスが、表面に高屈折率層を堆積す
ることにより、低減したためである。その結果、基本波
４０ｍＷの入力で１．２ｍＷの高調波（波長０．４２μ
ｍ）を得た。この場合の変換効率は６％であり従来のも
のにくらべて６倍の高効率化が図られている。
第３の実施例について説明する。光導波路の作製方法は
第１の実施例と同様である。光導波路を形成した後、ス
パッタリング法により導波路表面にTa2O5を３０００Ａ
堆積する。作製した光導波路深さは１．６μｍとなり、
表面のTa2O5を堆積しない場合とほぼ同じである。さら
にこの導波路を用いて、実施例２に示した波長変換素子
の作製を行った後、基板表面にTa2O5を３０００Ａ堆積
し、波長変換素子を作製した。作製した波長変換素子に
おいて光導波路のロスが０．８ｄＢ／ｃｍになった。こ
れは、基板の表面層を除去することにより発生した基板
表面散乱による導波ロスが、表面に高屈折率層を堆積す
ることにより、低減したためである。その結果、基本波
４０ｍＷの入力で１．２ｍＷの高調波（波長０．４２μ
ｍ）を得た。この場合の変換効率は６％であり従来のも
のにくらべて６倍の高効率化が図られている。
【００１４】次に本発明の光導波路の製造方法を用いた
第４の実施例について説明する。図３に本発明の光導波
路の製造方法の工程図を示す。同図（ａ）でLiTaO3基板
１にスパッタリング法によりLiNbO3２１を５０００Ａ堆
積する。同図（ｂ）光導波路用マスクとしてＴａ６をス
トライプ状にパターニングを行いＴａ６に幅４μｍ、長
さ１２ｍｍのスリットを形成した。次に同図（ｃ）で２
３０℃、６分間ピロ燐酸中でLiTaO3基板１に対してプロ
トン交換を行った。これにより厚み０．４μｍのプロト
ン交換層２２がLiNbO3中に形成された。次に同図（ｄ）
で赤外線加熱装置を用いて４６０℃で１分間熱処理を行
った。昇温レートは１０℃／秒である。昇温レートが遅
いと高屈折率層は広がってしまうため１００℃／分以上
が望ましい。アニール処理によりLiTaO3中に低ロスで、
屈折率が０．０３程度上昇した高屈折率層２が形成され
る。しかも、LiTaO3中に直接プロトン交換を施さないた
め、LiTaO3中に結晶性の劣化した層は形成されなかっ
た。（ｅ）ＨＦ：ＨＮＯ3の２：１混合液にて１０分間
エッチングしＴａ６とLiNbO3１０を除去する。また、厚
みは１．６μｍと薄いため閉じ込めの良い光導波路２が
形成できた。光導波路２の非線形光学定数はLiTaO3基板
１と同じ２６pm/vであった。また、厚みは１．６μｍと
薄いため閉じ込めの良い光導波路２が形成でき、かつ導
波ロスも０．４dB/cmと非常に低ロスの光導波路が形成
できた。さらに、この導波路を用いて、実施例２に示し
た波長変換素子の作製を行った。実施例２に示した方法
で分極反転層を形成し、その中に本実施例の光導波路を
形成した。作製した波長変換素子において光導波路の深
さは１．６μｍになり、形成した分極反転層の深さ２．
４μｍ（表面除去を行わないため深い分極反転層が得ら
れる）に対し、十分小さな値になり、光導波路と分極反
転層の重なりが大きくなった。さらに、導波ロスは０．
６dB/cmと非常に小さくなり、その結果、基本波４０ｍ
Ｗの入力で１．４ｍＷの高調波（波長０．４２μｍ）を
得た。この場合の変換効率は３．５％であり従来のもの
にくらべて７倍の高効率化が図られている。
第４の実施例について説明する。図３に本発明の光導波
路の製造方法の工程図を示す。同図（ａ）でLiTaO3基板
１にスパッタリング法によりLiNbO3２１を５０００Ａ堆
積する。同図（ｂ）光導波路用マスクとしてＴａ６をス
トライプ状にパターニングを行いＴａ６に幅４μｍ、長
さ１２ｍｍのスリットを形成した。次に同図（ｃ）で２
３０℃、６分間ピロ燐酸中でLiTaO3基板１に対してプロ
トン交換を行った。これにより厚み０．４μｍのプロト
ン交換層２２がLiNbO3中に形成された。次に同図（ｄ）
で赤外線加熱装置を用いて４６０℃で１分間熱処理を行
った。昇温レートは１０℃／秒である。昇温レートが遅
いと高屈折率層は広がってしまうため１００℃／分以上
が望ましい。アニール処理によりLiTaO3中に低ロスで、
屈折率が０．０３程度上昇した高屈折率層２が形成され
る。しかも、LiTaO3中に直接プロトン交換を施さないた
め、LiTaO3中に結晶性の劣化した層は形成されなかっ
た。（ｅ）ＨＦ：ＨＮＯ3の２：１混合液にて１０分間
エッチングしＴａ６とLiNbO3１０を除去する。また、厚
みは１．６μｍと薄いため閉じ込めの良い光導波路２が
形成できた。光導波路２の非線形光学定数はLiTaO3基板
１と同じ２６pm/vであった。また、厚みは１．６μｍと
薄いため閉じ込めの良い光導波路２が形成でき、かつ導
波ロスも０．４dB/cmと非常に低ロスの光導波路が形成
できた。さらに、この導波路を用いて、実施例２に示し
た波長変換素子の作製を行った。実施例２に示した方法
で分極反転層を形成し、その中に本実施例の光導波路を
形成した。作製した波長変換素子において光導波路の深
さは１．６μｍになり、形成した分極反転層の深さ２．
４μｍ（表面除去を行わないため深い分極反転層が得ら
れる）に対し、十分小さな値になり、光導波路と分極反
転層の重なりが大きくなった。さらに、導波ロスは０．
６dB/cmと非常に小さくなり、その結果、基本波４０ｍ
Ｗの入力で１．４ｍＷの高調波（波長０．４２μｍ）を
得た。この場合の変換効率は３．５％であり従来のもの
にくらべて７倍の高効率化が図られている。
【００１５】なお、本実施例では基板表面に堆積するそ
う層としてLiNbO3を用いたが、他にLiTaO3、Ta2O5、SiO
2、SiNなどプロトン化が可能な材料ならば適応可能であ
る。
う層としてLiNbO3を用いたが、他にLiTaO3、Ta2O5、SiO
2、SiNなどプロトン化が可能な材料ならば適応可能であ
る。
【００１６】次に本発明の光波長変換素子の製造方法を
用いた第５の実施例について説明する。光波長変換素子
の構成は実施例２と同様である。光導波路の作製は実施
例４の方法に従った。その厚みは１．６μｍ、幅４μ
ｍ、長さは１ｃｍである。分極反転の周期は３．６μ
ｍ、分極反転層の厚みは１．５μｍである。波長８４０
ｎｍに対してこの実施例での変換効率は１次の分極反転
周期を用いているため高く４０ｍＷ入力で１０％であ
る。光損傷はなく高調波出力は非常に安定していた。
用いた第５の実施例について説明する。光波長変換素子
の構成は実施例２と同様である。光導波路の作製は実施
例４の方法に従った。その厚みは１．６μｍ、幅４μ
ｍ、長さは１ｃｍである。分極反転の周期は３．６μ
ｍ、分極反転層の厚みは１．５μｍである。波長８４０
ｎｍに対してこの実施例での変換効率は１次の分極反転
周期を用いているため高く４０ｍＷ入力で１０％であ
る。光損傷はなく高調波出力は非常に安定していた。
【００１７】なお実施例では非線形光学結晶としてLiTa
O3を用いたがLiNbO3、KNbO3、ＫＴＰ等の強誘電体にも
適用可能である。
O3を用いたがLiNbO3、KNbO3、ＫＴＰ等の強誘電体にも
適用可能である。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように本発明に光導波路の
製造方法によれば、プロトン交換後に熱処理を行った
後、表面に残留している結晶性の劣化層を除去すること
により、大きな非線形を有する光導波路を形成すること
ができる。また、本発明の波長変換素子の製造方法によ
れば、同様に非線形性の大きな光導波路を分極反転層上
に形成することができ光波長変換素子の変換効率を大幅
に向上させることができる。
製造方法によれば、プロトン交換後に熱処理を行った
後、表面に残留している結晶性の劣化層を除去すること
により、大きな非線形を有する光導波路を形成すること
ができる。また、本発明の波長変換素子の製造方法によ
れば、同様に非線形性の大きな光導波路を分極反転層上
に形成することができ光波長変換素子の変換効率を大幅
に向上させることができる。
【図１】本発明の第１の実施例の光導波路の製造方法の
工程断面図である。
工程断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例の光波長変換素子の製造
方法の工程斜視図である。
方法の工程斜視図である。
【図３】本発明の第３の実施例の光導波路の製造方法の
工程断面図である。
工程断面図である。
【図４】従来の光波長変換素子の構成斜視図である。
【図５】従来の方法により製造された光波長変換素子の
斜視図である。
斜視図である。
１ LiTaO3基板 ２ 光導波路 ３ 分極反転層 ５ プロトン交換層 Ｐ１ 基本波 Ｐ２ 高調波
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大西 繁喜 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−158505（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−153202（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−191332（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−260604（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−189524（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−143707（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/37 G02B 6/12
Claims (6)
- 【請求項１】非線形光学結晶表面に一層以上のプロトン
交換可能な膜を堆積する工程と、前記膜にプロトン交換
法によりプロトン交換層を形成する工程と、前記プロト
ン交換層を熱処理により拡散させ、前記結晶中に高屈折
率層を形成する工程とを有する光導波路製造方法。 - 【請求項２】非線形光学結晶中に分極反転層を形成する
工程と、前記結晶中にプロトン交換法によりプロトン交
換層を形成する工程と、前記プロトン交換層を熱処理
し、高屈折率層を形成する工程と、前記高屈折率層の表
面を除去する工程とを有する光波長変換素子の製造方
法。 - 【請求項３】非線形光学結晶中に分極反転層を形成する
工程と、前記非線形結晶中にプロトン交換法によりプロ
トン交換層を形成する工程と、前記プロトン交換層を熱
処理し、高屈折率層を形成する工程と、前記高屈折率層
の表面を除去する工程と、前記高屈折率層表面に一層以
上の膜を堆積する工程とを有する光波長変換素子の製造
方法。 - 【請求項４】非線形光学結晶中に分極反転層を形成する
工程と、非線形光学結晶表面に一層以上のプロトン交換
可能な膜を堆積する工程と、前記膜にプロトン交換法に
よりプロトン交換層を形成する工程と、前記プロトン交
換層を熱処理により拡散させ、前記結晶中に高屈折率層
を形成する工程とを有する波長変換素子の製造方法。 - 【請求項５】非線形光学結晶がＬｉＮｂxＴａ1-xＯ
3（０≦Ｘ≦１）基板であることを特徴とする請求項１
記載の光導波路の製造方法。 - 【請求項６】非線形光学結晶がＬｉＮｂ x Ｔａ 1-x Ｏ
3 （０≦Ｘ≦１）基板であることを特徴とする請求項
２、３、４のいずれかに記載の光波長変換素子の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4018642A JP2962024B2 (ja) | 1992-02-04 | 1992-02-04 | 光導波路の製造方法および光波長変換素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4018642A JP2962024B2 (ja) | 1992-02-04 | 1992-02-04 | 光導波路の製造方法および光波長変換素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05216082A JPH05216082A (ja) | 1993-08-27 |
| JP2962024B2 true JP2962024B2 (ja) | 1999-10-12 |
Family
ID=11977260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4018642A Expired - Fee Related JP2962024B2 (ja) | 1992-02-04 | 1992-02-04 | 光導波路の製造方法および光波長変換素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2962024B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5985356A (en) * | 1994-10-18 | 1999-11-16 | The Regents Of The University Of California | Combinatorial synthesis of novel materials |
| KR100283829B1 (ko) * | 1995-06-02 | 2001-03-02 | 모리시타 요이찌 | 광소자, 레이저 광원 및 레이저 장치와 광소자의 제조방법 |
-
1992
- 1992-02-04 JP JP4018642A patent/JP2962024B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05216082A (ja) | 1993-08-27 |
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|---|---|---|---|
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