JP3222282B2 - 強誘電体のドメイン反転構造形成方法および装置 - Google Patents
強誘電体のドメイン反転構造形成方法および装置Info
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- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL 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
- G02F1/00—Devices 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
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/355—Non-linear optics characterised by the materials used
- G02F1/3558—Poled materials, e.g. with periodic poling; Fabrication of domain inverted structures, e.g. for quasi-phase-matching [QPM]
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基本波を第２高調波に
変換する光波長変換素子、特に詳細には周期ドメイン反
転構造を有する光波長変換素子を作成するために、非線
形光学効果を有する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、およびその方法を実施する装
置に関するものである。
変換する光波長変換素子、特に詳細には周期ドメイン反
転構造を有する光波長変換素子を作成するために、非線
形光学効果を有する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、およびその方法を実施する装
置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。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、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。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
する方法の１つとして、本出願人による特願平5-21152
号明細書に示されるように、単分極化された非線形光学
効果を有する強誘電体の一表面に所定パターンの電極を
形成した後、これらの電極と、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をコロナ帯
電させてそこに電場を印加し、該強誘電体の上記電極に
対向する部分を局部的なドメイン反転部とする方法が知
られている。
する方法の１つとして、本出願人による特願平5-21152
号明細書に示されるように、単分極化された非線形光学
効果を有する強誘電体の一表面に所定パターンの電極を
形成した後、これらの電極と、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をコロナ帯
電させてそこに電場を印加し、該強誘電体の上記電極に
対向する部分を局部的なドメイン反転部とする方法が知
られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このコロナ帯電を利用
する強誘電体のドメイン反転構造形成方法は、強誘電体
に電子線ビームを所定パターンに照射する方法等に比べ
れば生産性に優れているが、その半面、ドメイン反転部
の深さ方向の均一性、再現性が得難いという問題が認め
られている。
する強誘電体のドメイン反転構造形成方法は、強誘電体
に電子線ビームを所定パターンに照射する方法等に比べ
れば生産性に優れているが、その半面、ドメイン反転部
の深さ方向の均一性、再現性が得難いという問題が認め
られている。
【０００５】ドメイン反転部の深さ方向の均一性、再現
性を改善するために、例えば前記特願平5-21152 号明細
書にも示されているように、強誘電体を真空下に置いて
電場印加することが既に提案されている。しかし、従来
この方法は、強誘電体の相対向する２表面に形成した電
極を介して直接電場印加する場合に適用されるのみで、
コロナ帯電を利用して電場印加する場合には適用されて
いなかった。つまり、真空状態下でコロナ帯電させるこ
とは不可能であるので、真空下での電場印加をコロナ帯
電によるドメイン反転構造形成方法に適用することは原
理的に不可能であると考えられてきた。
性を改善するために、例えば前記特願平5-21152 号明細
書にも示されているように、強誘電体を真空下に置いて
電場印加することが既に提案されている。しかし、従来
この方法は、強誘電体の相対向する２表面に形成した電
極を介して直接電場印加する場合に適用されるのみで、
コロナ帯電を利用して電場印加する場合には適用されて
いなかった。つまり、真空状態下でコロナ帯電させるこ
とは不可能であるので、真空下での電場印加をコロナ帯
電によるドメイン反転構造形成方法に適用することは原
理的に不可能であると考えられてきた。
【０００６】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、所定周期のドメイン反転構造を、深さ方向に均
一に、また再現性良く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。
であり、所定周期のドメイン反転構造を、深さ方向に均
一に、また再現性良く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。
【０００７】また本発明は、上記の方法を実施する装置
を提供することを目的とするものである。
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】本発明による第１の強誘
電体のドメイン反転構造形成方法は、先に述べたよう
に、単分極化された非線形光学効果を有する強誘電体の
一表面に所定パターンの電極を形成した後、これらの電
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をコロナ帯電させてそこに電場を印
加し、該強誘電体の上記電極に対向する部分を局部的な
ドメイン反転部とする強誘電体のドメイン反転構造形成
方法において、上記電極が形成された強誘電体の一表面
側を真空状態に保つ一方、この一表面と反対の表面側は
真空状態としないで電場を印加することを特徴とするも
のである。
電体のドメイン反転構造形成方法は、先に述べたよう
に、単分極化された非線形光学効果を有する強誘電体の
一表面に所定パターンの電極を形成した後、これらの電
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をコロナ帯電させてそこに電場を印
加し、該強誘電体の上記電極に対向する部分を局部的な
ドメイン反転部とする強誘電体のドメイン反転構造形成
方法において、上記電極が形成された強誘電体の一表面
側を真空状態に保つ一方、この一表面と反対の表面側は
真空状態としないで電場を印加することを特徴とするも
のである。
【０００９】また本発明による第２の強誘電体のドメイ
ン反転構造形成方法は、上記第１の方法と同様に、単分
極化された非線形光学効果を有する強誘電体の一表面に
所定パターンの電極を形成した後、これらの電極と、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
り強誘電体をコロナ帯電させてそこに電場を印加し、該
強誘電体の上記電極に対向する部分を局部的なドメイン
反転部とする強誘電体のドメイン反転構造形成方法にお
いて、上記電極が形成された強誘電体の一表面側を絶縁
性流体に接する状態に保つ一方、この一表面と反対の表
面側は絶縁性流体に接する状態としないで電場を印加す
ることを特徴とするものである。
ン反転構造形成方法は、上記第１の方法と同様に、単分
極化された非線形光学効果を有する強誘電体の一表面に
所定パターンの電極を形成した後、これらの電極と、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
り強誘電体をコロナ帯電させてそこに電場を印加し、該
強誘電体の上記電極に対向する部分を局部的なドメイン
反転部とする強誘電体のドメイン反転構造形成方法にお
いて、上記電極が形成された強誘電体の一表面側を絶縁
性流体に接する状態に保つ一方、この一表面と反対の表
面側は絶縁性流体に接する状態としないで電場を印加す
ることを特徴とするものである。
【００１０】一方、上記第１の方法を実施する本発明に
よる第１の強誘電体のドメイン反転構造形成装置は、単
分極化された非線形光学効果を有する強誘電体の一表面
に形成された所定パターンの電極と、上記一表面と反対
の表面側に配されたコロナワイヤーと、これらの電極と
コロナワイヤーとを介して強誘電体に電圧を印加し、該
強誘電体をコロナ帯電させる電源と、上記電極が形成さ
れた強誘電体の一表面の周囲に気密に接し、この表面を
１つの周壁とする閉空間を画成する手段と、この閉空間
内を真空状態に保つ空気吸引手段とを備えたことを特徴
とするものである。
よる第１の強誘電体のドメイン反転構造形成装置は、単
分極化された非線形光学効果を有する強誘電体の一表面
に形成された所定パターンの電極と、上記一表面と反対
の表面側に配されたコロナワイヤーと、これらの電極と
コロナワイヤーとを介して強誘電体に電圧を印加し、該
強誘電体をコロナ帯電させる電源と、上記電極が形成さ
れた強誘電体の一表面の周囲に気密に接し、この表面を
１つの周壁とする閉空間を画成する手段と、この閉空間
内を真空状態に保つ空気吸引手段とを備えたことを特徴
とするものである。
【００１１】また、上記第２の方法を実施する本発明に
よる第２の強誘電体のドメイン反転構造形成装置は、単
分極化された非線形光学効果を有する強誘電体の一表面
に形成された所定パターンの電極と、上記一表面と反対
の表面側に配されたコロナワイヤーと、これらの電極と
コロナワイヤーとを介して強誘電体に電圧を印加し、該
強誘電体をコロナ帯電させる電源と、上記電極が形成さ
れた強誘電体の一表面の周囲に気密に接し、この表面を
１つの周壁とする閉空間を画成する手段と、この閉空間
内に充填された絶縁性流体とを備えたことを特徴とする
ものである。
よる第２の強誘電体のドメイン反転構造形成装置は、単
分極化された非線形光学効果を有する強誘電体の一表面
に形成された所定パターンの電極と、上記一表面と反対
の表面側に配されたコロナワイヤーと、これらの電極と
コロナワイヤーとを介して強誘電体に電圧を印加し、該
強誘電体をコロナ帯電させる電源と、上記電極が形成さ
れた強誘電体の一表面の周囲に気密に接し、この表面を
１つの周壁とする閉空間を画成する手段と、この閉空間
内に充填された絶縁性流体とを備えたことを特徴とする
ものである。
【００１２】
【作用および発明の効果】本発明者等の研究によると、
ドメイン反転部の深さ方向の均一性、再現性が悪くなる
原因の一つは、電場を印加する際に強誘電体の表面抵抗
が、大気雰囲気中の湿度等の影響で低下しかつ不均一に
なってしまうことにある。
ドメイン反転部の深さ方向の均一性、再現性が悪くなる
原因の一つは、電場を印加する際に強誘電体の表面抵抗
が、大気雰囲気中の湿度等の影響で低下しかつ不均一に
なってしまうことにある。
【００１３】そこで本発明の第１の方法のように、電場
印加の際にドメイン反転部が伸び始める、電極が形成さ
れた方の強誘電体表面側を真空状態に保っておくと、強
誘電体の表面抵抗が雰囲気中の湿度等のために低下し、
あるいは不均一になって、電極間の絶縁性が悪化するこ
とが防止され、深さが均一で、また面内形状も均一な所
定周期のドメイン反転構造を再現性良く形成できるよう
になる。
印加の際にドメイン反転部が伸び始める、電極が形成さ
れた方の強誘電体表面側を真空状態に保っておくと、強
誘電体の表面抵抗が雰囲気中の湿度等のために低下し、
あるいは不均一になって、電極間の絶縁性が悪化するこ
とが防止され、深さが均一で、また面内形状も均一な所
定周期のドメイン反転構造を再現性良く形成できるよう
になる。
【００１４】また本発明の第２の方法は、上記電極が形
成された方の強誘電体表面側を真空状態に保つ代わり
に、この電極が形成された方の強誘電体表面側を絶縁性
流体に接する状態に保つものであるから、この場合も強
誘電体の表面抵抗および電極間の絶縁性については第１
の方法におけるのと同様のことが言え、深さが均一で、
また面内形状も均一な所定周期のドメイン反転構造を再
現性良く形成できるようになる。
成された方の強誘電体表面側を真空状態に保つ代わり
に、この電極が形成された方の強誘電体表面側を絶縁性
流体に接する状態に保つものであるから、この場合も強
誘電体の表面抵抗および電極間の絶縁性については第１
の方法におけるのと同様のことが言え、深さが均一で、
また面内形状も均一な所定周期のドメイン反転構造を再
現性良く形成できるようになる。
【００１５】本発明の方法においては、上記の通り、電
極が形成された方の強誘電体表面側が真空状態、あるい
は絶縁性流体に接する状態に保たれるが、この表面と反
対の表面側、つまりコロナワイヤーが配置される方の表
面側は真空状態、あるいは絶縁性流体に接する状態とさ
れないので、このコロナワイヤーを利用して、通常通り
強誘電体をコロナ帯電させることが可能である。
極が形成された方の強誘電体表面側が真空状態、あるい
は絶縁性流体に接する状態に保たれるが、この表面と反
対の表面側、つまりコロナワイヤーが配置される方の表
面側は真空状態、あるいは絶縁性流体に接する状態とさ
れないので、このコロナワイヤーを利用して、通常通り
強誘電体をコロナ帯電させることが可能である。
【００１６】そして、前述の通りの閉空間を画成する手
段と、この閉空間内を真空状態に保つ空気吸引手段とを
備えた本発明の第１のドメイン反転構造形成装置によれ
ば、電極が形成された方の強誘電体表面側のみを真空状
態に保つことも容易であり、よって上記第１の方法を簡
便に実施可能となる。
段と、この閉空間内を真空状態に保つ空気吸引手段とを
備えた本発明の第１のドメイン反転構造形成装置によれ
ば、電極が形成された方の強誘電体表面側のみを真空状
態に保つことも容易であり、よって上記第１の方法を簡
便に実施可能となる。
【００１７】また、上記の閉空間を画成する手段と、こ
の閉空間内に充填された絶縁性流体とを備えた本発明の
第２のドメイン反転構造形成装置によれば、電極が形成
された方の強誘電体表面側のみを絶縁性流体に接触させ
ることも容易であり、よって上記上記第２の方法を簡便
に実施可能となる。
の閉空間内に充填された絶縁性流体とを備えた本発明の
第２のドメイン反転構造形成装置によれば、電極が形成
された方の強誘電体表面側のみを絶縁性流体に接触させ
ることも容易であり、よって上記上記第２の方法を簡便
に実施可能となる。
【００１８】
【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。図１は、本発明の第１実施例により強
誘電体にドメイン反転構造を形成する様子を示してい
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ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3の基板である。この基板１
は単分極化処理がなされて厚さ0.5 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面で光学研磨されている。この基板１の＋ｚ面１ａ上
に金属Ｔａをスパッタして厚さ50ｎｍのＴａ薄膜を形成
した後、フォトリソグラフィーとドライエッチングによ
り、同図（ａ）に示されるようなＴａマスクからなる周
期電極パターン２を形成する。
詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施例により強
誘電体にドメイン反転構造を形成する様子を示してい
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ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3の基板である。この基板１
は単分極化処理がなされて厚さ0.5 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面で光学研磨されている。この基板１の＋ｚ面１ａ上
に金属Ｔａをスパッタして厚さ50ｎｍのＴａ薄膜を形成
した後、フォトリソグラフィーとドライエッチングによ
り、同図（ａ）に示されるようなＴａマスクからなる周
期電極パターン２を形成する。
【００１９】次に、この基板１の＋ｚ面１ａの周囲部分
に（直接的にはその部分にある電極パターン２に）、図
中上端が例えば四角形に開口した容器３の周壁３ａを密
接させる。このとき、＋ｚ面１ａの周囲部分と容器周壁
３ａとの間にはＯリング４を介装し、両者の間を気密に
保つ。またこの＋ｚ面１ａは、アース５に落としてお
く。上記容器３は、真空ポンプ６に接続される細いエア
抜き管３ｂを有しており、基板１の＋ｚ面１ａにこの容
器３があてがわれることにより、該＋ｚ面１ａを１つの
周壁とする閉空間７が画成される。その後真空ポンプ６
が駆動され、この閉空間７は真空状態に保たれる。な
お、このときの真空度は例えば１×１０-5Ｔorr 以下と
される。
に（直接的にはその部分にある電極パターン２に）、図
中上端が例えば四角形に開口した容器３の周壁３ａを密
接させる。このとき、＋ｚ面１ａの周囲部分と容器周壁
３ａとの間にはＯリング４を介装し、両者の間を気密に
保つ。またこの＋ｚ面１ａは、アース５に落としてお
く。上記容器３は、真空ポンプ６に接続される細いエア
抜き管３ｂを有しており、基板１の＋ｚ面１ａにこの容
器３があてがわれることにより、該＋ｚ面１ａを１つの
周壁とする閉空間７が画成される。その後真空ポンプ６
が駆動され、この閉空間７は真空状態に保たれる。な
お、このときの真空度は例えば１×１０-5Ｔorr 以下と
される。
【００２０】この状態下で、基板１の−ｚ面１ｂの上方
に配したコロナワイヤー８およびそれに接続された高圧
電源９を用いて、基板１にコロナ帯電により電場を印加
した。この際、基板１の温度は室温から300 ℃の間の範
囲に設定し、コロナワイヤー８と基板１との距離は10ｍ
ｍに設定し、高圧電源９からこのコロナワイヤー８を介
して例えば−５ｋＶの電圧を30秒間印加する。
に配したコロナワイヤー８およびそれに接続された高圧
電源９を用いて、基板１にコロナ帯電により電場を印加
した。この際、基板１の温度は室温から300 ℃の間の範
囲に設定し、コロナワイヤー８と基板１との距離は10ｍ
ｍに設定し、高圧電源９からこのコロナワイヤー８を介
して例えば−５ｋＶの電圧を30秒間印加する。
【００２１】次いで基板１のｙ面を切断、研磨した後、
ＨＦ（フッ酸）とＨＮＯ3 （硝酸）とが混合されてなる
エッチング液を用いて選択エッチングを行なった。そし
てこの基板１の断面（ｙ面）を観察したところ、図１の
（ｂ）に示すように、周期電極パターン２が形成されて
いた箇所において、この電極パターン２に対応した所定
周期ですべて−ｚ面から＋ｚ面まで均一に貫通し、そし
てｙ面内形状も均一な周期ドメイン反転部10が再現性良
く形成されているのが確認された。なおこの図１（ｂ）
の矢印11は、分極の方向を示している。
ＨＦ（フッ酸）とＨＮＯ3 （硝酸）とが混合されてなる
エッチング液を用いて選択エッチングを行なった。そし
てこの基板１の断面（ｙ面）を観察したところ、図１の
（ｂ）に示すように、周期電極パターン２が形成されて
いた箇所において、この電極パターン２に対応した所定
周期ですべて−ｚ面から＋ｚ面まで均一に貫通し、そし
てｙ面内形状も均一な周期ドメイン反転部10が再現性良
く形成されているのが確認された。なおこの図１（ｂ）
の矢印11は、分極の方向を示している。
【００２２】次に、本発明方法によりドメイン反転構造
が形成された光波長変換素子について説明する。上記実
施例のようにして基板１のｘ軸方向に並ぶ周期ドメイン
反転部10を形成し、ｘ面および−ｘ面を研磨し、また無
反射コートを施してそれぞれ光通過面20ａ、20ｂとする
ことにより、図２に示すようなバルク結晶型の光波長変
換素子20が得られる。この周期ドメイン反転構造を有す
るバルク結晶型光波長変換素子20を、同図に示すレーザ
ダイオード励起ＹＡＧレーザの共振器内に配置した。こ
の場合946 ｎｍに位相整合を取るため、ＭｇＯ−ＬｉＮ
ｂＯ3 の屈折率の波長分散を考慮して、電極パターン２
の周期Λは基板１のｘ方向に4.7 μｍの１次周期とし、
結晶長は１ｍｍとした。
が形成された光波長変換素子について説明する。上記実
施例のようにして基板１のｘ軸方向に並ぶ周期ドメイン
反転部10を形成し、ｘ面および−ｘ面を研磨し、また無
反射コートを施してそれぞれ光通過面20ａ、20ｂとする
ことにより、図２に示すようなバルク結晶型の光波長変
換素子20が得られる。この周期ドメイン反転構造を有す
るバルク結晶型光波長変換素子20を、同図に示すレーザ
ダイオード励起ＹＡＧレーザの共振器内に配置した。こ
の場合946 ｎｍに位相整合を取るため、ＭｇＯ−ＬｉＮ
ｂＯ3 の屈折率の波長分散を考慮して、電極パターン２
の周期Λは基板１のｘ方向に4.7 μｍの１次周期とし、
結晶長は１ｍｍとした。
【００２３】このレーザダイオード励起ＹＡＧレーザ
は、波長809 ｎｍのポンピング光としてのレーザビーム
13を発するレーザダイオード14と、発散光状態のレーザ
ビーム13を収束させる集光レンズ15と、Ｎｄ（ネオジウ
ム）がドーピングされたレーザ媒質であって上記レーザ
ビーム13の収束位置に配されたＹＡＧ結晶16と、このＹ
ＡＧ結晶16の前方側（図中右方）に配された共振器ミラ
ー17とからなる。光波長変換素子20は、この共振器ミラ
ー17とＹＡＧ結晶16との間に配置されている。
は、波長809 ｎｍのポンピング光としてのレーザビーム
13を発するレーザダイオード14と、発散光状態のレーザ
ビーム13を収束させる集光レンズ15と、Ｎｄ（ネオジウ
ム）がドーピングされたレーザ媒質であって上記レーザ
ビーム13の収束位置に配されたＹＡＧ結晶16と、このＹ
ＡＧ結晶16の前方側（図中右方）に配された共振器ミラ
ー17とからなる。光波長変換素子20は、この共振器ミラ
ー17とＹＡＧ結晶16との間に配置されている。
【００２４】ＹＡＧ結晶16は波長809 ｎｍのレーザビー
ム13により励起されて、波長946 ｎｍのレーザビーム18
を発する。この固体レーザビーム18は、所定のコートが
施されたＹＡＧ結晶端面16ａと共振器ミラー17のミラー
面17ａとの間で共振し、光波長変換素子20に入射して波
長が１／２すなわち473 ｎｍの第２高調波19に変換され
る。基本波としての固体レーザビーム18と第２高調波19
は、周期ドメイン反転領域において位相整合（いわゆる
疑似位相整合）し、ほぼこの第２高調波19のみが共振器
ミラー17から出射する。
ム13により励起されて、波長946 ｎｍのレーザビーム18
を発する。この固体レーザビーム18は、所定のコートが
施されたＹＡＧ結晶端面16ａと共振器ミラー17のミラー
面17ａとの間で共振し、光波長変換素子20に入射して波
長が１／２すなわち473 ｎｍの第２高調波19に変換され
る。基本波としての固体レーザビーム18と第２高調波19
は、周期ドメイン反転領域において位相整合（いわゆる
疑似位相整合）し、ほぼこの第２高調波19のみが共振器
ミラー17から出射する。
【００２５】本例においては、レーザダイオード14の出
力が200 ｍＷのとき、10ｍＷの出力の第２高調波19が得
られた。そして、周期ドメイン反転部10は面内、深さ方
向とも均一形状であるため、光波長変換素子20の光通過
部分をどこに設定しても上記の高出力が得られるものと
なった。それに対して、基板１の＋ｚ面１ａを真空状態
下に置かないで、それ以外は上記実施例と同様にしてド
メイン反転構造を形成したバルク結晶型光波長変換素子
を用いた場合は、そのドメイン反転部の形状が不均一で
あるため光波長変換素子の光通過部分をどこに設定する
かで光波長変換効率が大きく変化する上、レーザダイオ
ード14の出力を上記と同じとしたときの第２高調波出力
は最大でも３ｍＷと低かった。
力が200 ｍＷのとき、10ｍＷの出力の第２高調波19が得
られた。そして、周期ドメイン反転部10は面内、深さ方
向とも均一形状であるため、光波長変換素子20の光通過
部分をどこに設定しても上記の高出力が得られるものと
なった。それに対して、基板１の＋ｚ面１ａを真空状態
下に置かないで、それ以外は上記実施例と同様にしてド
メイン反転構造を形成したバルク結晶型光波長変換素子
を用いた場合は、そのドメイン反転部の形状が不均一で
あるため光波長変換素子の光通過部分をどこに設定する
かで光波長変換効率が大きく変化する上、レーザダイオ
ード14の出力を上記と同じとしたときの第２高調波出力
は最大でも３ｍＷと低かった。
【００２６】以上のように高い波長変換効率が得られた
ことからも、本発明によれば、ドメイン反転部を深さ方
向および面内で均一に形成可能であることが裏付けられ
ている。
ことからも、本発明によれば、ドメイン反転部を深さ方
向および面内で均一に形成可能であることが裏付けられ
ている。
【００２７】次に図３を参照して、本発明の第２実施例
について説明する。なおこの図３において、図１中の要
素と同等の要素には同番号を付し、それらについての重
複した説明は省略する。
について説明する。なおこの図３において、図１中の要
素と同等の要素には同番号を付し、それらについての重
複した説明は省略する。
【００２８】この第２実施例においては、第１実施例で
用いられた容器３の周壁３ａと同様の周壁30ａを有する
容器30が、基板１の＋ｚ面１ａ側に取り付けられる。こ
の容器30は、図示しない保持具により基板１と一体化さ
れる。そして容器30の中には、絶縁オイル31が充填され
る。なおこの絶縁オイル31としては、公知のアルキルベ
ンゼン、ボリブデン、塩素化合成オイル、シリコーンオ
イル、フッ素オイル等の合成絶縁オイルや、あるいは鉱
油系絶縁オイルを適宜用いることができる。容器30と基
板１とを一体化する作業は、上記絶縁オイル31を貯えた
槽内にこれら両者を浸漬した状態で行なわれる。それに
より、容器30内には気泡が残ることなく絶縁オイル31が
完全に充填され、基板１の電極パターン２が形成された
＋ｚ面１ａは全面的にこの絶縁オイル31で覆われるよう
になる。
用いられた容器３の周壁３ａと同様の周壁30ａを有する
容器30が、基板１の＋ｚ面１ａ側に取り付けられる。こ
の容器30は、図示しない保持具により基板１と一体化さ
れる。そして容器30の中には、絶縁オイル31が充填され
る。なおこの絶縁オイル31としては、公知のアルキルベ
ンゼン、ボリブデン、塩素化合成オイル、シリコーンオ
イル、フッ素オイル等の合成絶縁オイルや、あるいは鉱
油系絶縁オイルを適宜用いることができる。容器30と基
板１とを一体化する作業は、上記絶縁オイル31を貯えた
槽内にこれら両者を浸漬した状態で行なわれる。それに
より、容器30内には気泡が残ることなく絶縁オイル31が
完全に充填され、基板１の電極パターン２が形成された
＋ｚ面１ａは全面的にこの絶縁オイル31で覆われるよう
になる。
【００２９】この状態下で、第１実施例と同様にして、
基板１にコロナ帯電による電場印加がなされる。この
際、電極パターン２が形成された基板１の＋ｚ面１ａが
絶縁オイル31で覆われているため、この＋ｚ面１ａの表
面抵抗が雰囲気中の湿度等のために低下し、あるいは不
均一になって、電極間の絶縁性が悪化することが防止さ
れる。そこでこの実施例においても、深さが均一で、ま
た面内形状も均一な所定周期のドメイン反転構造を再現
性良く形成できるようになる。
基板１にコロナ帯電による電場印加がなされる。この
際、電極パターン２が形成された基板１の＋ｚ面１ａが
絶縁オイル31で覆われているため、この＋ｚ面１ａの表
面抵抗が雰囲気中の湿度等のために低下し、あるいは不
均一になって、電極間の絶縁性が悪化することが防止さ
れる。そこでこの実施例においても、深さが均一で、ま
た面内形状も均一な所定周期のドメイン反転構造を再現
性良く形成できるようになる。
【００３０】なお上述した絶縁オイル31に代えて、その
他の絶縁性液体、さらには絶縁性ガスを用いても、同様
の作用効果を得ることができる。この絶縁性ガスとして
は、電子を付着して負イオンになりやすいいわゆる負性
気体、より詳しくは、分子中にハロゲン元素を含む吸着
しやすい気体が好適に利用可能であり、具体的にはフッ
化炭素系ガス（ＣＣｌ2 Ｆ3 等のフロン類）、ＳＦ6 等
が挙げられる。
他の絶縁性液体、さらには絶縁性ガスを用いても、同様
の作用効果を得ることができる。この絶縁性ガスとして
は、電子を付着して負イオンになりやすいいわゆる負性
気体、より詳しくは、分子中にハロゲン元素を含む吸着
しやすい気体が好適に利用可能であり、具体的にはフッ
化炭素系ガス（ＣＣｌ2 Ｆ3 等のフロン類）、ＳＦ6 等
が挙げられる。
【００３１】また、本発明によりドメイン反転構造が形
成された強誘電体は、適当な研磨、コートを施してリン
グ共振器の要素とすることにより、外部共振器型レーザ
の光波長変換素子として適用することもできる。そのよ
うにする場合も、レーザダイオード励起固体レーザに適
用する場合と同様の作用、効果を得ることができる。ま
た、本発明によりドメイン反転構造が形成された強誘電
体から、導波路型の光波長変換素子を形成することも勿
論可能である。
成された強誘電体は、適当な研磨、コートを施してリン
グ共振器の要素とすることにより、外部共振器型レーザ
の光波長変換素子として適用することもできる。そのよ
うにする場合も、レーザダイオード励起固体レーザに適
用する場合と同様の作用、効果を得ることができる。ま
た、本発明によりドメイン反転構造が形成された強誘電
体から、導波路型の光波長変換素子を形成することも勿
論可能である。
【図１】本発明の第１実施例の方法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
反転構造を形成する様子を示す概略図
【図２】本発明の方法により作成された周期ドメイン反
転構造を有するバルク結晶型光波長変換素子の使用状態
を示す概略側面図
転構造を有するバルク結晶型光波長変換素子の使用状態
を示す概略側面図
【図３】本発明の第２実施例の方法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
反転構造を形成する様子を示す概略図
１ ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 単分極化基板（ｚ板） １ａ ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 単分極化基板の＋ｚ面 １ｂ ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 単分極化基板の−ｚ面 ２ 電極パターン ３、30 閉空間画成用容器 ４ Ｏリング ５ アース ６ 真空ポンプ ７ 閉空間 ８ コロナワイヤー ９ 高圧電源 10 ドメイン反転部 13 レーザビーム（ポンピング光） 14 レーザダイオード 15 集光レンズ 16 ＹＡＧ結晶 17 共振器ミラー 18 固体レーザビーム（基本波） 19 第２高調波 20 バルク結晶型光波長変換素子 31 絶縁オイル
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−212132（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−88227（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−174547（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−194706（ＪＰ，Ａ) 1992年（平成４年）秋季第53回応用物 理学会学術講演会予稿集第３分冊ｐｐ. 969（講演番号18ａ−Ｘ−２）佐脇一平、 三浦道雄、栗村直 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/35 - 1/39 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (4)
- 【請求項１】 単分極化された非線形光学効果を有する
強誘電体の一表面に所定パターンの電極を形成した後、 これらの電極と、前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前記強誘電体をコロナ帯電させて
そこに電場を印加し、該強誘電体の前記電極に対向する
部分を局部的なドメイン反転部とする強誘電体のドメイ
ン反転構造形成方法において、 前記電極が形成された強誘電体の一表面側を真空状態に
保つ一方、この一表面と反対の表面側は真空状態としな
いで前記電場を印加する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。 - 【請求項２】 単分極化された非線形光学効果を有する
強誘電体の一表面に所定パターンの電極を形成した後、 これらの電極と、前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前記強誘電体をコロナ帯電させて
そこに電場を印加し、該強誘電体の前記電極に対向する
部分を局部的なドメイン反転部とする強誘電体のドメイ
ン反転構造形成方法において、 前記電極が形成された強誘電体の一表面側を絶縁性流体
に接する状態に保つ一方、この一表面と反対の表面側は
絶縁性流体に接する状態としないで前記電場を印加する
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。 - 【請求項３】 単分極化された非線形光学効果を有する
強誘電体の一表面に形成された所定パターンの電極と、 前記一表面と反対の表面側に配されたコロナワイヤー
と、 これらの電極とコロナワイヤーとを介して前記強誘電体
に電圧を印加し、該強誘電体をコロナ帯電させる電源
と、 前記電極が形成された強誘電体の一表面の周囲に気密に
接し、この表面を１つの周壁とする閉空間を画成する手
段と、 この閉空間内を真空状態に保つ空気吸引手段とからなる
強誘電体のドメイン反転構造形成装置。 - 【請求項４】 単分極化された非線形光学効果を有する
強誘電体の一表面に形成された所定パターンの電極と、 前記一表面と反対の表面側に配されたコロナワイヤー
と、 これらの電極とコロナワイヤーとを介して前記強誘電体
に電圧を印加し、該強誘電体をコロナ帯電させる電源
と、 前記電極が形成された強誘電体の一表面の周囲に気密に
接し、この表面を１つの周壁とする閉空間を画成する手
段と、 この閉空間内に充填された絶縁性流体とからなる強誘電
体のドメイン反転構造形成装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21855993A JP3222282B2 (ja) | 1993-09-02 | 1993-09-02 | 強誘電体のドメイン反転構造形成方法および装置 |
| US08/277,428 US5594746A (en) | 1993-09-02 | 1994-07-18 | Method and apparatus for fabricating ferroelectric domain reversals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21855993A JP3222282B2 (ja) | 1993-09-02 | 1993-09-02 | 強誘電体のドメイン反転構造形成方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0772521A JPH0772521A (ja) | 1995-03-17 |
| JP3222282B2 true JP3222282B2 (ja) | 2001-10-22 |
Family
ID=16721849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21855993A Expired - Fee Related JP3222282B2 (ja) | 1993-09-02 | 1993-09-02 | 強誘電体のドメイン反転構造形成方法および装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5594746A (ja) |
| JP (1) | JP3222282B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP4017795B2 (ja) | 1999-08-27 | 2007-12-05 | 富士フイルム株式会社 | 光波長変換素子およびその作製方法 |
| US6762874B2 (en) | 2000-11-14 | 2004-07-13 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Polarization inversion method of ferroelectrics and fabrication method of optical wavelength conversion device |
| JP3838910B2 (ja) * | 2001-12-25 | 2006-10-25 | 富士写真フイルム株式会社 | 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 |
| US6900928B2 (en) | 2002-03-19 | 2005-05-31 | Hc Photonics Corporation | Method of patterning and fabricating poled dielectric microstructures within dielectric materials |
| US6667998B1 (en) * | 2003-03-24 | 2003-12-23 | Intel Corporation | Thermoelectric cooler linearization in a tunable laser |
| US7115513B2 (en) * | 2004-09-03 | 2006-10-03 | Hc Photonics Corporation | Domain reversal control method for ferroelectric materials |
| WO2008037065A1 (en) * | 2006-09-26 | 2008-04-03 | Chang Qing Xu | Method and apparatus of forming domain inversion structures in a nonlinear ferroelectric substrate |
| US20100103088A1 (en) * | 2007-01-29 | 2010-04-29 | Toshifumi Yokoyama | Solid-state laser apparatus, display apparatus and wavelength converting element |
| CN102394467B (zh) * | 2007-07-31 | 2013-11-06 | 南京长青激光科技有限责任公司 | 宽波带光源装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3529144B2 (ja) * | 1992-03-03 | 2004-05-24 | 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 |
-
1993
- 1993-09-02 JP JP21855993A patent/JP3222282B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-07-18 US US08/277,428 patent/US5594746A/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| １９９２年（平成４年）秋季第５３回応用物理学会学術講演会予稿集第３分冊ｐｐ．９６９（講演番号１８ａ−Ｘ−２）佐脇一平、三浦道雄、栗村直 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0772521A (ja) | 1995-03-17 |
| US5594746A (en) | 1997-01-14 |
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