JP3316987B2 - 分極反転格子と光導波路の形成方法 - Google Patents
分極反転格子と光導波路の形成方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は非線形強誘電体光学材料
であるＬｉＴａＯ3やＬｉＮｂＯ3基板を用いた第２高調
波発生素子（以下ＳＨＧ素子）における分極反転格子の
形成方法に関わり、ＳＨＧ素子の高効率化に関するもの
である。
であるＬｉＴａＯ3やＬｉＮｂＯ3基板を用いた第２高調
波発生素子（以下ＳＨＧ素子）における分極反転格子の
形成方法に関わり、ＳＨＧ素子の高効率化に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】近年、小型軽量の青色光源として、波長
８３０ｎｍの半導体レーザを導波路型のＳＨＧ素子で半
分の波長４１５ｎｍの青色の光に変換することが注目さ
れている。例えば特開昭６１−１８９３４公報に記載さ
れているようにＬｉＮｂＯ3基板上にプロトン交換法
（ＬｉＮｂＯ3のＬｉイオンとプロトンを一部置換して
光導波路を形成する方法）により光導波路を形成し、上
記光導波路の一端に基本波を入射し、チェレンコフ放射
によりＳＨＧ光を発生させることが提案させている。こ
れを図２に示す。さらに最近では例えばElectronics Le
tters,25,11（１９８９年）の第７３１〜７３２頁で論
じられているように、分極反転を用いて位相整合を行う
擬位相整合による方法が試みられた。この方法では分極
の方向を周期的に＋−反転させることによって基本波と
第２高調波の位相速度を疑似的に等しくすることができ
高い変換効率が実現できることがPhys.Rev.,129,1918(1
962)で提案されていた。この方法を実現するために図３
に示すようにＬｉＮｂＯ3基板上にＴｉ拡散によって周
期格子を作製し、約１１００℃に加熱して周期格子層だ
けの分極を反転させ、その後プロトン交換法によって光
導波路を作製し、基本波を入射しＳＨＧ光を取り出し
た。また、ＬｉＴａＯ3基板４２を用いる場合には例え
ばAppl.Phys.Lett.58(24),2732(1991)で論じられている
ようにＴｉ拡散の替わりにプロトン交換法によって周期
格子を作製し、約６００℃に加熱し周期格子層だけ分極
を反転させ、さらにプロトン交換法によって光導波路を
作製する方法も試みられている。これを図４に示す。
８３０ｎｍの半導体レーザを導波路型のＳＨＧ素子で半
分の波長４１５ｎｍの青色の光に変換することが注目さ
れている。例えば特開昭６１−１８９３４公報に記載さ
れているようにＬｉＮｂＯ3基板上にプロトン交換法
（ＬｉＮｂＯ3のＬｉイオンとプロトンを一部置換して
光導波路を形成する方法）により光導波路を形成し、上
記光導波路の一端に基本波を入射し、チェレンコフ放射
によりＳＨＧ光を発生させることが提案させている。こ
れを図２に示す。さらに最近では例えばElectronics Le
tters,25,11（１９８９年）の第７３１〜７３２頁で論
じられているように、分極反転を用いて位相整合を行う
擬位相整合による方法が試みられた。この方法では分極
の方向を周期的に＋−反転させることによって基本波と
第２高調波の位相速度を疑似的に等しくすることができ
高い変換効率が実現できることがPhys.Rev.,129,1918(1
962)で提案されていた。この方法を実現するために図３
に示すようにＬｉＮｂＯ3基板上にＴｉ拡散によって周
期格子を作製し、約１１００℃に加熱して周期格子層だ
けの分極を反転させ、その後プロトン交換法によって光
導波路を作製し、基本波を入射しＳＨＧ光を取り出し
た。また、ＬｉＴａＯ3基板４２を用いる場合には例え
ばAppl.Phys.Lett.58(24),2732(1991)で論じられている
ようにＴｉ拡散の替わりにプロトン交換法によって周期
格子を作製し、約６００℃に加熱し周期格子層だけ分極
を反転させ、さらにプロトン交換法によって光導波路を
作製する方法も試みられている。これを図４に示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には、次に示すような問題点があった。図２に示
すチェレンコフ放射を用いる方法では２１に示すように
発生するＳＨＧ光のビーム形状が三日月型となり、極め
て波面収差が大きく、これを回折限界まで絞り込むこと
はほとんど不可能である。上記例に対して新しく提案さ
れた図３および図４に示す分極反転を用いて擬位相整合
を行う方法はＳＨＧ光がコリメートされた光であるた
め、チェレンコフ放射光と比較して集光が極めて容易で
あるという利点を持つ。しかし、分極反転格子の断面形
状が、Ｔｉ拡散法で形成されたものは３１に示すように
三角形であり、プロトン交換法では４１に示すように半
円形であるため、理想的な矩型断面の分極反転格子を持
つＳＨＧ素子本来の効率でＳＨＧ光を発生できていな
い。また、Ｔｉ拡散領域は強い光によって屈折率が変化
する光損傷が起きやすくなることやプロトン交換領域で
は非線形光学係数が低下して本来のＳＨＧ発生効率が得
られないことなど問題があった。また、従来の方法では
分極反転格子の作製と光導波路の作製が別々の工程で、
２回以上のフォトリソグラフィを行わなければならない
など問題があった。本発明の目的は理想的な矩型状の分
極反転格子と光導波路を１回のフォトリソグラフィで容
易に作製した高効率のＳＨＧ素子を作製することにあ
る。
来技術には、次に示すような問題点があった。図２に示
すチェレンコフ放射を用いる方法では２１に示すように
発生するＳＨＧ光のビーム形状が三日月型となり、極め
て波面収差が大きく、これを回折限界まで絞り込むこと
はほとんど不可能である。上記例に対して新しく提案さ
れた図３および図４に示す分極反転を用いて擬位相整合
を行う方法はＳＨＧ光がコリメートされた光であるた
め、チェレンコフ放射光と比較して集光が極めて容易で
あるという利点を持つ。しかし、分極反転格子の断面形
状が、Ｔｉ拡散法で形成されたものは３１に示すように
三角形であり、プロトン交換法では４１に示すように半
円形であるため、理想的な矩型断面の分極反転格子を持
つＳＨＧ素子本来の効率でＳＨＧ光を発生できていな
い。また、Ｔｉ拡散領域は強い光によって屈折率が変化
する光損傷が起きやすくなることやプロトン交換領域で
は非線形光学係数が低下して本来のＳＨＧ発生効率が得
られないことなど問題があった。また、従来の方法では
分極反転格子の作製と光導波路の作製が別々の工程で、
２回以上のフォトリソグラフィを行わなければならない
など問題があった。本発明の目的は理想的な矩型状の分
極反転格子と光導波路を１回のフォトリソグラフィで容
易に作製した高効率のＳＨＧ素子を作製することにあ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明では高効率のＳＨ
Ｇ光を発生させる素子において分極反転格子の作製と光
導波路の作製を同一金属膜マスクで行う簡単な工程で実
現することにある。従来では周期的分極反転格子は基板
状に幅に余裕を持たせて製造し、その1部が周期的に組
成変調領域な光導波路として用いられていた。しかしな
がら周期的分極反転格子の幅と組成変調領域の幅が同一
のセグメント型のあっても光導波が可能であることに着
目し、その際に最も簡便な製造工程を考察して本願に至
った。つまりこの方法を用いれば分極反転格子と光導波
路を１回のフォトリソグラフィ−だけで作製できる。さ
らに、周期的分極反転格子形成とプロトン交換処理を行
った後にパターニングされた金属膜マスクを除去し、熱
処理により基板表面のプロトン交換領域の屈折率を高く
して低損失の光導波路とすることで、容易に高効率のＳ
ＨＧ素子を実現できると考えた。つまり本発明は、Ｌｉ
ＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3またはＭｇドープされたＬｉＴａ
Ｏ3およびＬｉＮｂＯ3基板表面にセグメント型周期的パ
ターンが形成された金属膜マスクを電極およびプロトン
交換用の金属膜として設置し、前記金属膜マスクを介し
て基板に電界を印可して該周期的パターンの下に一様な
組成領域に伸びる周期的分極反転格子を形成し、その後
前記金属マスクを用いてプロトン交換による周期的組成
変調領域からなる光導波路を形成することを特徴とす
る。また、前記のものとは周期的分極反転格子と周期的
組成変調領域の製造工程を逆にして、ＬｉＮｂＯ3、Ｌ
ｉＴａＯ3またはＭｇドープされたＬｉＴａＯ3およびＬ
ｉＮｂＯ3基板表面にセグメント型周期的パターンが形
成された金属膜マスクを電極およびプロトン交換用の金
属膜として設置し、該周期的パターンに形成された穴を
用いてプロトン交換による周期的組成変調領域からなる
光導波路を形成し、その後前記金属マスクを介して基板
に電界を印可して該周期的パターンの下に一様な組成領
域に伸びる周期的分極反転格子を形成することでも本願
を達成できる。金属膜マスクは長さｄ、幅ｗとする長方
形の穴となる矩型状パタ−ンで、そのパタ−ンが光の伝
搬方向に周期的に整列されたセグメント型である。その
矩型状パタ−ンの幅ｗと長さｄはそれぞれ２０μｍ以下
であることが好ましい。幅ｗが光導波路の幅に対応す
る。周期的分極反転格子形成は表面のパターニングされ
た金属膜マスクおよび裏面の全面の金属膜を電極とし
て、その電極間に前記基板の自発分極の正側に正電位、
負側に負電位となるように電圧を印加することにより形
成することが好ましい。周期的分極反転格子形成とプロ
トン交換処理を行った後にパターニングされた金属膜を
除去し、熱処理により基板表面のプロトン交換領域の屈
折率を高くすることで光導波路とする。
Ｇ光を発生させる素子において分極反転格子の作製と光
導波路の作製を同一金属膜マスクで行う簡単な工程で実
現することにある。従来では周期的分極反転格子は基板
状に幅に余裕を持たせて製造し、その1部が周期的に組
成変調領域な光導波路として用いられていた。しかしな
がら周期的分極反転格子の幅と組成変調領域の幅が同一
のセグメント型のあっても光導波が可能であることに着
目し、その際に最も簡便な製造工程を考察して本願に至
った。つまりこの方法を用いれば分極反転格子と光導波
路を１回のフォトリソグラフィ−だけで作製できる。さ
らに、周期的分極反転格子形成とプロトン交換処理を行
った後にパターニングされた金属膜マスクを除去し、熱
処理により基板表面のプロトン交換領域の屈折率を高く
して低損失の光導波路とすることで、容易に高効率のＳ
ＨＧ素子を実現できると考えた。つまり本発明は、Ｌｉ
ＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3またはＭｇドープされたＬｉＴａ
Ｏ3およびＬｉＮｂＯ3基板表面にセグメント型周期的パ
ターンが形成された金属膜マスクを電極およびプロトン
交換用の金属膜として設置し、前記金属膜マスクを介し
て基板に電界を印可して該周期的パターンの下に一様な
組成領域に伸びる周期的分極反転格子を形成し、その後
前記金属マスクを用いてプロトン交換による周期的組成
変調領域からなる光導波路を形成することを特徴とす
る。また、前記のものとは周期的分極反転格子と周期的
組成変調領域の製造工程を逆にして、ＬｉＮｂＯ3、Ｌ
ｉＴａＯ3またはＭｇドープされたＬｉＴａＯ3およびＬ
ｉＮｂＯ3基板表面にセグメント型周期的パターンが形
成された金属膜マスクを電極およびプロトン交換用の金
属膜として設置し、該周期的パターンに形成された穴を
用いてプロトン交換による周期的組成変調領域からなる
光導波路を形成し、その後前記金属マスクを介して基板
に電界を印可して該周期的パターンの下に一様な組成領
域に伸びる周期的分極反転格子を形成することでも本願
を達成できる。金属膜マスクは長さｄ、幅ｗとする長方
形の穴となる矩型状パタ−ンで、そのパタ−ンが光の伝
搬方向に周期的に整列されたセグメント型である。その
矩型状パタ−ンの幅ｗと長さｄはそれぞれ２０μｍ以下
であることが好ましい。幅ｗが光導波路の幅に対応す
る。周期的分極反転格子形成は表面のパターニングされ
た金属膜マスクおよび裏面の全面の金属膜を電極とし
て、その電極間に前記基板の自発分極の正側に正電位、
負側に負電位となるように電圧を印加することにより形
成することが好ましい。周期的分極反転格子形成とプロ
トン交換処理を行った後にパターニングされた金属膜を
除去し、熱処理により基板表面のプロトン交換領域の屈
折率を高くすることで光導波路とする。
【０００５】
【実施例】以下、本発明の実施例について詳しく説明す
る。図１は本発明によるＳＨＧ素子の実施例を示す構成
および動作説明図、図５は本発明による分極反転格子の
形成方法、図６は形成された分極反転格子を示す写真で
ある。図７（ａ）〜（ｇ）は上記ＳＨＧ素子の製造工程
を示す図である。図１において、１１は表面が＋ｃ面で
あるＬｉＮｂＯ3単結晶基板で自発分極１６の向きは上
向きである。１２は電界印加によって形成された分極反
転領域であり分極の向きは基板の自発分極の方向と反対
の下向きである。ここで、電界印加による分極反転領域
は基板のほとんどの部分であり、もともとの基板の自発
分極は電極がなかった部分のみ残っている。１３は光導
波路となるプロトン交換領域で分極の方向は基板の自発
分極と同じ方向であり、プロトン交換されていない部分
の分極の方向は基板と反対方向であることから、理想的
に矩型の分極反転が周期的に形成されている。プロトン
交換領域１３は熱処理をすることで低損失のセグメント
型光導波路となり、基本波、ＳＨＧ光もこの部分に閉じ
こめられて伝搬する。１４は入射基本波で基板表面に垂
直方向に偏光している。１５は光導波層部分で発生した
ＳＨＧ光であり、やはり基板表面に垂直な方向に偏光し
ている。また、基板１１はＬｉＮｂＯ3と同様な強誘電
体結晶であるＬｉＴａＯ3またはＭｇドープされたＬｉ
ＴａＯ3およびＬｉＮｂＯ3基板でもよいことが容易に類
推される。次に、本発明の分極反転格子の形成方法を図
５を用いて説明する。ＬｉＮｂＯ3基板１１の自発分極
の方向１６である＋ｃ面の表面に幅ｗ、長さｄの矩型状
の穴の開いたセグメントを距離Ｌで周期的にパターニン
グされた金属マスク電極５２と−ｃ面全面に金属膜を形
成した電極５３との間に直流高電圧電源５１により、５
２、５３の電極間に基板の自発分極の正側に正電位、負
側に負電位となるように電界を印加する。これにより自
発分極の向きが電極５２のパタ−ンのある部分で反対方
向に基板の厚さ方向のすべてで分極反転１２する。ここ
で放電を抑制するために基板全体を高真空中や絶縁液に
浸した状態５４で高電圧を印加する。セグメントの幅ｗ
は光導波路の幅であり２〜１０μｍ、セグメントの周期
（ｄ＋Ｌ）は擬位相整合の周期２〜１０μｍである。図
６は図５の方法で形成された分極反転格子写真である。
フロン系耐高電圧液に浸した状態で基板の＋ｃ面に幅ｗ
が４μｍ、長さｄが２μｍ、距離Ｌが２μｍのセグメン
ト型の金属マスクと−ｃ面に全面金属電極を施した厚さ
０．１ｍｍのＬｉＮｂＯ3基板間に２．４ｋＶの直流高
電圧を１秒間印加した。電極を除去後、フッ硝酸(HF:HN
O3)により基板をエッチングした。分極の方向によるエ
ッチングレートの差により分極反転が形成されているこ
とが確認できる。（ａ）はパターニングされた電極側：
表面、（ｂ）は全面電極側：裏面である。写真よりセグ
メント状の分極反転は幅４μｍ、周期４μｍで基板表面
と同様なパタ−ンが裏面にも形成されている。このこと
より基板内では表面から裏面にわたって矩型状に分極反
転格子が形成されていることがわかる。次に、本発明の
分極反転格子と光導波路の形成方法を図７を用いて説明
する。図は光導波路と分極反転格子部分の断面図であ
る。図７（ａ）に示すようにＬｉＮｂＯ3基板１１を用
意する。自発分極の方向１６は上向きである。（ｂ）１
１の＋ｃ面上にＴａ膜５２を１００ｎｍ電子ビーム蒸着
装置で成膜する。裏面の−ｃ面にもＴａ膜５３を５０ｎ
ｍ蒸着する。（ｃ）Ｔａ膜５２上にホトレジストをスピ
ンコートし、光導波路部分がセグメント状に窓あけされ
たホトマスクを用い、通常のホトリソグラフィ技術によ
りホトレジストのパターニング７１を行った。ホトマス
クのパタ−ン周期は２〜１０μｍで発生させるＳＨＧ光
の周期に合わせてあり、導波路幅は２〜１０μｍの幅で
ある。（ｄ）パターニングしたホトレジスト７１をマス
クとして、ＣＦ3Ｃｌガスを用いたＲＩＥによるドライ
エッチングにより、Ｔａ膜５２をパターニングする。ホ
トレジスト７１をアセトンにより除去しする。（ｅ）図
５の方法を用いて、表面のパターニングされた金属膜マ
スク５２および裏面の全面の金属膜５３を電極として、
電極間に基板の自発分極の正側に正電位、負側に負電位
となるように直流高電圧電源５１により電界を印加す
る。高電圧による電界により分極反転１２が形成され
る。（ｆ）プロトン交換熱処理をピロ燐酸を用いて２３
０℃、８〜２０分で行うことで、プロトン交換層１３が
形成される。Ｔａ膜５２、５３をＮａＯＨの水溶液でエ
ッチングする。（ｇ）熱処理を温度４５０℃で保持時間
２分で行うことでプロトン交換部分１３の屈折率を高く
することで光導波路を形成する。プロトン交換だけでは
光は伝搬せず熱処理を高温短時間で行うことにより伝搬
損失１ｄＢ／ｃｍ以下の低損失光導波路を形成できる。
最後に導波路端面を光学研磨することによりＳＨＧ素子
が作製される。また、プロトン交換処理を電界印加によ
る分極反転を行うよりも先に行っても同様なＳＨＧ素子
を実現できる。以上示した作製方法で分極反転格子を作
製し、素子長１ｃｍのＳＨＧ素子を作製した。基本波の
光源としてチタン−サファイヤレーザを用いて、作製し
たＳＨＧ素子に波長８３０ｎｍの基本波を入射したとこ
ろ、４１５ｎｍの青色ＳＨＧ光が得られた。この時のＳ
ＨＧ光出力は１０ｍＷであり、規格化ＳＨＧ効率は２０
０％／Ｗ・ｃｍ2であった。
る。図１は本発明によるＳＨＧ素子の実施例を示す構成
および動作説明図、図５は本発明による分極反転格子の
形成方法、図６は形成された分極反転格子を示す写真で
ある。図７（ａ）〜（ｇ）は上記ＳＨＧ素子の製造工程
を示す図である。図１において、１１は表面が＋ｃ面で
あるＬｉＮｂＯ3単結晶基板で自発分極１６の向きは上
向きである。１２は電界印加によって形成された分極反
転領域であり分極の向きは基板の自発分極の方向と反対
の下向きである。ここで、電界印加による分極反転領域
は基板のほとんどの部分であり、もともとの基板の自発
分極は電極がなかった部分のみ残っている。１３は光導
波路となるプロトン交換領域で分極の方向は基板の自発
分極と同じ方向であり、プロトン交換されていない部分
の分極の方向は基板と反対方向であることから、理想的
に矩型の分極反転が周期的に形成されている。プロトン
交換領域１３は熱処理をすることで低損失のセグメント
型光導波路となり、基本波、ＳＨＧ光もこの部分に閉じ
こめられて伝搬する。１４は入射基本波で基板表面に垂
直方向に偏光している。１５は光導波層部分で発生した
ＳＨＧ光であり、やはり基板表面に垂直な方向に偏光し
ている。また、基板１１はＬｉＮｂＯ3と同様な強誘電
体結晶であるＬｉＴａＯ3またはＭｇドープされたＬｉ
ＴａＯ3およびＬｉＮｂＯ3基板でもよいことが容易に類
推される。次に、本発明の分極反転格子の形成方法を図
５を用いて説明する。ＬｉＮｂＯ3基板１１の自発分極
の方向１６である＋ｃ面の表面に幅ｗ、長さｄの矩型状
の穴の開いたセグメントを距離Ｌで周期的にパターニン
グされた金属マスク電極５２と−ｃ面全面に金属膜を形
成した電極５３との間に直流高電圧電源５１により、５
２、５３の電極間に基板の自発分極の正側に正電位、負
側に負電位となるように電界を印加する。これにより自
発分極の向きが電極５２のパタ−ンのある部分で反対方
向に基板の厚さ方向のすべてで分極反転１２する。ここ
で放電を抑制するために基板全体を高真空中や絶縁液に
浸した状態５４で高電圧を印加する。セグメントの幅ｗ
は光導波路の幅であり２〜１０μｍ、セグメントの周期
（ｄ＋Ｌ）は擬位相整合の周期２〜１０μｍである。図
６は図５の方法で形成された分極反転格子写真である。
フロン系耐高電圧液に浸した状態で基板の＋ｃ面に幅ｗ
が４μｍ、長さｄが２μｍ、距離Ｌが２μｍのセグメン
ト型の金属マスクと−ｃ面に全面金属電極を施した厚さ
０．１ｍｍのＬｉＮｂＯ3基板間に２．４ｋＶの直流高
電圧を１秒間印加した。電極を除去後、フッ硝酸(HF:HN
O3)により基板をエッチングした。分極の方向によるエ
ッチングレートの差により分極反転が形成されているこ
とが確認できる。（ａ）はパターニングされた電極側：
表面、（ｂ）は全面電極側：裏面である。写真よりセグ
メント状の分極反転は幅４μｍ、周期４μｍで基板表面
と同様なパタ−ンが裏面にも形成されている。このこと
より基板内では表面から裏面にわたって矩型状に分極反
転格子が形成されていることがわかる。次に、本発明の
分極反転格子と光導波路の形成方法を図７を用いて説明
する。図は光導波路と分極反転格子部分の断面図であ
る。図７（ａ）に示すようにＬｉＮｂＯ3基板１１を用
意する。自発分極の方向１６は上向きである。（ｂ）１
１の＋ｃ面上にＴａ膜５２を１００ｎｍ電子ビーム蒸着
装置で成膜する。裏面の−ｃ面にもＴａ膜５３を５０ｎ
ｍ蒸着する。（ｃ）Ｔａ膜５２上にホトレジストをスピ
ンコートし、光導波路部分がセグメント状に窓あけされ
たホトマスクを用い、通常のホトリソグラフィ技術によ
りホトレジストのパターニング７１を行った。ホトマス
クのパタ−ン周期は２〜１０μｍで発生させるＳＨＧ光
の周期に合わせてあり、導波路幅は２〜１０μｍの幅で
ある。（ｄ）パターニングしたホトレジスト７１をマス
クとして、ＣＦ3Ｃｌガスを用いたＲＩＥによるドライ
エッチングにより、Ｔａ膜５２をパターニングする。ホ
トレジスト７１をアセトンにより除去しする。（ｅ）図
５の方法を用いて、表面のパターニングされた金属膜マ
スク５２および裏面の全面の金属膜５３を電極として、
電極間に基板の自発分極の正側に正電位、負側に負電位
となるように直流高電圧電源５１により電界を印加す
る。高電圧による電界により分極反転１２が形成され
る。（ｆ）プロトン交換熱処理をピロ燐酸を用いて２３
０℃、８〜２０分で行うことで、プロトン交換層１３が
形成される。Ｔａ膜５２、５３をＮａＯＨの水溶液でエ
ッチングする。（ｇ）熱処理を温度４５０℃で保持時間
２分で行うことでプロトン交換部分１３の屈折率を高く
することで光導波路を形成する。プロトン交換だけでは
光は伝搬せず熱処理を高温短時間で行うことにより伝搬
損失１ｄＢ／ｃｍ以下の低損失光導波路を形成できる。
最後に導波路端面を光学研磨することによりＳＨＧ素子
が作製される。また、プロトン交換処理を電界印加によ
る分極反転を行うよりも先に行っても同様なＳＨＧ素子
を実現できる。以上示した作製方法で分極反転格子を作
製し、素子長１ｃｍのＳＨＧ素子を作製した。基本波の
光源としてチタン−サファイヤレーザを用いて、作製し
たＳＨＧ素子に波長８３０ｎｍの基本波を入射したとこ
ろ、４１５ｎｍの青色ＳＨＧ光が得られた。この時のＳ
ＨＧ光出力は１０ｍＷであり、規格化ＳＨＧ効率は２０
０％／Ｗ・ｃｍ2であった。
【０００６】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、１回のフォトリソグラフィ−の工程で作製さ
れた金属マスクが電極と光導波路マスクを兼ねることで
電界印加により理想的な矩型状の分極反転格子、さらに
プロトン交換と熱処理により低損失の光導波路を実現す
ることができ、高効率のＳＨＧ光を発生する素子が容易
に実現できる。
によれば、１回のフォトリソグラフィ−の工程で作製さ
れた金属マスクが電極と光導波路マスクを兼ねることで
電界印加により理想的な矩型状の分極反転格子、さらに
プロトン交換と熱処理により低損失の光導波路を実現す
ることができ、高効率のＳＨＧ光を発生する素子が容易
に実現できる。
【図１】本発明の実施例を説明するための構造図であ
る。
る。
【図２】チェレンコフ輻射を用いた従来のＳＨＧ素子を
示す図である。
示す図である。
【図３】三角形状の分極反転格子を用いた従来のＳＨＧ
素子を示す図である。
素子を示す図である。
【図４】半円状の分極反転格子を用いた従来のＳＨＧ素
子を示す図である。
子を示す図である。
【図５】本発明による電界印加による分極反転を説明す
る図である。
る図である。
【図６】本発明による基板上に形成された微細なパタ−
ンを表している写真である。
ンを表している写真である。
【図７】（ａ）〜（ｇ）はそれぞれ本発明のＳＨＧ素子
に係る分極反転格子と光導波路の作製方法を示す図であ
る。
に係る分極反転格子と光導波路の作製方法を示す図であ
る。
１１ 基板（ＬｉＮｂＯ3） １２ 分極反転領域 １３ プロトン交換セグメント型光導波路 １４ 基本波入射光 １５ ＳＨＧ出力光 １６ 基板の自発分極領域 ２１ チェレンコフＳＨＧ光 ３１ 三角状分極反転領域 ４１ 半円状分極反転領域 ４２ 基板（ＬｉＴａＯ3） ５１ 直流高電圧電源 ５２ パターニングされた電極 ５３ 全面電極 ５４ 絶縁液 ７１ ホトレジスト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川本 和民 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 伊藤 顕知 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 平４−19719（ＪＰ，Ａ) Ｓ．ＭＡＫＩＯ，ｅｔ ａｌ．，Ｆａ ｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｅｒｉｏ ｄｉｃａｌｌｙ ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｄ ｏｍａｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｉ ｎ ＬｉＴａＯ３ ａｎｄ ＬｉＮｂＯ ３ ｕｓｉｎｇ ｐｒｏｔｏｎ ｅｘｃ ｈａｎｇｅ，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓ ｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，1992年12月28 日，Ｖｏｌ．61，Ｎｏ．26，ｐｐ．2077 −3079 Ｃ．Ｊ．ｖａｎ ｄｅｒ ＰＯＥＬ, ｅｔ ａｌ．，Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｔ ｙｐｅ Ｉ ｂｌｕｅ ｓｅｃｏｎｄ− ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏ ｎ ｉｎ ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ ＫＴｉＯＰＯ４ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ, 1990年11月12日，Ｖｏｌ．57，Ｎｏ. 20，ｐｐ．2074−2076 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/37 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (5)
- 【請求項１】 ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3またはＭｇド
ープされたＬｉＴａＯ3およびＬｉＮｂＯ3基板表面にセ
グメント型周期的パターンが形成された金属膜マスクを
電極およびプロトン交換用の金属膜として設置し、前記
金属膜マスクを介して基板に電界を印可して該周期的パ
ターンの下に一様な組成領域に伸びる周期的分極反転格
子を形成し、その後前記金属マスクを用いてプロトン交
換による周期的組成変調領域からなる光導波路を形成す
ることを特徴とする分極反転格子と光導波路の形成方
法。 - 【請求項２】 ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3またはＭｇド
ープされたＬｉＴａＯ3およびＬｉＮｂＯ3基板表面にセ
グメント型周期的パターンが形成された金属膜マスクを
電極およびプロトン交換用の金属膜として設置し、該周
期的パターンに形成された穴を用いてプロトン交換によ
る周期的組成変調領域からなる光導波路を形成し、その
後前記金属マスクを介して基板に電界を印可して該周期
的パターンの下に一様な組成領域に伸びる周期的分極反
転格子を形成することを特徴とする分極反転格子と光導
波路の形成方法。 - 【請求項３】前記金属膜マスクが設置された基板の裏面
側には、全面に金属膜を形成した金属膜を設置し、前記
金属膜マスクと金属膜を電極として電解を印可し、周期
的分極反転格子を形成することを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の分極反転格子と光導波路の形成方法。 - 【請求項４】 前記金属膜マスクは長さｄ、幅ｗとする
長方形の穴となる矩型状パタ−ンが光の伝搬方向に周期
的に整列されたセグメント型であり、前記矩型状パタ−
ンの幅ｗと長さｄはそれぞれ２０μｍ以下であることを
特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の分極反
転格子と光導波路の形成方法。 - 【請求項５】 前記周期的分極反転格子形成およびプロ
トン交換処理を行った後に前記金属膜マスクを除去し、
熱処理により基板表面のプロトン交換領域の屈折率を高
くすることで光導波路とすることを特徴とする請求項１
ないし４のいずれかに記載の光導波路の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31300893A JP3316987B2 (ja) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | 分極反転格子と光導波路の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31300893A JP3316987B2 (ja) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | 分極反転格子と光導波路の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07168224A JPH07168224A (ja) | 1995-07-04 |
| JP3316987B2 true JP3316987B2 (ja) | 2002-08-19 |
Family
ID=18036125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31300893A Expired - Fee Related JP3316987B2 (ja) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | 分極反転格子と光導波路の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3316987B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007232826A (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 波長変換素子の製造方法 |
-
1993
- 1993-12-14 JP JP31300893A patent/JP3316987B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ｃ．Ｊ．ｖａｎ ｄｅｒ ＰＯＥＬ，ｅｔ ａｌ．，Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｔｙｐｅ Ｉ ｂｌｕｅ ｓｅｃｏｎｄ−ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ ＫＴｉＯＰＯ４ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９０年１１月１２日，Ｖｏｌ．５７，Ｎｏ．２０，ｐｐ．２０７４−２０７６ |
| Ｓ．ＭＡＫＩＯ，ｅｔ ａｌ．，Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｄｏｍａｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｉｎ ＬｉＴａＯ３ ａｎｄ ＬｉＮｂＯ３ ｕｓｉｎｇ ｐｒｏｔｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９２年１２月２８日，Ｖｏｌ．６１，Ｎｏ．２６，ｐｐ．２０７７−３０７９ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07168224A (ja) | 1995-07-04 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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