JP4100937B2 - 波長変換素子および周期分極反転構造の形成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば疑似位相整合方式の第二高調波発生デバイスに適した光導波路素子の製造に利用できる、周期分極反転構造の形成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光情報処理技術全般において、高密度光記録を実現するためには、波長４００−４３０ｎｍ程度の青色光を，３０ｍＷ以上の出力で安定的に発振する青色光レーザーが要望されており、開発競争が行われている。青色光光源としては、赤色光を基本波として発振するレーザーと、ＱＰＭグレーディングが形成された第二高調波発生素子とを組み合わせた光導波路型の波長変換素子が期待されている。
【０００３】
波長変換素子においては、所定の周期を有する周期分極反転構造によって、ＱＰＭグレーディングが実現されており、周期分極反転構造の形成方法としては、いわゆる電圧印加法が知られている。図９は、電圧印加法によって、強誘電体単結晶の基板１内に周期分極反転構造２０を形成するプロセスを模式的に示す斜視図である。
【０００４】
この方法においては、強誘電体単結晶からなるオフカット基板１を使用する。この基板を構成する強誘電体単結晶の方向Ｂは、表面１Ａおよび裏面１Ｂに対して所定角度、例えば５°傾斜しているので、この基板１は、オフカット基板と呼ばれている。
【０００５】
基板１の表面１Ａに第一の電極３０および第三の電極６を形成し、裏面１Ｂに第二の電極（一様電極）５を形成する。第一の電極３０は、周期的に配列された複数の細長い電極片３４と、多数の電極片３４を接続する細長い給電電極３２とからなる櫛型電極である。第三の電極６は細長い対向電極片６Ａからなっており、対向電極片６Ａは、電極片３４の先端に対向するように設けられている。
【０００６】
最初に基板１の全体を方向Ｂ、すなわち非分極反転方向４Ｂに分極させておく。そして、例えば第一の電極３０と第三の電極６との間にＶ１の電圧を印加し、第一の電極３０と第二の電極５との間にＶ２の電圧を印加すると、分極反転部２２が各電極片３４の先端から方向Ｂと平行に徐々に進展する。分極反転部２２の分極の方向である分極反転方向４Ａは、非分極反転方向４Ｂとは正反対になる。なお、電極片３４に対応しない位置、すなわち隣接する分極反転部２２の間には、分極反転していない非分極反転部２４が形成されている。このようして、分極反転部２２と非分極反転部２４とが交互に配列された周期分極反転構造２０が形成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
周期分極反転構造２０の周期は、第一の電極３０の電極片３４により決定されるので、分極反転の周期の分解能を向上させるためには、電極片３４の周期の分解能を向上させる必要がある。各電極片３４はマスク（レクチル）製造装置のパターニングによって形成されるので、電極片３４の周期の分解能は、パターニングの分解能により定まる。すなわち、周期分極反転構造２０における分解能は、マスク製造装置のパターニングの分解能により定まる。
【０００８】
しかし、マスク製造装置のパターニングの分解能を向上させようとすると、コストが大幅にアップしてしまう。また、他の方法としては、ステッパ露光装置を使用すれば、マスク製造装置を使用した場合に比べて分解能の高い電極片３４を有する第一の電極３０を製造できるが、やはりコストが大幅にアップしてしまう。
【０００９】
本発明の課題は、変換効率の低減を抑制しつつ、低コストでより分解能の高い周期分極反転構造を形成することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決すべく、本発明は、光導波路と、この光導波路内に形成されている周期分極反転構造とを備えている波長変換素子であって、周期分極反転構造は、交互に配列された分極反転部と非分極反転部とを有し、設計幅の異なる第一の分極反転部と第二の分極反転部とが交互に配列されている。分極反転部は、マスクを用いて形成された電極を用いて形成され、分極反転部は、設計幅の異なる第一の分極反転部と第二の分極反転部とを含み、第一の分極反転部の設計幅と第二の分極反転部の設計幅との差分がマスクの精度の奇数倍であり、非分極反転部の設計幅が略一定である。
【００１１】
また、本発明は、第一の電極を強誘電性材料からなる基板の一表面上に配置し、基板上の、当該第一の電極に対向する位置に第二の電極を配置し、第一の電極と第二の電極との間に電圧を印加することによって周期分極反転構造を形成する方法であって、第一の電極は、設計幅の異なる交互に配列された一方の電極片および他方の電極片を有する。第一の電極をマスクを用いて形成する。第一の電極は、設計幅の異なる一方の電極片および他方の電極片を有しており、一方の電極片の設計幅と他方の電極片の設計幅との差分がマスクの精度の奇数倍であり、第一の電極において隣接する一方の電極片と他方の電極片の間隔が略一定である。
また、本発明では、第一の電極をマスクを用いて形成し、第一の電極において電極片の設計幅が一定であり、隣接する電極片の間に設計幅の異なる第一の離間部および第二の離間部が交互に形成されており、第一の離間部および設計幅と第二の離間部の設計幅との差分がマスクの精度の奇数倍である。
【００１２】
これにより、変換効率の低減を抑制しつつ、低コストでより分解能の高い周期分極反転構造を形成することができる。なお、各分極反転部、各電極片などの各設計幅とは、電極片を成形するための前記マスクの幅で設計上決まる各幅を意味している。マスクの幅の精度は、露光装置の種類によって定まる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る周期分極反転構造２０を示す図である。周期分極反転構造２０は、基板１に設けられている。基板１は、強誘電体単結晶で構成されている。基板１は、固定用基板７上に、接合層８を介して接着されている。
【００１４】
基板１の一表面１Ｂには、平板部１６、１７とリッジ型の光導波路素子１５とが形成されている。平板部１６の１６Ａおよび平板部１７の１７Ａは加工面である。光導波路素子１５には、光導波路１５Ａが設けられており、光導波路１５Ａには、分極反転部２２と非分極反転部２４とが交互に配列された周期分極反転構造２０が形成されている。
【００１５】
分極反転部２２は、分極反転方向４Ａに分極しており、非分極反転部２４は、非分極反転方向４Ｂに分極している。複数の分極反転部２２および非分極反転部２４は、それぞれ互いに平行に形成されている。
【００１６】
さらに、分極反転部２２は、第一の分極反転部２２Ａと第二の分極反転部２２Ｂとを有し、第一の分極反転部２２Ａと第二の分極反転部２２Ｂは交互に配列されている。なお、第一の分極反転部２２Ａは、第二の分極反転部２２Ｂに比べて設計幅が狭い。ここで、設計幅とは、分極反転方向４Ａに垂直な方向の長さである。
【００１７】
図２は、図１に示す周期分極反転構造２０の第一の分極反転部２２Ａおよび第二の分極反転部２２Ｂ付近の拡大図である。図２に示すように周期分極反転構造２０は、第一の分極反転部２２Ａ、第一の非分極反転部２４Ａ、第二の分極反転部２２Ｂおよび第二の非分極反転部２４Ｂの順の組を繰り返し単位とした配列を有している。ここで、第一の分極反転部２２Ａの設計幅はＡ、第二の分極反転部２２Ｂの設計幅は（Ａ＋Ｃ）、第一の非分極反転部２４Ａおよび第二の非分極反転部２４Ｂの設計幅はともにＢである。すなわち、第二の分極反転部２２Ｂは、第一の分極反転部２２Ａに比べてＣだけ設計幅が広い。
【００１８】
図２を参照して、周期分極反転構造２０の周期について説明する。周期分極反転構造２０の１周期は、分極反転部２２の配列間隔によって定められる。ここで配列間隔とは、分極反転部２２の設計幅の中心位置から、隣接する非分極反転部２４を介して次に配列される分極反転部２２の設計幅の中心位置までの長さである。
【００１９】
本実施の形態に係る周期分極反転構造２０における第一の分極反転部２２Ａから第二の分極反転部２２Ｂまでの第一の間隔２８Ａは、
（Ａ／２＋Ｂ＋（Ａ＋Ｃ）／２）＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ／２
となる。同様に、第二の分極反転部２２Ｂから第一の分極反転部２２Ａまでの第二の間隔２８Ｂは、
（（Ａ＋Ｃ）／２＋Ｂ＋Ａ／２）＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ／２
である。
【００２０】
このように、本実施の形態に係る周期分極反転構造２０においては、設計幅の異なる第一の分極反転部２２Ａと第二の分極反転部２２Ｂが配列されているが、第一の分極反転部２２Ａと第二の分極反転部２２Ｂの間隔は、一定（Ａ＋Ｂ＋Ｃ／２）である。すなわち、本実施の形態の周期分極反転構造２０は、設計上は、周期（Ａ＋Ｂ＋Ｃ／２）を有する。
【００２１】
また、周期分極反転構造２０の周期は（Ａ＋Ｂ＋Ｃ／２）であるから、例えば第一の分極反転部２２Ａ、第二の分極反転部２２Ｂ、第一の非分極反転部２４Ａおよび第二の非分極反転部２４Ｂの分解能がいずれもｘであって、かつＣがｘの奇数倍である場合に、周期分極反転構造２０の周期（Ａ＋Ｂ＋Ｃ／２）の分解能はｘ／２となる。このように、本実施の形態における周期分極反転構造２０は、第一の分極反転部２２Ａおよび第二の分極反転部２２Ｂの分解能よりも高い分解能の周期を有することができる。
【００２２】
例えば、Ａ＝０．３μｍ、Ｂ＝２．５μｍおよびＣ＝０．１μｍである場合、周期分極反転構造２０の周期（Ａ＋Ｂ＋Ｃ／２）は、２．８５μｍとなる。このように、分解能が０．１μｍの第一の分極反転部２２Ａおよび第二の分極反転部２２Ｂを配列した周期分極反転構造２０において、分解能０．０５μｍの周期を形成することができる。
【００２３】
以下、本実施の形態における周期分極反転構造２０の形成方法を説明する。周期分極反転構造２０は、図９において説明した電圧印加法によって強誘電体単結晶で構成された基板１に形成される。
【００２４】
図３は、本実施の形態における周期分極反転構造２０の形成方法を説明するための図である。周期分極反転構造２０の形成に用いられる第一の電極３０は、設計幅の異なる一方の電極片３４Aと、他方の電極片３４Ｂと、複数の一方の電極片３４Aおよび複数の他方の電極片３４Ｂをそれぞれ接続する給電電極３２とを有している。一方の電極片３４Aと他方の電極片３４Ｂは、分極反転方向４Ａに垂直な方向に交互に配列されている。
【００２５】
例えば第一の電極３０と第三の電極６との間にＶ１の電圧を印加し、第一の電極３０と第二の電極５との間にＶ２の電圧を印加すると、第一の分極反転部２２Ａおよび第二の分極反転部２２Ｂがそれぞれ一方の電極片３４Aおよび他方の電極片３４Ｂの先端から分極反転方向４Ａに徐々に進展する。これによって、分極反転部２２と非分極反転部２４とが交互に配列された周期分極反転構造２０が形成される。この周期分極反転構造２０において、さらに第一の分極反転部２２Ａと第二の分極反転部２２Ｂとが交互に配列されている。
【００２６】
図４は、図３に示す第一の電極３０の一方の電極片３４Aおよび他方の電極片３４Ｂ付近の拡大図である。図４に示すように、第一の電極３０においては、給電電極３２には一方の電極片３４Aと他方の電極片３４Ｂとが交互に接続されている。また、一方の電極片３４Aと他方の電極片３４Ｂの間には、これらを離間する第一の離間部３８Ａおよび第二の離間部３８Ｂが交互に設けられている。すなわち、第一の電極３０においては、一方の電極片３４A、第一の離間部３８Ａ、他方の電極片３４Ｂおよび第二の離間部３８Ｂの順の組を繰り返し単位とした配列が繰り返されている。
【００２７】
ここで、一方の電極片３４Aの設計幅はＡ、他方の電極片３４Ｂの設計幅は（Ａ＋Ｃ）、第一の離間部３８Ａおよび第二の離間部３８Ｂの設計幅はＢである。すなわち、他方の電極片３４Ｂは、一方の電極片３４Aに比べてＣだけ設計幅が広い。このように、設計幅の異なる一方の電極片３４Aおよび他方の電極片３４Ｂを有する第一の電極３０を用いることによって、設計幅の異なる第一の分極反転部２２Ａおよび第二の分極反転部２２Ｂを有する周期分極反転構造２０を形成することができる。
【００２８】
第一の電極３０は、マスクを用いたパターニングによって形成されるので、第一の電極３０における一方の電極片３４Aの設計幅Ａ、第一の離間部３８Ａおよび第二の離間部３８Ｂの設計幅Ｂおよび他方の電極片３４Ｂの設計幅（Ｂ＋Ｃ）の分解能は、いずれもパターニングの分解能によって定まる。
【００２９】
すなわち、マスクの分解能がｘであって、かつＣがｘの奇数倍である場合に、第一の電極３０の一方の電極片３４Aおよび他方の電極片３４Ｂの分解能は、ｘ／２となる。従って、この第一の電極３０を用いることにより、分解能がｘ／２の周期を有する周期分極反転構造２０が形成されると期待される。従って、例えばマスク製造装置におけるマスクの分解能が０．１μｍであって、一方の電極片３４Aと他方の電極片３４Ｂとの差分Ｃが０．１μｍの奇数倍である場合には、分解能０．０５μｍの周期の周期分極反転構造２０を形成することができる。また例えば、マスクの分解能が０．０１μｍであって、一方の電極片３４Aと他方の電極片３４Ｂとの差分Ｃが０．０１μｍの奇数倍である場合には、分解能０．００５μｍの周期の周期分極反転構造２０を形成することができる。このように、差分Ｃが、マスクの分解能の奇数倍になるような一方の電極片３４Aおよび他方の電極片３４Ｂを有する第一の電極３０を用いることにより、マスクの分解能の半分の分解能の周期分極反転構造２０を形成することができる。
【００３０】
図５は、図３および図４において説明した第一の電極３０と形状の異なる第一の電極４０の要部拡大図である。図５に示す第一の電極４０においては、一方の電極片４４Ａと他方の電極片４４Ｂの設計幅は等しく、一方の電極片４４Ａと他方の電極片４４Ｂの間に設けられた第一の離間部４８Ａと第二の離間部４８Ｂの設計幅が異なる。一方の電極片４４Ａおよび他方の電極片４４Ｂの設計幅はＡ、第一の離間部４８Ａの設計幅はＢ、第二の離間部４８Ｂの設計幅は、（Ｂ＋Ｃ）である。すなわち、第二の離間部４８Ｂは、第一の離間部４８Ａに比べてＣだけ設計幅が広い。
【００３１】
また、電極片４４の第一の間隔４７Ａは、
（Ａ／２＋Ｂ＋Ａ／２）＝Ａ＋Ｂ
である。また、第二の間隔４７Ｂは、
（（Ａ／２＋（Ｂ＋Ｃ）＋Ａ／２）＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ
である。このように、第一の間隔４７Ａと第二の間隔４７Ｂは異なっているが、２つの間隔の平均は、（Ａ＋Ｂ＋Ｃ／２）で、本実施の形態における第一の電極３０と等しい。従って、第一の電極４０においても、第一の電極３０と同様に、マスク製造装置におけるパターニングの分解能の半分の分解能の周期を有する周期分極反転構造を形成することが可能である。
【００３２】
本実施の形態における周期分極反転構造２０は、図５に示す第一の電極４０を用いて形成された周期分極反転構造に比べて周期の精度が高く、またｄｕｔｙ比の良好なＱＰＭグレーディングが得られ、数％の出力高の第二高調波発生素子を形成することができる。この理由は、おそらく、実際に形成される各電極片の幅が、設計値と少しずれた値となるためと思われる。例えば、一方の電極片の設計幅と他方の電極片の設計幅との差を０．１μｍに設定したときに、この設計値が忠実に電極片に転写されると、変換効率がかなり低下するはずである。しかし、実際に形成された電極片の幅の差は、０．１μｍよりもかなり小さくなり、この結果、変換効率の低下が抑制されるものと考えられる。
【００３３】
第一の電極においては、一方の電極片および他方の電極片が隣りに配列される。
【００３４】
また、周期分極反転構造においては、第一の分極反転部および第二の分極反転部が隣りに配列される。
【００３５】
高出力を得るという点からは、一方の電極片の数ｍ、第一の分極反転部の数ｍ、他方の電極片の数ｎ、第二の分極反転部の数ｎは、それぞれ１０以下であることが好ましく、ｍ＋ｎは１５以下であることが好ましい。
【００３６】
図６は、図３に示した電圧印加工程により周期分極反転構造２０が形成された状態の基板１を示す。図６に示すように、周期分極反転構造２０に沿って、光導波路１５Ａを基板１内に形成できる。この形成方法は特に限定されないが、チタン内拡散法、プロトン交換法が好ましい。
【００３７】
他の方法においては、図７に示すように、基板１の表面１Ａに、固定用基板７を接合層８を介して接合する。好ましくは、この前に基板１から第一の電極３０、第二の電極５および第三の電極６を除去しておく。図７の段階では、基板１の表面１Ａの近傍に周期分極反転構造２０が形成されている。
【００３８】
図８を参照して、次の工程を説明する。周期分極反転構造２０が形成された後、基板１の裏面１Ｂ側を研削加工し、基板１を薄くする。この段階では、光を厚さ方向に閉じ込め得る寸法まで基板１を薄くすることは困難である。このため、図１で示したリッジ型の光導波路１５Ａを残して基板１を加工し、除去する。すなわち、図１に示す光導波路１５Ａの両端となる縁１５Ｂから縁１５Ｃまでを残して、その両端の除去部１８Ｂおよび除去部１８Ｃが除去される。この段階では、除去部１８Ｂおよび除去部１８Ｃが除去された後の基板１に図１に示した非常に薄い平板部１６、１７が残される。この加工の際に光導波路１５Ａの厚さを調節する。こうした加工は、例えばダイシング加工装置やレーザー加工装置によって可能であるが、ダイシング加工のような機械的加工が好ましい。
【００３９】
上記の実施形態においては、基板１を接合層８によって固定用基板７に対して接着している。この場合には、接合層８の屈折率は基板１の屈折率よりも低いことが好ましく、また接合層８は非晶質であることが好ましい。接合層８の屈折率と基板１の屈折率との屈折率差は、５％以上であることが好ましく、１０％以上であることが更に好ましい。
【００４０】
接合層８の材質は、有機樹脂やガラス（特に好ましくは低融点ガラス）が好ましい。有機樹脂としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン樹脂等を例示できる。ガラスとしては、酸化珪素を主成分とする低融点ガラスが好ましい。
【００４１】
なお、強誘電体単結晶の種類は限定されない。しかし、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、Ｋ_３Ｌｉ_２Ｎｂ_５Ｏ_１５の各単結晶が特に好ましい。
【００４２】
強誘電体単結晶中には、三次元光導波路の耐光損傷性を更に向上させるために、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、スカンジウム（Ｓｃ）及びインジウム（Ｉｎ）からなる群より選ばれる１種以上の金属元素を含有させることができ、マグネシウムが特に好ましい。
【００４３】
分極反転特性（条件）が明確であるとの観点からは、ニオブ酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウムータンタル酸リチウム固溶体単結晶、又はこれらにマグネシウムを添加したものが特に好ましい。
【００４４】
強誘電体単結晶中には、ドープ成分として、希土類元素を含有させることができる。この希土類元素は、レーザー発振用の添加元素として作用する。この希土類元素としては、特にＮｄ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｐｒが好ましい。
【００４５】
周期分極反転構造２０を形成するためのマスクパターンを形成する材質としては、レジスト、ＳｉＯ_２、Ｔａ等を例示できる。マスクパターンを形成する方法としては、フォトリソグラフィー法を例示できる。
【００４６】
電圧印加法において使用する電極の材質としては、Al、Au、Ag、Cr、Cu、Ni、Ni-Cr、Pd、Taが好ましい。
【００４７】
固定用基板７の材質は特に限定されず、所定の構造強度を有していればよい。ただし、光導波路と熱膨張係数等の物性値が近い方が好ましく、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、Ｋ_３Ｌｉ_２Ｎｂ_５Ｏ_１５の各単結晶が特に好ましい。
【００４８】
本発明の素子を第二高調波発生装置として使用した場合には、高調波の波長は３３０−１６００ｎｍが好ましく、４００−４３０ｎｍが特に好ましい。
【００４９】
上記の各例においては、強誘電体単結晶基板を、例えば５°オフカット基板としたが、このオフカット角度は特に限定されない。特に好ましくは、オフカット角度は１°以上であり、あるいは、２０°以下である。
【００５０】
また、基板１として、いわゆるＸカット基板、Ｙカット基板、Ｚカット基板を使用可能である。Ｘカット基板やＹカット基板を使用する場合には、第二の電極を裏面１Ｂに設けず、一表面１Ａ上に設け、第一の電極と第二の電極との間に電圧を印加することができる。この場合には、第三の電極はなくともよいが、浮動電極として残しておいても良い。また、Ｚカット基板を使用する場合には、第二の電極を裏面１Ｂ上に設け、第一の電極と第二の電極との間に電圧を印加することができる。この場合には、第三の電極は必ずしも必要ないが、浮動電極として残しておいても良い。
【００５１】
【実施例】
図３、図４および図６−図８を参照しつつ説明したプロセスに従って、図１のデバイスを形成した。具体的には、直径φ３インチ×厚さ０．５ｍｍの、マグネシウムを５％ドープしたニオブ酸リチウム単結晶からなる基板１を準備した。基板１は５°オフカットY基板である。この基板１に、フォトリソグラフィー法によって金属タンタルからなる第一の電極３０、第二の電極５、および第三の電極６を形成した。ここで、レチクル上においては、第一の電極３０における一方の電極片３４Ａの設計幅を0.3μｍ、他方の電極片３４Ｂの設計幅を0.4μｍで設計した。この結果、第一の電極３０における一方の電極片３４Ａおよび他方の電極片３４Ｂの現実の幅は、それぞれ平均して０．４１１μｍおよび０．４５３μｍであった。また、離間部３８の現実の幅は、平均して２．３８９μｍであった。電極片３４と第３の電極６との間隔は３００μｍとした。
【００５２】
なお、使用しているステッパ露光装置の性能にも依存するが、設計した二つの電極片３４Ａおよび３４Ｂの幅の０．３μｍおよび０．４μｍという大きさは、使用した露光装置の分解能力以上であり、レチクル上では電極片の幅の差が０．１μｍであるのに対し、実際に形成された電極片の差は上記に示す通り、約０．０４μｍと小さくなっている。レチクルの設計通りに電極片の幅が形成される場合には、ＳＨＧ出力の変換効率が低下することになるが、実際形成された電極片の幅の差が小さいので、均一に電極片と離間部の幅が構成されているものと比べて、変換効率の低下を極めて小さくすることができた。さらに、以下に説明する電圧印加を行うと、電極片３４Ａおよび３４Ｂ位置で形成される分極反転の幅の差はさらに小さくなり、変換効率の低下はほとんどなくすことができた。但し、電極片３４Ａおよび３４Ｂの設計幅が１μｍ以上となると、レチクルで設計した通りの幅で電極片が形成される。
【００５３】
電源から2．０ｋＶのパルス状の電圧（パルス幅２０ｍｓｅｃ、２５ヘルツ、パルス回数4回、印加電流の上限値は２ｍＡ）を発生させ、周期分極反転構造２０を形成した。電圧を4回程度印加した時、各電極片３４の先端から基板１の表面から垂直下方向に深さ約2.5μｍの分極反転が周期状に形成された。
【００５４】
次いで、基板１を基板の分極方向Ｂに垂直な面で切断、研磨し、フッ酸と硝酸との混合液を用いて断面のエッチングを行い、この後の断面の写真を撮影した。図１に示す分極反転パターンを有する周期分極反転構造が形成されていた。
【００５５】
この素子を使用し、チタン−サファイアレーザーを使用し、第二高調波を発生させた。位相整合波長が８５０ｎｍであり、第二高調波の波長は４２５ｎｍであった。ＳＨＧ変換効率は約830％／Ｗであった。基本波の入射出力が１００ｍＷのときに、3０ｍＷの第二高調波出力が得られ、第二高調波において、光損傷等による特性劣化は観測されなかった。
【００５６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、変換効率の低減を抑制しつつ、より高い分解能の周期を有する周期分極反転構造を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る周期分極反転構造２０を示す図である。
【図２】図１に示す周期分極反転構造２０の第一の分極反転部２２Ａおよび第二の分極反転部２２Ｂ付近の拡大図である。
【図３】周期分極反転構造２０の形成方法を説明するための図である。
【図４】図３に示す第一の電極３０の一方の電極片３４Aおよび他方の電極片３４Ｂ付近の拡大図である。
【図５】第一の電極４０の要部拡大図である。
【図６】周期分極反転構造２０の形成方法において、基板１に第二の電極５が形成された状態を示す図である。
【図７】周期分極反転構造２０の形成方法において、基板１に固定用基板７が形成された状態を示す図である。
【図８】周期分極反転構造２０の形成方法においては、裏面１Ｂを研削加工する前の状態を示す図である。
【図９】従来例における周期分極反転構造２０の形成方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 基板 １Ａ 表面 １Ｂ 裏面 ４Ａ 分極反転方向 ４Ｂ 非分極反転方向 ５ 第二の電極 ６ 第三の電極 ６Ａ 対向電極片 ７ 固定用基板 ８ 接合層 １５ 光導波路素子 １５Ａ 光導波路 １５Ｂ、１５Ｃ 縁 １６、１７ 平板部 １６Ａ、１７A 加工面 １８Ｂ、１８Ｃ除去部 ２０ 周期分極反転構造 ２２ 分極反転部 ２２Ａ 第一の分極反転部 ２２Ｂ 第二の分極反転部 ２４ 非分極反転部 ２４Ａ 第一の非分極反転部 ２４Ｂ 第二の非分極反転部 ２８Ａ 第一の間隔 ２８Ｂ 第二の間隔 ３０ 第一の電極 ３２ 給電電極 ３４ 電極片 ３４Ａ 一方の電極片 ３４Ｂ 他方の電極片 ３７Ａ 第一の間隔 ３７Ｂ 第二の間隔 ３８Ａ 第一の離間部 ３８Ｂ 第二の離間部 ４０ 第一の電極 ４２ 給電電極 ４４Ａ 一方の電極片４４Ｂ 他方の電極片 ４７Ａ 第一の間隔 ４７Ｂ 第二の間隔 ４８Ａ 第一の離間部 ４８Ｂ 第二の離間部

Claims (3)

1. 光導波路と、この光導波路内に形成されている周期分極反転構造とを備えている波長変換素子であって、
   前記周期分極反転構造は、交互に配列された分極反転部と非分極反転部とを有し、マスクを用いて形成された電極を用いて形成され、
   設計幅の異なる第一の分極反転部と第二の分極反転部とが交互に配列されており、前記第一の分極反転部の設計幅と前記第二の分極反転部の設計幅との差分が前記マスクの精度の奇数倍であり、前記非分極反転部の設計幅が略一定であることを特徴とする、波長変換素子。
2. 第一の電極を強誘電性材料からなる基板の一表面上に配置し、前記基板上の、当該第一の電極に対向する位置に第二の電極を配置し、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加することによって周期分極反転構造を形成する方法であって、
   前記第一の電極をマスクを用いて形成し、前記第一の電極は、設計幅の異なる交互に配列された一方の電極片および他方の電極片を有しており、前記一方の電極片の設計幅と前記他方の電極片の設計幅との差分が前記マスクの精度の奇数倍であり、前記第一の電極において隣接する前記一方の電極片と前記他方の電極片の間隔が略一定であることを特徴とする、周期分極反転構造の形成方法。
3. 第一の電極を強誘電性材料からなる基板の一表面上に配置し、前記基板上の、当該第一の電極に対向する位置に第二の電極を配置し、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加することによって周期分極反転構造を形成する方法であって、
   前記第一の電極をマスクを用いて形成し、前記第一の電極において電極片の設計幅が一定であり、隣接する前記電極片の間に設計幅の異なる第一の離間部および第二の離間部が交互に形成されており、前記第一の離間部の設計幅と前記第二の離間部の設計幅との差分が前記マスクの精度の奇数倍であることを特徴とする、周期分極反転構造の形成方法。

Images