JP4400816B2 - 周期分極反転構造の製造方法および光デバイス - Google Patents
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Description
第一の態様に係る発明では、強誘電体単結晶基板の一方の主面上に、相対向する一方の櫛形電極および他方の櫛形電極を設け、一方の櫛形電極の電極片と他方の櫛形電極の電極片とをギャップを介して対向させる。例えば、図5に示すように、基板の一方の主面上に一方の櫛形電極39Aおよび他方の櫛形電極39Bが形成されている。櫛形電極39Aは、多数の電極片23Aからなる配列構造24A、および櫛形電極23Aを連結する給電パッド22Aからなっている。櫛形電極39Bは、多数の電極片23Bからなる配列構造24Bおよび櫛形電極23Bを連結する給電パッド22Bからなっている。給電パッド22Aと22Bとが連結部28で電気的に接続されている。櫛形電極39A側の電極片23Aの先端と、櫛形電極39B側の電極片23Bの先端との間にはギャップ27が設けられている。
例えば、図8に模式的に示すように、各電極片23A、23Bの先端部23a付近から分極反転部26A、26Bがそれぞれ生成し、各電極片の根元の方へと向かって矢印B方向へと伸びる。このとき、周期が小さいことにより、隣接する電極片23A、23Bから生成した各分極反転部は互いにつながり、周期分極反転構造を形成しなくなる。ここで、櫛形電極39A側の電極片23Aと櫛形電極39B側の電極片23Bとのギャップ27の寸法gがある程度以上大きいと、電極片23A側で発生した分極反転部26Aと電極片23B側で発生した分極反転部26Bとが連続するに到らず、分極反転部のギャップ32を生成する。この結果、幅W1の周期分極反転構造31A、31Bが得られる。
分極反転部間のギャップの大きさtは、励起光との重なり領域を拡大させるという観点からは、20μm以下であることが好ましく、15μm以下であることが更に好ましい。
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。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、タンタル酸リチウム単結晶にそれぞれマグネシウムを添加したものが特に好ましい。また、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。
第一の導電膜、第二の導電膜の材質は、限定されないが、Al、Au、Ag、Cr、Cu、Ni、Ni-Cr、Pd、Taが好ましい。
印加電圧の大きさは3kV〜8kVが好ましく、パルス周波数は1Hz〜1000Hzが好ましい。
具体的には、MgOをドープしたニオブ酸リチウム単結晶からなる、厚さ0.5mmのzカット基板2と、5度オフyカットの0.5mm厚さの基板5とを用意し、それぞれzカット基板2の+z面2aに櫛型電極29A、29Bをパターニングし、-z面2bには一様電極4を成膜した。5度オフyカット基板5については上下面5a、5bともに一様電極6、7を形成した。分極反転周期Pを1.8μmとした。各電極片の線幅mは0.3μmとした。各電極の材質はTaを使用した。電極厚さは全て1000オングストロームとした。また、zカット基板2の櫛型電極20の表面に、SiO2を2000オングストローム成膜した。図10に示すように、上側にzカット基板2を、下側に5度オフカット基板5を積層し、積層体1を得た。積層体1を、図11に示すように絶縁オイル8内に浸漬し、6kV、パルス幅10Hzのパルス状電圧を、パルス間隔約1秒で印加した。ギャップgを5.0μmとした。
Claims (9)
- 単分域化している強誘電体単結晶基板に周期分極反転構造を製造する方法であって、
前記強誘電体単結晶基板の一方の主面上に、相対向する一方の櫛形電極および他方の櫛形電極を設け、前記一方の櫛形電極の電極片と前記他方の櫛形電極の電極片とをギャップを介して対向させ、前記強誘電体単結晶基板の他方の主面上に一様電極を形成し、前記一方の櫛形電極と前記他方の櫛形電極とを電気的に接続し、前記強誘電体単結晶基板下に別体の下地基板を積層し、この下地基板の一方の主面上に第一の導電膜を形成し、前記下地基板の他方の主面上に第二の導電膜を形成し、前記第一の導電膜を前記一様電極と電気的に接続し、前記一方の櫛形電極と前記第二の導電膜との間および前記他方の櫛形電極と前記第二の導電膜との間に電圧を印加することによって、前記各櫛形電極と前記一様電極との間に電圧を印加し、前記周期分極反転構造を形成することを特徴とする、周期分極反転構造の製造方法。 - 前記ギャップの大きさが5μm以下であることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 前記強誘電体単結晶基板が、ニオブ酸リチウム単結晶、タンタル酸リチウム単結晶、およびニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶からなる群より選ばれた単結晶からなることを特徴とする、請求項1または2記載の方法。
- 前記単結晶に、酸化マグネシウムと酸化亜鉛との少なくとも一方が含有されていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一つの請求項に記載の方法。
- 前記周期分極反転構造の周期が3μm以下であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一つの請求項に記載の方法。
- 強誘電体単結晶基板、および前記強誘電体単結晶基板の一方の主面から前記基板内へと向かって伸びる一対の周期分極反転構造を備えている光デバイスであって、
前記各周期分極反転構造の複数の分極反転部が前記強誘電体単結晶基板における光の伝搬方向に平行な方向に配列されており、前記一対の周期分極反転構造の間に、分極反転されていないギャップが形成されており、前記各周期分極反転構造の周期が3μm以下であり、前記一対の周期分極反転構造および前記ギャップに対して一つの光ビームを入射させ、前記光ビームの幅が前記ギャップの幅よりも大きく、前記光ビームが前記ギャップおよび前記各周期分極反転構造内を伝搬することを特徴とする、光デバイス。
- 前記強誘電体単結晶基板が、ニオブ酸リチウム単結晶、タンタル酸リチウム単結晶、およびニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶からなる群より選ばれた単結晶からなることを特徴とする、請求項6記載の光デバイス。
- 前記単結晶に、酸化マグネシウムと酸化亜鉛との少なくとも一方が含有されていることを特徴とする、請求項6または7記載の光デバイス。
- 前記強誘電体単結晶基板がZカット基板であることを特徴とする、請求項6〜8のいずれか一つの請求項に記載の光デバイス。
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